林枫+孟超

摘  要： 结合车用多媒体触控面板的功能及外观设计要求，充分考虑实际应用环境的复杂性，外界的各种电磁波杂讯等干扰，基于CS5518芯片所具有的电容式触摸感应的功能和强大的抗干扰能力，采用CS5518为主要芯片来实现触摸的捕捉和反馈。基于CS8961在系统编程功能允许用户通过JTAG端口或UART端口方便地更新程序代码，选此芯片作为主控芯片并通过I2C协议进行通信。CS8966是一种通用微控制器具有丰富的外设功能，可用来控制背光灯的亮暗。通过大量的实验与安全性能测试，目前该多媒体触摸面板已经大量投入生产。总结出利用CS5518实现的触摸技术已经成熟，而且可以应用于其他领域，对其研究实用意义重大。

关键词： CS5518; CS8961; CS8966; 触摸式按键

中图分类号： TN949.6                      文献标识码： A                            文章编号： 1004?373X（2015）02?0062?03

Design of car multimedia touch panel based on CS5518

LIN Feng1， MENG Chao2

（1. Wuhan Research Institute of Posts and Telecommunications， Wuhan 430074， China; 2.Wuhan Trimode Technology， Wuhan 430074， China）

Abstract： According to functions and design requirements of automotive multimedia touch panel， the complexity of the actual application environment and external electromagnetic interference are fully considered. Since CS5518 chip has capacitive touch sensing function and powerful anti?jamming capacity， CS5518 chip is used to realize capture and feedback of the touch. In the case of allowance of the system programming function， users can easily update the program code based on CS8961 through JTAG port or UART port. This chip is chosen as the main control chip and for communication by means of IIC protocol. CS8966 is a common microcontroller， which has a wealth of peripheral functions， and can be used to control the backlight. A lot of experiments and safety testing of the multimedia touch panel were carried out. A mass production of multimedia touch panels has been made. The touch technology based on CS5518 has been mature， and can be applied to other areas. It is worth studying.

Keywords： CS5518; CS8961; CS8966; touch key

在触摸按键技术方面，目前主要可分为电阻式触摸按键和电容感应式按键。由于电阻是触摸按键需要在设备表面贴一张触摸电阻薄膜耐用性较低，而电容式感应按键具有防水防污，易清洁、无机械开关磨损，时尚美观，寿命长等优点[1]。

1  芯片简介

1.1  CS8961概述

CS8961是一个以单周期8051CPU为内核的嵌入式微控制器设备。它包括一个171 KB的内部程序闪存ROM，256 KB的内部 RAM和4 KB的辅助RAM。它还包括 一些先进的外围设备，如2通道的CAN 端口，9个通道的通用PWM输出端口，6通道12位ADC（模拟数字转换器）作为还有一个实时时钟（RTC）模块。在系统编程功能允许用户通过JTAG端口或UART端口方便地更新程序代码。此外，用户可以通过JTAG接口实时调试系统[2]。

1.2  CS5518概述

CS5518是一种通用微控制器具有丰富的外设功能，适用于广泛的应用程序。该CPU是基于单周期8051内核的增强版，速度是传统的12?T8051的10倍。总的片上存储器包括1 KB的SRAM和8 KB  Program SRAM。8051内核内置了T0/T1/T2定时器和一个30位看门狗计时器。嵌入式CPU内核也高达4个外部中断[3]。

1.3  CS8966 概述

CS8966是一种通用微控制器具有丰富的外设功能，适用于广泛的应用程序。总的片上存储器包括2 KB的SRAM和总共32 KB嵌入式闪存寄存器。8051内核内置了T0/T1/T2定时器和一个16位看门狗计时器。嵌入式CPU内核有2个全双工UART端口， 1个I2C主/从和1个I2C从纯控制器，高达40个GPIO引脚，以及多达8个外部中断[4]。

2  汽车面板内部通信的具体设计

2.1  CS8961，CS5518，CS8966内部通信结构图设计

HMI是该设计面板的项目名称，为方面起见，此文介绍的汽车多媒体的触摸面板均简称HMI。HMI的设计主要选择4颗芯片，一颗CS8961作为通信的主要芯片，通过I2C来控制2颗CS5518和1颗CS8966。如图1所示，CS8961作为主设备，CS5518和CS8966作为从设备。

CS8966通过I2C向CS5518和CS8966发送数据信号和时钟信。CS8966控制触摸板的背光灯白色LED灯的亮灭，然后反馈信号传送给CS8961。CS5518通过软件设定阈值，同时侦测触摸电容的变化来判断是否有触摸动作。并通过精确的算法来处理数据，控制反应橘灯LED灯的亮灭。CS8961还可以直接通过UART控制灯的亮度，如图1所示，ILL就是调节亮度的信号。

