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Articolo Tecnico
Giocabilità e telefoni cellulari: un joystick miniaturizzato ad alta
precisione
Alfred Binder
Responsabile Marketing di austriamicrosystems AG
I consumatori utilizzano abitualmente e senza difficoltà i dispositivi di input forniti con PC o console per videogiochi,
quali gamepad portatili dotati di joystick, ovvero strumenti che rispondono con precisione ai comandi dei loro
utilizzatori.
Purtroppo in fase di progettazione il circuito e i componenti meccanici di tali dispositivi non riescono a essere
miniaturizzati in maniera sufficiente per utilizzarli in telefoni cellulari e altri prodotti elettronici portatili di dimensioni
contenute. Tuttavia il miglioramento della potenza di calcolo e delle funzionalità grafiche di telefoni cellulari, tablet e
altri dispositivi simili implica la necessità di una nuova tecnologia da impiegare nei controller per videogiochi dei
telefoni cellulari.
Le attuali tecnologie di input per cellulari non sembrano particolarmente adatte ai videogiochi:
• il touchscreen è decisamente meno preciso di un dispositivo dotato di puntatore e, durante la fase di input
dei comandi, la mano dell’utente tende a nascondere, come minimo, una parte dello schermo;
• la risposta fornita dai sensori giroscopici è analogica e per muovere il giroscopio è necessario ruotare
tutto il dispositivo compreso il display, rovinando così in molti casi gli effetti grafici dei giochi;
• le prestazioni del trackball possono essere compromesse da polvere o sporco. Inoltre, la risposta di
questo dispositivo non è adatta ai videogame in quanto non supporta il movimento continuo o un graduale
controllo della velocità, oltre a non simulare in maniera efficace le sensazioni di un joystick analogico.
Infine, il consumo di energia è piuttosto alto;
• il touchpad (conosciuto anche come mouse ottico, mouse ottico tattile, dispositivo di navigazione ottico-
tattile o joystick ottico) presenta gli stessi svantaggi del trackball, ma non è esposto a polvere e sporco.
È pertanto necessaria una nuova tecnologia da utilizzare nei controller dei dispositivi portatili.
Il modulo EasyPoint TM soddisfa le necessità del segmento dei telefoni cellulari
Il nuovo modulo EasyPoint di austriamicrosystems (Figura 1) rappresenta la soluzione a tutti i punti. Si tratta di
un semplice modulo assemblato che può essere installato direttamente su una scheda madre. Inoltre,
l’interfacciamento con l’elettronica del sistema host è immediato.
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Fig. 1: il modulo EasyPoint
Il modulo è costituito da una membrana meccanica che include una manopola di navigazione, un magnete e
l’encoder magnetico integrato AS5013 (Figura 2). L’alloggiamento metallico garantisce la stabilità di montaggio sul
circuito stampato principale del dispositivo host. Il modulo è disponibile in varie configurazioni, tra cui il formato più
ridotto è pari a 8 mm x 8 mm x 1,5 mm.
Fig. 2:EasyPoint TM è un semplice modulo assemblato che può essere installato facilmente sulla superficie della
scheda madre, con il circuito integrato AS5013 posto direttamente sotto la scheda madre.
Funzionamento di EasyPoint TM
Per rilevare il movimento laterale di un magnete posto sopra il sensore, il circuito integrato AS5013 utilizza un array
di sensori ad effetto Hall. La corsa del magnete è un cerchio con un raggio massimo di 2 mm. I quattro sensori ad
effetto Hall (C1-4) sono posti su una circonferenza centrata nel mezzo dell'AS5013 (Figura 3). Un quinto sensore
(C5) posto in centro è utilizzato per migliorare la risposta lineare degli spostamenti del magnete superiori a ±1 mm.
Il movimento del magnete posto sopra il circuito integrato genera campi magnetici la cui forza può essere tracciata
generando le curve a campana illustrate nella Figura 3.
