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：

1. 编译器：xc32 v4.35

2. Packs: SAMD21_DFP 3.6.144、CMSIS 5.8.0、PKOB nano 1.13.715（调试用）

3. 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

在 USB HID 设备的事件回调内，在 USB_DEVICE_EVENT_SOF 内，检测触摸滑条，当检测到滑条有动作时，isTouchbarPress 置位。在状态机 APP_STATE_EMULATE_KEYBOARD ，判断 isTouchbarPress ，如果是则判断滑动方向，左划代表键盘 F2，右划代表键盘 F3。最后将通过 USB_DEVICE_HID_ReportSend 将键盘输入报告发送至 PC。

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

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。

触摸滑条

PIN设置：

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。

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。