<E：＼王芳＼现代电子技术201502＼Image＼19T1.tif>

图1 CM2051?HMI touchkey control board

2.2  CS5518工作模式

CS5518特别之处在于主要用于触摸项目。每颗CS5518可以检测多达14个触摸按键。在触摸项目中，CS5518可以工作在接近模式，方案A（使用15 kHz检测触摸键），方案B（使用 12 MHz到检测触摸键），同步方案中，最多可以14个键同时进行充放电。

CS5518是HMI采集并处理触摸信号的关键，所以，对CS5518的应用至关重要。这里简单介绍CS5518的4种工作方式和相关寄存器的配置。

为了更好地描述CS5518，在此引入Petri网的概念。Petri网是一种局部确定的思想适合描述异步并发现象的信息流系统模型，它既有严格的数学定义，又有直观的图形表示。Petri 网标准主要用于并发离散事件系统，特定的分布式系统[5]。

如图2所示，用Petri网描述了CS5518的4种模式之间的转换。CS5518分为正常工作模式（Normal）、能源管理模式（PMM）、空闲模式（IDLE）和停止模式（STOP）。这4种模式之间的转换提高了能效，大大减少了能源的消耗。相关寄存器PRM（Power Management Register）（0xC4），最高位置1即可满足需求。关于如何设置恰当，是在软件中实现的。

<E：＼王芳＼现代电子技术201502＼Image＼19T2.tif>

图2 CS5518模式转换Petri网

2.3  CS5518软件的实现

图3是CS5518主函数的源代码，默认情况下，CS5518一直工作在正常模式，不断检测是否有触摸动作。

<E：＼王芳＼现代电子技术201502＼Image＼19T3.tif>

图3 CS5518主程序源代码

HMI程序流程图具体如图4所述，CS8961将参数设置，寄存器的初值写入两片CS5518对应的E2PROM，E2PROM?A和E2PROM?B。清除WatchDog中断，设置CS5518A和CS5518B冗余检测标记。初始化CS5518A和CS5518B并且开中断，开启CS5518的接近模式，使能触摸功能。由于生产需求，设计了3种不同版本。如图4所示将出现3种规格，SA100，SA101和SA102，这个是由最终版本决定的，在预定义中。

<E：＼王芳＼现代电子技术201502＼Image＼19T4.tif>

图4 HMI程序流程图

3  HMI的软件调试和生产测试分析

3.1  软件调试

为了能够方便地测试部件之间的通信是否正常，设置了一个DebugMode来进行调试。并且在出厂前进入DebugMode对部件参数进行校正。在设计过程中，规定了通信协议，发送规定的16进制字符串，HMI根据接收的字符返回相应的数据。通过返回数据，判断通信是否正常。如图5所示，测试人员进入DebugMode对HMI进行功能设计和参数调试。

3.2  生产测试分析

在生产中，测试了上千台HMI的阈值参数，这个参数对CS5518灵敏度的设置具有很重要的参考作用。如图6所示，为生产机台所测的HMI的阈值（TH）和基准值（Baseline）。

<E：＼王芳＼现代电子技术201502＼Image＼19T5.tif>

图5 进入DebugMode对HMI进行设计调试参数

<E：＼王芳＼现代电子技术201502＼Image＼19T6.tif>

图6 DRL触摸键的阈值分布图

第一列代表的是按键的序号，第二列代表的是按键的名称，简化名称有利于程序的编写，方便设计者的交流。利用这些生产数据和特定的算法，得出每个按键阈值的分布趋势然后选取稳定值。阈值描述数据资料集中趋势和离散程度的两个最重要的测量度设置小了会不灵敏，设置大了，又会误动作。如图6所示，是根据最新的200个测试数据整理的其中DRL触摸键的阈值分布，可以看出阈值集中在2 000左右。这个阈值的算法是标准差公式然后根据经验值设定的。在统计工作中，平均值和标准差是描述数据资料集中趋势和离散程度的2个最重要的测量度[6]。

<E：＼王芳＼现代电子技术201502＼Image＼19T7.tif>

图7 DRL触摸键的阈值分布图

4  结  语

该款触摸面板已经上市，受到追求时尚大方的年轻人的普遍欢迎。该车用触摸面板是我公司重点推出的一款触摸按键。现在CS5518在触摸按键方面的技术已经成熟，将会移植到其他产业。现在已经有其他车型在用CS5518做触摸按键，还将移植到其他行业，例如空调触摸调节温度等。

参考文献

[1] 方献良.基于A/D的电容触摸按键电路设计[J].宁波大学学报：理工版，2010，23（3）：122?125.

