本文介绍了使用MSP430 作为主处理器实现可充电的触屏遥控模块，该设计方案支持红外(IR)信号传输，且可扩展RF 和NFC 无线传输方式;用户输入采用触摸按键实现，设计简洁美观;系统可由电池供电，且自带可充电模块，可由USB 或者直流电源适配器充电。TI 的430 系列MCU产品功耗低，可为便携式电子设备提供更长的使用寿命;其内嵌LCD 驱动器，可以方便实时显示监测数据;其支持多种触摸按键实现方式，设计简便灵活。

简介

遥控设备在日常生活中非常易见，家电遥控器、玩具遥控器等方便了用户对设备的控制。针对不同需求，遥控设备设计也不同，例如电视机遥控器不带显示屏，通常用红外信号传输;空调遥控器则带显示屏，常用红外(IR)和射频(RF)传输信号;另有一些高端遥控产品可通过手机等更新固件，实现版本的升级。本文介绍了一套用于遥控设备的通用方案，该方案支持 LCD 显示;支持红外通信且可扩展射频通信方式;用户输入采用触摸按键实现，时尚美观;本方案预留NFC 接口，可扩展 NFC 功能;在电源管理方面，支持电池供电，USB 充电和无线充电，方便实用。

1 原理介绍

1.1 电容式触摸按键原理

触摸按键在电子设备中得到越来越多的应用。用触摸按键实现人机交互的电磁炉，微波炉，电冰箱等家电产品越来越受青睐，预计未来会有越来越多的触摸按键产品取代传统的机械式按键产品。触摸按键具有坚固耐用，反应速度快，节省空间，美观大方，易于清洁等诸多优点。触摸式按键可分为四大类，电阻式，电容式，红外线式及表面声波式感应按键。其中电阻式，红外线式和表面声波按键主要应用于触摸屏中，在单个按键中很少使用。本方案将重点讨论电容式触摸按键在单个按键中的应用。

电容式触摸按键采用电容量为判断标准，在触摸按键的设计中，它具有一些优点，例如可直接集成在 PCB 中，触摸感应区域外形尺寸设计灵活，相对成本较低等等。简单来讲，电容式触摸按键在按下的时候改变了电容值，从而改变电路振荡周期，通过对振荡周期改变值的检测实现对按键的检测。图1 是电容式触摸按键原理示意图。

图1    触摸按键原理示意图

空载状态下，感应区域电容由材料和结构决定(图 1 左上图),电容值为 C1+C2。变化电容基于寄生效应，主要由外界导体与PAD 之间的寄生电容组成(图1 右下图)，手指按下，寄生电容值变化，容值为 C1+C2+C3||C4。将此电容接入电路组成振荡器，电容值的改变导致振荡电路输出频率变化，通过测量输出频率判断按键的触发状态。

按键感应区域设计需要避免误触发以及兼顾灵敏度。通常来说，单个按键感应区域需要做的足够大，以达到识别按键目的;相邻按键感应区域应保持一定距离，避免误触发;触摸感应区形状原则上可任意，单个按键以圆形、方形为佳。

TI 的MSP430 支持多种触摸实现方式，参考文档[1]。

1.2 红外信号传输原理

红外遥控原理可参考文档[2]。本文采用 NEC 协议编码，简单说是通过脉冲串之间的时间间隔来表示逻辑“0”和逻辑“1”。载波信号频率为38k，逻辑“1”用 0.56ms 的 38k 载波和 1.5ms的无载波表示，逻辑“0”用0.56ms 的载波和0.56ms 的无载波表示，帧头用9ms 载波加4.5ms无载波表示。编码帧格式参考图2，具体格式定义可根据实际情况稍作修改。

图2    红外编码数据帧格式

TI 的 MSP430 系列 MCU 自带 Timer，可方便产生 38k 载波，编码时的载波有无控制可由Timer 的 PWM 输出模块实现[3]。其 PWM 输出模块可配置成 7 种输出方式，可方便实现上述编码。采用MSP430 的Timer 的PWM 输出功能，仅需要一个Timer 和一路PWM 即可轻松实现红外编码，无需额外硬件，软件实现简单。为系统设计节省成本和开发时间。

1.3 可充电触屏遥控模块方案设计

传统的遥控模块采用机械按键实现，本方案采用触摸按键设计，按键和显示在同一块LCD 屏上，外形时尚、美观。本方案作为参考设计，除了遥控器基本功能(按键，显示，发射，按键声)外，还设计了充电和 USB 模块，并扩展了 RF 和 NFC 接口。可充电方式提高了灵活性，用户仅需要充电而不必更换电池。USB 模块可实现和 PC 端应用软件通信。本方案不仅仅是遥控器方案，在其他应用领域，本方案也有很大的参考价值，用户仅需要根据需求对本方案功能模块进行裁剪即可。本方案电源模块支持电池供电和USB 或直流适配器充/供电;触摸按键采用比较器B实现;RF 和NFC 模块采用SPI 和MCU 接口;MSP430 自带的USB 模块可方便与PC 端应用软件接口，实现PC 和MCU 的双向通信。系统框图如图3 所示。

