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👉 【2024年寒假练】基于SAMD21G17D的触摸滑条USB HID控制PC音量快捷键的功能开发
👉 Github: EmbeddedCamerata/SAMD21_touchbar_usb_hid
项目介绍
本项目基于 Microchip 的 SAMD21 Curiosity Nano 核心板及 Curiosity Nano EVB 扩展板，通过 USB HID 协议实现了一个键盘设备，通过使用 Touch 库实现了对触摸滑条左右滑动的识别，将不同方向滑动作为两个按键（F2、F3）按下，上报至 PC，从而实现 PC 音量调节。
👉 MPLAB X IDE
硬件介绍
SAMD21 Curiosity Nano 评估套件是评估 SAMD21G17D MCU 的硬件平台。它由 MPLAB® X 集成开发环境 (IDE) 和 MPLAB Harmony v3 软件开发框架提供支持。通过评估套件可以轻松访问 SAMD21 MCU 的功能，从而将器件集成到定制设计中。由于评估套件包含用于编程和调试的板载 Nano 调试器，因此无需外部工具即可对 SAMD21G17D 器件进行编程。
SAMD21 Curiosity Nano 开发板板载一个用于编程和调试的 Nano 调试器。Nano 调试器是一个复杂的 USB 设备，由多个接口组成，如调试器、大容量存储设备、数据网关和虚拟接口、 数据网关和虚拟 COM 端口 (CDC)。板卡特性：
- 板载SAMD21G17D微控制器
- 一个机械用户开关
- 板载 Nano 调试器
- 在 MPLAB X IDE 中识别电路板
- 一个绿色电源/状态 LED
- 编程和调试
- 虚拟 COM 端口（CDC）
- 一个逻辑分析器（DGI GPIO）
- USB 供电
- 可调目标电压
项目设计
开发环境及工程参考
本项目使用 Microchip 官方的 MPLAB X IDE 开发。项目所用到的工具链、库或 packs 如下：
- 编译器：xc32 v4.35
- Packs: SAMD21_DFP 3.6.144、CMSIS 5.8.0、PKOB nano 1.13.715（调试用）
- MCC Content Libraries：
1. MCC Harmony Core 1.5.1
2. csp v3.18.2
3. core v3.13.3
4. bsp v3.17.0
5. CMSIS_5 5.9.0
6. 触摸设备库：touch v3.15.0、touch_apps v3.6.0、touch_host_driver v1.0.0
7. USB库：usb v3.12.0、usb_apps_device v3.6.0
⚠️ 请注意，如果因为网络问题导致 MCC 的库下载失败，需要在安装目录下的空文件夹删除，否则它依然识别你安装了该包。上述所列的部分库是必需的。
在基础环境设置好后，本项目可基于官方提供的 USB HID 键盘示例进行功能开发。
👉 MPLAB-Harmony的USB HID键盘示例：hid_keyboard
总体流程图
硬件基本配置
虽然有示例代码可以进行参考，但是相关的库还是需要进行配置。在 MCC Content Manager 内安装必备的包后，则在 Project Graph 内添加对应的库，并进行功能配置。项目系统框图如下：
其中，Touchbar 与 USB HID 模块内的框图分别为：
⚠️ 需要将“Enable VBUS Sense”功能关闭，因为扩展板 TypeC 口未预留该 IO。
调试串口及BSP配置
| PIN | 功能 |
|---|---|
| PA22 | SERCOM5_PAD0 |
| PB22 | SERCOM5_PAD2 |
结合电路图，我们使用 SERCOM5（PA22、PB22正好作为作为CDC TX、RX）作为调试串口，添加 STDIO 模块实现 printf() 的重定向。在 SERCOM5 的配置选项内，设置：
注意 Receive Pinout 选择PAD[2]，这对应 PB22(SERCOM5_PAD2)，Transmit Pinout 选择为PAD[0] 作为 TxD，这对应 PA22(SERCOM5_PAD0)且不能影响 PAD[2]。
添加 BSP 模块，以简单控制核心板上的 LED 与按键。它会自动对相应 PIN 进行设置，如果用不到可以手动将 PIN 取消。
| PIN | 功能 | 方向 |
|---|---|---|
| PB10 | LED_AL | Out |
触摸滑条
PIN设置：
| PIN | 功能 |
|---|---|
| PA03 | PTC_Y1 |
| PA06 | PTC_Y4 |
| PA07 | PTC_Y5 |
添加 Touchbar 模块，其附带的几个模块都会自动摆放上。在 [Project Graph] -> [Plugins] -> [Touch Configuration] 内进行配置。
先添加一个滑条，之后将传感器与 PIN 绑定，从左到右依次为 PA03、PA06、PA07（结合电路图）。最后调整一下参数（多次尝试后取功能实现效果较好的参数）：滑动分辨率为7bit，滑动死区为8%。
识别触摸滑条的左右划动动作代码如下：
#define SLIDER_CONTACTED_MASK (1 << 1u)touch_process();
if (measurement_done_touch == 1u)
{measurement_done_touch = 0u;if (SLIDER_CONTACTED_MASK == (get_scroller_state(0) & SLIDER_CONTACTED_MASK)){if ((qtm_scroller_data1[0].right_hyst & 0x08) == 0x08){// slide right}else if ((qtm_scroller_data1[0].left_hyst & 0x08) == 0x08){// slide left}}