[2] Myson Century. CS8961 data sheet [R]. [S.l.]： Myson Century， 2009.

[3] Myson Century. CS5518 data sheet [R]. [S.l.]： Myson Century， 2011.

[4] Myson Century. CS8966 data sheet [R]. [S.l.]： Myson Century ， 2011.

[5] 袁崇义.Petri网原理与应用[M].北京：电子工业出版社，2005.

[6] 宋巨航.于平均数和标准差的一种简洁算法[J].包钢科技， 2004（6）：96?98.

CS8966是一种通用微控制器具有丰富的外设功能，适用于广泛的应用程序。总的片上存储器包括2 KB的SRAM和总共32 KB嵌入式闪存寄存器。8051内核内置了T0/T1/T2定时器和一个16位看门狗计时器。嵌入式CPU内核有2个全双工UART端口， 1个I2C主/从和1个I2C从纯控制器，高达40个GPIO引脚，以及多达8个外部中断[4]。

2  汽车面板内部通信的具体设计

2.1  CS8961，CS5518，CS8966内部通信结构图设计

HMI是该设计面板的项目名称，为方面起见，此文介绍的汽车多媒体的触摸面板均简称HMI。HMI的设计主要选择4颗芯片，一颗CS8961作为通信的主要芯片，通过I2C来控制2颗CS5518和1颗CS8966。如图1所示，CS8961作为主设备，CS5518和CS8966作为从设备。

CS8966通过I2C向CS5518和CS8966发送数据信号和时钟信。CS8966控制触摸板的背光灯白色LED灯的亮灭，然后反馈信号传送给CS8961。CS5518通过软件设定阈值，同时侦测触摸电容的变化来判断是否有触摸动作。并通过精确的算法来处理数据，控制反应橘灯LED灯的亮灭。CS8961还可以直接通过UART控制灯的亮度，如图1所示，ILL就是调节亮度的信号。

<E：＼王芳＼现代电子技术201502＼Image＼19T1.tif>

图1 CM2051?HMI touchkey control board

2.2  CS5518工作模式

CS5518特别之处在于主要用于触摸项目。每颗CS5518可以检测多达14个触摸按键。在触摸项目中，CS5518可以工作在接近模式，方案A（使用15 kHz检测触摸键），方案B（使用 12 MHz到检测触摸键），同步方案中，最多可以14个键同时进行充放电。

CS5518是HMI采集并处理触摸信号的关键，所以，对CS5518的应用至关重要。这里简单介绍CS5518的4种工作方式和相关寄存器的配置。

为了更好地描述CS5518，在此引入Petri网的概念。Petri网是一种局部确定的思想适合描述异步并发现象的信息流系统模型，它既有严格的数学定义，又有直观的图形表示。Petri 网标准主要用于并发离散事件系统，特定的分布式系统[5]。

如图2所示，用Petri网描述了CS5518的4种模式之间的转换。CS5518分为正常工作模式（Normal）、能源管理模式（PMM）、空闲模式（IDLE）和停止模式（STOP）。这4种模式之间的转换提高了能效，大大减少了能源的消耗。相关寄存器PRM（Power Management Register）（0xC4），最高位置1即可满足需求。关于如何设置恰当，是在软件中实现的。

<E：＼王芳＼现代电子技术201502＼Image＼19T2.tif>

图2 CS5518模式转换Petri网

2.3  CS5518软件的实现

图3是CS5518主函数的源代码，默认情况下，CS5518一直工作在正常模式，不断检测是否有触摸动作。

<E：＼王芳＼现代电子技术201502＼Image＼19T3.tif>

图3 CS5518主程序源代码

HMI程序流程图具体如图4所述，CS8961将参数设置，寄存器的初值写入两片CS5518对应的E2PROM，E2PROM?A和E2PROM?B。清除WatchDog中断，设置CS5518A和CS5518B冗余检测标记。初始化CS5518A和CS5518B并且开中断，开启CS5518的接近模式，使能触摸功能。由于生产需求，设计了3种不同版本。如图4所示将出现3种规格，SA100，SA101和SA102，这个是由最终版本决定的，在预定义中。