图3    系统框图

2 设计实例

2.1 硬件设计

2.1.1 电源模块设计

本系统采用电池供电，且设计了充电电路，支持 USB 或直流充电。电源经 LDO 稳压后输出3.3V 供给MCU，保证MCU 工作电压的稳定。其电路实现如下图4 所示。

图4    电源模块电路设计

2.1.2 LCD及背光模块设计

MSP430F6638 自带 LCD 控制器，可方便地驱动段式 LCD 屏。屏幕背光亮度由 Timer 输出PWM 波控制，调节方便。背光电路设计如图5 所示。通过改变PWM 的频率和占空比，可改变背光亮度，从而改变LCD 屏视觉效果。

图5    背光电路设计

2.1.3 触摸按键设计

MSP430F6638 自带比较器 B，最多可支持 12 个触摸按键，比较器 B 的输出接入 Timer 的CLK 输入端，当手指按下，触摸感应区电容值发生了变化，比较器翻转周期变长，比较器输出作为 Timer 的计数脉冲，在固定的时间内计数值变小，根据固定时间内 Timer 计数值的变化来判断按键动作。通过合适配置寄存器和软件算法处理，可实现触摸按键检测。电路设计如图 6 所示。注意为了降低噪声，每通道外接电阻不宜过小，可选500k 左右。比较器B 翻转电平通过配置寄存器实现，请参考手册[3]。

图6     触摸按键电路设计

2.1.4 红外发射模块设计

红外模块采用普通红外管实现，通过配置 Timer 输出合适的 PWM 波实现红外编码。红外发射瞬间电流较大，通过MCU 的GPIO 控制三极管驱动红外发射灯管，提高发射电流。红外发射模块需配合接收模块采用同样的编码格式实现通信。红外模块电路图如图7 所示。

图7    红外发射模块

2.1.5 USB模块设计

MSP430F6638 自带 USB 模块，可实现 USB 通信，其硬件设计简单。本文用 USB 虚拟

UART 实现和PC 通信。关于USB 调试请参考TI 官网资料[4]。

2.2 软件设计

2.2.1 嵌入式软件设计

系统软件流程如图 8 所示。无按键动作时，系统运行 RTC，显示当前时间，温度且把时间，温度以及按键状态(每个按键动作有无)信息发送给 PC。当有按键按下后，除了上述功能外，系统还将执行按键上层逻辑，比如是否进入时间设定模式，是否开蜂鸣器以及发射哪种红外码等等。

图8    软件流程图

2.2.2 PC端软件设计

为了方便实现人机交互，使用 C Sharp 语言开发了配套的 PC 端软件实现和 MCU 的双向通信。通过 PC 端软件可查看 DEMO 的当前状态，包括时间，温度，按键动作等，另外也可通过PC 端改变DEMO 背光的亮度。PC 端软件如图9 所示。

图9    PC 端软件

DEMO 通过 USB 线与 PC 端 COM 口连接，MSP430F6638 的 USB 通过软件协议虚拟UART，在 PC 端选择合适的 COM 端口号可实现 PC 软件和 DEMO 的互连。图 9 中左图反映DEMO 的实物，当有按键按下的时候，对应的按键图标闪烁一下，同时在记录框输出文字记录这个动作(Button xx Pressed!)。最下面图表则实时显示当前温度信息。

2.3 DEMO展示

DEMO 实物如图 10 所示。键盘区 12 个按键，每个按键按下图!@#$%^&*闪烁一下，同时蜂鸣器会响 0.3s 左右。每个按键做了不同功能，可根据需求发射不同的红外码实现遥控器的功能。演示DEMO 中代码支持RTC 和温度计功能，支持灵活调整时间，同时可通过PC 端软件来调节屏幕背光。DEMO 还可扩展光传感模块，可根据环境光强弱智能调节背光亮度，达到较好的视觉效果。

该 DEMO 具有通用性，在所有需要显示和人机交互的微控制系统中均可参考此方案，只需对FW 做简单修改即可实现所需功能。同样，MSP430 系列众多的产品线为客户提供了不同成本的多种选择。客户可根据具体需求选择合适的MCU 和合适的代码模块组合，以实现最高的性价比。

图10    DEMO实物

3 总结

本方案使用MSP430F6638 作为主处理器，展示了用其实现触屏遥控器的电子模块设计实例。在遥控器，无线设备以及其它需要按键和显示的应用场合均可参考本方案。MSP430 丰富的产品线也为前述应用场合提供了丰富的选择，客户可根据具体需求选择合适的产品，达到最优性价比。