基于CY8CKIT-149 BLE HID设备实现及PC控制功能开发(BLE HID+CapSense)

项目介绍

基于英飞凌 CY8CKIT-149 开发板，通过 BLE HID 实现了一个蓝牙键盘设备，可通过蓝牙与 PC 连接，通过板载的触摸按键与滑条实现对 PC 音量、亮度、翻页控制：触摸按键 BTN0/1 控制亮度+/-、BTN2 音量+；触摸滑条左/右滑动控制上/下翻页。

硬件介绍

CY8CKIT-149 是 PSoC™ 4100S Plus 原型开发套件，用户能够通过该款板卡来评估 PSoC™ 4100S Plus 器件。 PSoC™ 4100S Plus 器件是英飞凌的 PSoC™ 4，具有一个 Arm Cortex-M0+ 内核和高达 128KB 闪存、16KB SRAM、9 个可编程模拟块、13 个可编程数字块以及 54 个通用 I/O，包括 24 个智能 I/O。

它还采用英飞凌第四代低功耗 CAPSENSE™ 解决方案，超可靠的低功耗电容式感应解决方案，可在嘈杂环境和液体中“正常工作”。该套件使您能够使用两块电容式电路板快速评估和开发 CAPSENSE™，其中一块具有三个电容式按钮，另一块具有一个六段电容式滑块，这两块电路板都能够对按钮进行自电容式感应和互电容式感应。

开发板

项目设计

开发环境

本项目需要为 MCU 与蓝牙模组两个模块编程。由于要用到板卡上较老的蓝牙模块，用英飞凌的 ModusToolbox 无法对其进行编程，因此只能使用老的 PSoC Creator 开发。

总体流程图

总体流程图
MCU 与蓝牙模块通过 EZI²C 通信，MCU 作为从设备，通过在循环中解码滑条的手势、扫描触摸按键，将信息保存在 buffer 中。使用现成的示例程序，蓝牙模组将作为 BLE HID 键盘设备连接 PC，通过读取相应 I²C buffer，获取触摸按键与滑条手势的按下信息，通过预先设定的 PC 亮度、音量、上下翻页的快捷键编码为 HID 报告发送至 PC。

BLE HID

参考 CYBLE-022001-00 的 BLE HID Keyboard 示例，在硬件模块中添加 I2CHW 用于读取按键信息寄存器，读取的从设备地址为 0x08，引脚设置如下：

PIN	功能
P5[1]	SCL
P5[0]	SDA

<a class= BLE HID 硬件模块" width="500" />
该示例已经实现了一个 BLE HID 键盘设备（其余无关模块可根据需求移除）。在初始化阶段，使用库函数初始化 I²C 设备，并在主循环中读取寄存器并根据对应信息发送对应的操作的 HID 报告即可。读取的 I²C 寄存器 0 位为滑条手势信息，0x54/0x5c 表示左/右滑动（从设备约定），第 2 位 uint8 BIT 0/1/2 分别代表触摸按键 0/1/2 是否按下。

#define SLIDER_GESTURE_INDEX        (0u)
#define BUTTON_COUNT_INDEX          (1u)
#define BUTTON_STATUS_INDEX1        (2u)
#define BUTTON_STATUS_INDEX2        (3u)
#define SLIDER_FLICK_RIGHT          (0x54u)
#define SLIDER_FLICK_LEFT           (0x5Cu)
/* I2C buffer for storing the data read from I2C slave device */
uint8 i2cBuffer[] = {0, 0, 0, 0};int main()
{CyGlobalIntEnable;  .../* Begin I2C master component operation */I2CHW_Start();...while(1) {           /* CyBle_ProcessEvents() allows BLE stack to process pending events */CyBle_ProcessEvents();/* To achieve low power in the device */LowPowerImplementation();if((CyBle_GetState() == CYBLE_STATE_CONNECTED) && (suspend != CYBLE_HIDS_CP_SUSPEND)){            ...if((CyBle_GetBleSsState() == CYBLE_BLESS_STATE_ECO_STABLE) &&(keyboardSimulation == ENABLED)){/*Check for CapSense data change and report to BLE central device*/HandleCapSense();}...

其中，HandleCapSense() 实现对寄存器读取、发送 HID 设备报告：

void HandleCapSense(void)
{static uint8 sliderGesture = 0;static uint8 buttonValue = 0; static uint8 prevButtonStat = 0;/* Read entire data buffer from the slave device */I2CHW_I2CMasterReadBuf(I2C_SLAVE_ADDRESS, i2cBuffer, I2C_BUF_SIZE, I2CHW_I2C_MODE_COMPLETE_XFER);    while (0u == (I2CHW_I2CMasterStatus() & I2CHW_I2C_MSTAT_RD_CMPLT)){CyBle_ProcessEvents();}sliderGesture = i2cBuffer[SLIDER_GESTURE_INDEX];DBG_PRINTF("Slider moved: %u \r\n", sliderGesture);if(sliderGesture == SLIDER_FLICK_LEFT){SendPageCtrl(1u); // page up}else if(sliderGesture == SLIDER_FLICK_RIGHT){SendPageCtrl(0u); // page down}buttonValue = i2cBuffer[BUTTON_STATUS_INDEX1];if(prevButtonStat != buttonValue){DBG_PRINTF("Button moved: %u -> %u\r\n", prevButtonStat, buttonValue);prevButtonStat = buttonValue;if(buttonValue & 0x01)  // btn0{SendLightCtrl(1u);  // light brighter}if(buttonValue & 0x02)  // btn1{SendLightCtrl(0u);  // light lower}if(buttonValue & 0x04)  // btn2{SendSoundCtrl(1u);  // sound higher}}
}