<E：＼王芳＼现代电子技术201502＼Image＼19T4.tif>

图4 HMI程序流程图

3  HMI的软件调试和生产测试分析

3.1  软件调试

为了能够方便地测试部件之间的通信是否正常，设置了一个DebugMode来进行调试。并且在出厂前进入DebugMode对部件参数进行校正。在设计过程中，规定了通信协议，发送规定的16进制字符串，HMI根据接收的字符返回相应的数据。通过返回数据，判断通信是否正常。如图5所示，测试人员进入DebugMode对HMI进行功能设计和参数调试。

3.2  生产测试分析

在生产中，测试了上千台HMI的阈值参数，这个参数对CS5518灵敏度的设置具有很重要的参考作用。如图6所示，为生产机台所测的HMI的阈值（TH）和基准值（Baseline）。

<E：＼王芳＼现代电子技术201502＼Image＼19T5.tif>

图5 进入DebugMode对HMI进行设计调试参数

<E：＼王芳＼现代电子技术201502＼Image＼19T6.tif>

图6 DRL触摸键的阈值分布图

第一列代表的是按键的序号，第二列代表的是按键的名称，简化名称有利于程序的编写，方便设计者的交流。利用这些生产数据和特定的算法，得出每个按键阈值的分布趋势然后选取稳定值。阈值描述数据资料集中趋势和离散程度的两个最重要的测量度设置小了会不灵敏，设置大了，又会误动作。如图6所示，是根据最新的200个测试数据整理的其中DRL触摸键的阈值分布，可以看出阈值集中在2 000左右。这个阈值的算法是标准差公式然后根据经验值设定的。在统计工作中，平均值和标准差是描述数据资料集中趋势和离散程度的2个最重要的测量度[6]。

<E：＼王芳＼现代电子技术201502＼Image＼19T7.tif>

图7 DRL触摸键的阈值分布图

4  结  语

该款触摸面板已经上市，受到追求时尚大方的年轻人的普遍欢迎。该车用触摸面板是我公司重点推出的一款触摸按键。现在CS5518在触摸按键方面的技术已经成熟，将会移植到其他产业。现在已经有其他车型在用CS5518做触摸按键，还将移植到其他行业，例如空调触摸调节温度等。

参考文献

[1] 方献良.基于A/D的电容触摸按键电路设计[J].宁波大学学报：理工版，2010，23（3）：122?125.

[2] Myson Century. CS8961 data sheet [R]. [S.l.]： Myson Century， 2009.

[3] Myson Century. CS5518 data sheet [R]. [S.l.]： Myson Century， 2011.

[4] Myson Century. CS8966 data sheet [R]. [S.l.]： Myson Century ， 2011.

[5] 袁崇义.Petri网原理与应用[M].北京：电子工业出版社，2005.

[6] 宋巨航.于平均数和标准差的一种简洁算法[J].包钢科技， 2004（6）：96?98.

CS8966是一种通用微控制器具有丰富的外设功能，适用于广泛的应用程序。总的片上存储器包括2 KB的SRAM和总共32 KB嵌入式闪存寄存器。8051内核内置了T0/T1/T2定时器和一个16位看门狗计时器。嵌入式CPU内核有2个全双工UART端口， 1个I2C主/从和1个I2C从纯控制器，高达40个GPIO引脚，以及多达8个外部中断[4]。

2  汽车面板内部通信的具体设计

2.1  CS8961，CS5518，CS8966内部通信结构图设计

HMI是该设计面板的项目名称，为方面起见，此文介绍的汽车多媒体的触摸面板均简称HMI。HMI的设计主要选择4颗芯片，一颗CS8961作为通信的主要芯片，通过I2C来控制2颗CS5518和1颗CS8966。如图1所示，CS8961作为主设备，CS5518和CS8966作为从设备。

CS8966通过I2C向CS5518和CS8966发送数据信号和时钟信。CS8966控制触摸板的背光灯白色LED灯的亮灭，然后反馈信号传送给CS8961。CS5518通过软件设定阈值，同时侦测触摸电容的变化来判断是否有触摸动作。并通过精确的算法来处理数据，控制反应橘灯LED灯的亮灭。CS8961还可以直接通过UART控制灯的亮度，如图1所示，ILL就是调节亮度的信号。

<E：＼王芳＼现代电子技术201502＼Image＼19T1.tif>

图1 CM2051?HMI touchkey control board

2.2  CS5518工作模式

CS5518特别之处在于主要用于触摸项目。每颗CS5518可以检测多达14个触摸按键。在触摸项目中，CS5518可以工作在接近模式，方案A（使用15 kHz检测触摸键），方案B（使用 12 MHz到检测触摸键），同步方案中，最多可以14个键同时进行充放电。

