Dotykowe elementy regulacyjne stają się coraz chętniej stosowane przez konstruktorów urządzeń elektronicznych. Wśród licznych rozwiązań realizujących interfejsy dotykowe, jednym z najpopularniejszych jest QTouch. Jego producent, firma Atmel, przygotowała liczne zestawy ewaluacyjne, a jednym z nich jest płytka ATtiny10-EK1.

Qtouch to biblioteka programistyczna, w której zaimplementowano funkcje do łatwego i niezawodnego odczytu stanu przycisków dotykowych. Elementy regulacyjne QTouch to: button, slider, whell. Mogą być one realizowane z zastosowaniem wielu mikrokontrolerów firmy Atmel: AVR i AT91SAM. Jedno z najprostszych rozwiązań bazuje na 6-nóżkowym układzie ATtiny10. Jest to mikrokontroler z wbudowanym oscylatorem pracującym bez zewnętrznego rezonatora kwarcowego. Może być zasilany napięciem już od 1,8 V do 5,5 V, pobierając przy tym prąd o natężeniu zaledwie 200 ?A (dla najniższego napięcia). Wewnętrzne zasoby ATtiny10 są typowe dla większości popularnych mikrokontrolerów. Zredukowano je co najwyżej względem ilościowym. Są one jednak wystarczające do uruchomiania specjalnie opracowanej na potrzeby elementów QTouch biblioteki programowej – „Atmel QTouch Library”. Aktualna jej wersja – 4.3.1 uwzględnia mikrokontrolery ATtiny10, we wcześniejszych nie było to możliwe.

Przyciski dotykowe zwalniają konstruktorów z konieczności stosowania zawodnych elementów mechanicznych. Element QTouch jest wykonany jako odpowiednio zaprojektowany i zabezpieczony przed uszkodzeniami mechanicznymi układ ścieżek obwodu drukowanego. Zatem rodzaj elementu: czy to pojedynczy przycisk, suwak, czy przełącznik obrotowy, zależy przede wszystkim od sposobu poprowadzenia ścieżek i ich kształtu. W dokumentacji udostępnianej przez Atmela można znaleźć zalecenia dotyczące mechanicznych zagadnień projektowania elementów QTouch. Zawiera ona przykłady konkretnych rozwiązań poszczególnych rodzajów elementów, które poparte są licznymi rysunkami.

Wsparcie programowe

Z powyższego opisu mogłoby wynikać, że zaprojektowanie nawet skomplikowanego elementu QTouch jest proste, nawet bez użycia specjalnego oprogramowania. Niestety prawda jest zgoła odmienna, należy bowiem pamiętać, że QTouch to technika pojemnościową. Jej idea polega na pomiarze pojemności elektrycznej (a dokładniej jej zmian) odpowiednio zaprojektowanego i wykonanego kondensatora, pełniącego jednocześnie funkcję samego przycisku. Pojemność ta ulega zmianie po przyłożeniu palca do elektrod tego kondensatora. W projekcie muszą więc być uwzględnione również np. wszelkie pojemności pasożytnicze oraz inne czynniki, które w istotny sposób mogłyby wpłynąć na pracę elementu, np. poprzez generację zbyt wysokiego szumu.

Aby ułatwić proces projektowania elementów QTouch, Atmel przygotował specjalistyczne oprogramowanie: Atmel QTouch Studio 4.3. Jest to dość poważne narzędzie, pozwalające na poprawne wykonanie projektu nawet przez osobę, która zupełnie nie orientuje się w niuansach zagadnienia. Za jego pomocą przeprowadzane jest strojenie elementów, którego efektem jest wygenerowanie parametrów kalibracyjnych, zapisywanych następnie w pamięci nieulotnej mikrokontrolera.

QTouch w zestawie ATtiny10-EK1

O możliwościach realizacji pojedynczego, astabilnego przełącznika QTouch można się przekonać eksperymentując na specjalnie do tego celu opracowanym zestawie ATtiny10-EK1. W jego skład wchodzi dosłownie kilka elementów, w tym mikrokontroler ATtiny10 i mała bateria litowa. Sam przycisk jest wykonany zgodnie z złożeniami techniki QTouch, ale na płytce dodano element symulujący klawisz przycisku mechanicznego – a jednak, ach te przyzwyczajenia. Jest to bardzo starannie przycięty kawałek plastiku, naklejony na ścieżki przycisku QTouch. Wrażenia estetyczne wzmocniono poprzez umieszczenie napisu na spodniej stronie klawisza, widocznego jednak dzięki zastosowaniu przezroczystego materiału. Całość wygląda naprawdę bardzo gustownie i, co najważniejsze, nie stanowi tylko gołej powierzchni z nadrukiem. Przyzwyczajenie się do całkowicie „płaskich” elementów dla osób o konserwatywnych poglądach może nie być łatwe. Efektem naciśnięcia przycisku, a tak naprawdę tylko przyłożenia palca, jest zapalenie diody świecącej, która gaśnie natychmiast po zwolnieniu przycisku. Funkcje biblioteki QTouch, które są dołączone do oprogramowania użytkowego, zapewniają eliminację drgań (chciałoby się powiedzieć styków). Na płytce ATtiny10-EK1 zastosowano ponadto specjalne ekranowanie przycisku od spodu. Jest on więc wrażliwy tylko na dotyk z jednej strony. Funkcję ekranu pełni odpowiednio zakreskowana powierzchnia miedzi. W zestawie znajdują się ponadto dwa złącza szpilkowe SMD, które mogą być wlutowane w przygotowane dla nich punkty. Uzyskuje się w ten sposób dostęp do sygnałów występujących w układzie, co może uatrakcyjnić przeprowadzane na nim eksperymenty. Przykładowy przebieg zarejestrowany bezpośrednio na przycisku QTouch przedstawiono na rysunku 1.

Rys. 1. Przebieg elektryczny występujący na elemencie QTouch