在示例中，参考 hids.c 中定义的 SimulateKeyboard() 即可实现发送一次 HID 设备报告的功能。PC 快捷键对应的功能如下，根据这些键位即可实现上述代码中的 SendPageCtrl()、SendLightCtrl() 、SendSoundCtrl()。

快捷键	功能
F2	音量-
F3	音量+
F5	亮度-
F6	亮度+
Page Up	向上翻页
Page Down	向下翻页

触摸按键与滑条

参考 PSoC 4100S Plus CapSense 与蓝牙模块 CapSense Linear Slider and Buttons 的 MCU 端示例程序，在硬件模块中添加 EZI2C 模块作为从设备，地址设置为 0x08（与主设备读取的地址保持一致）。几个 LED 灯用于指示触摸按键按下与滑动动作。在 CapSense 模块中，设置三个按键与滑条，BTN0/1/2_Tx 均设置为 BTN0_Tx；在“Gesture”栏中打开“One-finger Flick”以检测滑条左右滑动手势，其余设置保持默认即可。

<a class= CapSense 硬件模块" width="500" />
引脚设置如下：

PIN设置
初始化阶段，额外初始化 EZI²C 需写入的 buffer：

#define GESTURE_TIMEOUT             (180u)
uint8 i2cBuffer[] = {0,3,0,0};int main(void)
{.../* Set up communication data buffer with CapSense slider centroid position and button status to be exposed to EZ-BLE Module on CY8CKIT-149 PSoC 4100S Plus Prototyping Kit */EZI2C_EzI2CSetBuffer1(sizeof(i2cBuffer), sizeof(i2cBuffer), i2cBuffer);CapSense_ScanAllWidgets();...

在主循环中，检测滑条手势与触摸按键，并保存至 buffer 中：

for(;;)
{ /* Checks to make sure that the scan is done before processing data */if(CapSense_NOT_BUSY == CapSense_IsBusy()){  .../* Stores the current detected gesture */detectedGesture = CapSense_DecodeWidgetGestures(CapSense_LINEARSLIDER0_WDGT_ID);/* Turns a specific LED on or off depending on the gesture */if((detectedGesture == CapSense_ONE_FINGER_FLICK_RIGHT) || (detectedGesture == CapSense_ONE_FINGER_FLICK_LEFT)){gestureDetected = 1;cnt = 0;i2cBuffer[SLIDER_GESTURE_INDEX] = (uint8) detectedGesture;...}if(gestureDetected == 1){if(cnt >= GESTURE_TIMEOUT){gestureDetected = 0;cnt = 0;i2cBuffer[SLIDER_GESTURE_INDEX] = (uint8) CapSense_NO_GESTURE;}cnt++;}/* Calculate the button status mask and update the I2C bufferbit0= BTN0 status, bit1 = BTN1 status, bit2 = BTN2 status */for(widgetID = 0; widgetID < TOTAL_CAPSENSE_BUTTONS; widgetID++){if(CapSense_IsWidgetActive(widgetID)){SET_BIT(buttonStatus, widgetID);}else{CLEAR_BIT(buttonStatus, widgetID);}}                     i2cBuffer[BUTTON_STATUS_INDEX1] = buttonStatus;...}
}

当读到一次左/右滑动手势后，BLE HID 会发送对应快捷键。若在手指离开后的下次键盘扫描后未复位为“无动作”，则 BLE HID 端仍会解码为左/右滑动，这导致操作会变为“左左左左左右右右右右左左左……”，显然是不合理的。因此，需在识别到左/右滑动后随即将 buffer 对应位复位为“无动作”。但是，由于 MCU 侧无法知道何时 BLE HID 读取到此次的动作，且 I²C 速率只有400k，若立刻复位，可能会导致 BLE HID 无法读取到有效动作。

一种解决方法是在 BLE HID 端读取到一次有效动作后复位对应 buffer，但这样依然要求 MCU 需要适时地为 buffer 复位“无动作”，难以控制。另一种方案是仅在 MCU 侧让有效的左右滑动动作持续一段时间后再复位“无动作”，这样虽会导致左右滑动动作被连续多次识别，且左、右滑动动作的切换存在间隔，但可确保 BLE HID 准确识别到动作。用一计数器记录有效手势的持续时间，当达到 GESTURE_TIMEOUT 后复位，持续时间可根据实际效果调整。