CS5518是HMI采集并处理触摸信号的关键，所以，对CS5518的应用至关重要。这里简单介绍CS5518的4种工作方式和相关寄存器的配置。

为了更好地描述CS5518，在此引入Petri网的概念。Petri网是一种局部确定的思想适合描述异步并发现象的信息流系统模型，它既有严格的数学定义，又有直观的图形表示。Petri 网标准主要用于并发离散事件系统，特定的分布式系统[5]。

如图2所示，用Petri网描述了CS5518的4种模式之间的转换。CS5518分为正常工作模式（Normal）、能源管理模式（PMM）、空闲模式（IDLE）和停止模式（STOP）。这4种模式之间的转换提高了能效，大大减少了能源的消耗。相关寄存器PRM（Power Management Register）（0xC4），最高位置1即可满足需求。关于如何设置恰当，是在软件中实现的。

<E：＼王芳＼现代电子技术201502＼Image＼19T2.tif>

图2 CS5518模式转换Petri网

2.3  CS5518软件的实现

图3是CS5518主函数的源代码，默认情况下，CS5518一直工作在正常模式，不断检测是否有触摸动作。

<E：＼王芳＼现代电子技术201502＼Image＼19T3.tif>

图3 CS5518主程序源代码

HMI程序流程图具体如图4所述，CS8961将参数设置，寄存器的初值写入两片CS5518对应的E2PROM，E2PROM?A和E2PROM?B。清除WatchDog中断，设置CS5518A和CS5518B冗余检测标记。初始化CS5518A和CS5518B并且开中断，开启CS5518的接近模式，使能触摸功能。由于生产需求，设计了3种不同版本。如图4所示将出现3种规格，SA100，SA101和SA102，这个是由最终版本决定的，在预定义中。

<E：＼王芳＼现代电子技术201502＼Image＼19T4.tif>

图4 HMI程序流程图

3  HMI的软件调试和生产测试分析

3.1  软件调试

为了能够方便地测试部件之间的通信是否正常，设置了一个DebugMode来进行调试。并且在出厂前进入DebugMode对部件参数进行校正。在设计过程中，规定了通信协议，发送规定的16进制字符串，HMI根据接收的字符返回相应的数据。通过返回数据，判断通信是否正常。如图5所示，测试人员进入DebugMode对HMI进行功能设计和参数调试。

3.2  生产测试分析

在生产中，测试了上千台HMI的阈值参数，这个参数对CS5518灵敏度的设置具有很重要的参考作用。如图6所示，为生产机台所测的HMI的阈值（TH）和基准值（Baseline）。

<E：＼王芳＼现代电子技术201502＼Image＼19T5.tif>

图5 进入DebugMode对HMI进行设计调试参数

<E：＼王芳＼现代电子技术201502＼Image＼19T6.tif>

图6 DRL触摸键的阈值分布图

第一列代表的是按键的序号，第二列代表的是按键的名称，简化名称有利于程序的编写，方便设计者的交流。利用这些生产数据和特定的算法，得出每个按键阈值的分布趋势然后选取稳定值。阈值描述数据资料集中趋势和离散程度的两个最重要的测量度设置小了会不灵敏，设置大了，又会误动作。如图6所示，是根据最新的200个测试数据整理的其中DRL触摸键的阈值分布，可以看出阈值集中在2 000左右。这个阈值的算法是标准差公式然后根据经验值设定的。在统计工作中，平均值和标准差是描述数据资料集中趋势和离散程度的2个最重要的测量度[6]。

<E：＼王芳＼现代电子技术201502＼Image＼19T7.tif>

图7 DRL触摸键的阈值分布图

4  结  语

该款触摸面板已经上市，受到追求时尚大方的年轻人的普遍欢迎。该车用触摸面板是我公司重点推出的一款触摸按键。现在CS5518在触摸按键方面的技术已经成熟，将会移植到其他产业。现在已经有其他车型在用CS5518做触摸按键，还将移植到其他行业，例如空调触摸调节温度等。

参考文献

[1] 方献良.基于A/D的电容触摸按键电路设计[J].宁波大学学报：理工版，2010，23（3）：122?125.

[2] Myson Century. CS8961 data sheet [R]. [S.l.]： Myson Century， 2009.

[3] Myson Century. CS5518 data sheet [R]. [S.l.]： Myson Century， 2011.

[4] Myson Century. CS8966 data sheet [R]. [S.l.]： Myson Century ， 2011.

[5] 袁崇义.Petri网原理与应用[M].北京：电子工业出版社，2005.

[6] 宋巨航.于平均数和标准差的一种简洁算法[J].包钢科技， 2004（6）：96?98.