}
通过 get_scroller_state(0) 获取0号触摸滑条状态。查阅 QTouch 库的手册，bit 1 为接触移动标志位，该位置位表示触摸滑条被接触。这之后，通过 qtm_scroller_data1[0].right_hyst 与 left_hyst 判断是向左还是向右移动，从而识别相应的动作。
USB HID
参考 MPLAB-Harmony的USB HID键盘示例：hid_keyboard，例程中的 keyboard.c/.h 定义了键盘设备的输入报告格式及生成输入报告的函数。app.c/.h 内则为一状态机，用以实现 USB HID 设备的连接、发送键盘输入报告、接收键盘输出报告等功能。
APP_Tasks() 定义了状态机及主要的逻辑，该状态机将一直运行。在状态机初始状态时，将为USB设备注册回调函数，而回调函数内，则是实现各种业务逻辑的地方。这部分需要进行修改。
替换 APP_ProcessSwitchPress() ，以检测触摸滑条是否有动作。在检测到有动作后，通过置位 appData.isTouchbarPress ，以在其他函数内实现后续功能。
void APP_ProcessTouchbarPress(void)
{/* This function checks if the touchbar is pressed */touch_process();if (measurement_done_touch == 1u){measurement_done_touch = 0u;if (SLIDER_CONTACTED_MASK == (get_scroller_state(0) & SLIDER_CONTACTED_MASK)){if (appData.sofEventHasOccurred){appData.sofEventHasOccurred = false;appData.isTouchbarPress = true;}}else{/* No key press. Reset all the indicators. */appData.sofEventHasOccurred = false;}}
}
修改函数 APP_EmulateKeyboard()，其原先逻辑是，判断按键是否按下，按下后 appData.key++，即依次发送 A、B、C……我们所要实现的逻辑是判断 appData.isTouchbarPress，之后判断触摸滑条滑动方向，左划表示按键 F2，右划表示 F3。
| 动作 | 表示按键 |
|---|---|
| 左划 | F2，音量减小快捷键 |
| 右划 | F3，音量增大快捷键 |
void APP_EmulateKeyboard(void)
{if (appData.isTouchbarPress){/* Clear the touchbar pressed flag */appData.isTouchbarPress = false;/* If the touchbar was pressed, update the key counter and then* add the key to the key code array. */if ((qtm_scroller_data1[0].right_hyst & 0x08) == 0x08){appData.key = USB_HID_KEYBOARD_KEYPAD_KEYBOARD_F3;printf("F3 pressed\n");}else if ((qtm_scroller_data1[0].left_hyst & 0x08) == 0x08){appData.key = USB_HID_KEYBOARD_KEYPAD_KEYBOARD_F2;printf("F2 pressed\n");}else{appData.key = USB_HID_KEYBOARD_KEYPAD_RESERVED_NO_EVENT_INDICATED;}appData.keyCodeArray.keyCode[0] = appData.key;/* Start a touch press ignore counter */}else{/* Indicate no event */appData.keyCodeArray.keyCode[0] =USB_HID_KEYBOARD_KEYPAD_RESERVED_NO_EVENT_INDICATED;}KEYBOARD_InputReportCreate(&appData.keyCodeArray,&appData.keyboardModifierKeys, &keyboardInputReport);
}
功能展示
下载程序后连接 PC，可以发现 PC 识别该 USB HID 设备。通过左右滑动触摸滑条可以实现控制 PC 音量的效果。注意操作的时候板子不要接触桌面，否则触摸滑条会误触。
👉 详细展示参见：B站：基于SAMD21G17D的触摸滑条USB HID设备实现及控制PC音量的功能开发
项目总结
本次项目通过 USB HID 协议与触摸库，实现了将触摸滑条作为 USB HID 设备，左右滑动表示按键按下，报告至 PC，从而实现音量控制的功能开发。MPLAB X IDE 只能说一言难尽，MCC 每次打开要半天，对网络环境要求严苛，Project Graph 界面式调用模块出发点是好的，但是有时修改配置会卡死，例如 STDIO 模块还需要单独调用，从而实现 printf 重定向。单就触摸库的开发来说，这部分上手很快。