N35P102
N40P106
N50P104
Pulsante a membrana + Nastro Mylar
Scheda madre (circuito stampato)
AS5013 (circuito integrato)
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AS5013
Magnete
Movimento
1,1 mm
Magnete
Curva del campo magnetico verticale
Magnete allineato su C1
Curva del campo magnetico verticale
Magnete allineato su C5
Fig. 3: lo spostamento laterale del magnete sulla circonferenza limite della sua corsa produce un cambiamento
della forza del campo magnetico che può essere convertita in dati sullo spostamento laterale.
Un convertitore analogico digitale interno a 8 bit digitalizza i valori della forza del campo generate dai cinque
elementi a effetto Hall e un processore interno interpreta questi cinque valori fornendo semplicemente le
coordinate x e y che indicano il movimento laterale in un cerchio con un raggio massimo di 2 mm. Il processore
semplifica il lavoro dei progettisti in quanto il processore host non deve eseguire algoritmi complessi.
Un interrupt segnala al processore host di leggere le coordinate X e Y su un bus I 2 C standard, mentre la scelta
della frequenza è a discrezione dello sviluppatore.
L’AS5013, ovvero l’unico componente alimentato del modulo, ha due modalità operative: “low power” e “idle”. Nella
modalità “idle” il consumo di corrente è solo di 3 µA, mentre nella modalità “low power” lo sviluppatore può
decidere la velocità di lettura: una maggiore frequenza di lettura implica un maggior consumo di energia del
dispositivo.
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Come può un joystick con un movimento laterale di solo
±1mm favorire la giocabilità?
Per testare le prestazioni del modulo EasyPoint TM in termini di giocabilità, austriamicrosystems ha modificato uno
smartphone di HTC, disabilitando il sensore giroscopico e sostituendolo con un modulo EasyPoint TM di ridotte
dimensioni con uno spostamento di ±1 mm in grado di interfacciarsi con il processore.
La demo, reperibile online all’indirizzo http://blog.easypoint.com/eng/Latest-Posts/Applications/I-m-able-to-shoot-
out-2.7-million-words-about-EasyPoint-in-as-little-as-1-minute-48-seconds-impossible, mostra le prestazioni del
piccolo dispositivo EasyPoint TM durante l’utilizzo in diversi giochi (puzzle e corse automobilistiche).
Come può un dispositivo così piccolo con uno spostamento di solo ±1 mm garantire il controllo durante i giochi? La
risposta è semplice: l‘AS5013 offre un'estrema accuratezza, precisione e velocità. L’array composto dai cinque
elementi a effetto Hall fornisce una mappa magnetica dettagliata della circonferenza su cui si muove il joystick. Il
convertitore analogico digitale interno a 8 bit, che decodifica i dati del campo magnetico, divide la corsa dal centro
a qualsiasi punto sulla circonferenza limite dell’area di rilevamento in 128 segmenti, ognuno provvisto di coordinate
proprie. Il fatto che il dispositivo sia configurato per misurare uno spostamento massimo di ±1 mm implica che sia
in grado di rilevare movimenti di soli 7,8 µm.
Tuttavia, questa dettagliata lettura non è in grado di fornire da sola una rapida risposta agli input dell’utente. È
infatti necessario che il dispositivo aggiorni l’applicazione con sufficiente rapidità per rilevare in tempo reale i
movimenti del joystick. Nel test del telefono HTC, la frequenza del modulo EasyPoint TM selezionabile dall’utente è
stata settata al valore massimo di 50 Hz, ovvero una lettura ogni 20 ms; il dispositivo si è rivelato estremamente
pronto e sensibile come se l’utente stesse utilizzando un normale gamepad portatile.
Essendo un dispositivo a ridotti consumi in grado di interfacciarsi facilmente con il processore, EasyPoint TM ha il
potenziale per rivoluzionare le modalità di utilizzo di svariati dispositivi portatili di ridotte dimensioni come i telefoni
cellulari. Giocare fuori casa non sarà più lo stesso!
È possibile vedere il video dimostrativo del modulo EasyPoint TM all’indirizzo
http://blog.easypoint.com/eng/General/EasyPoint-Video. Gli sviluppatori possono ordinare direttamente online
(www.austriamicrosystems.com) la scheda dimostrativa EasyPoint TM AS5013-DB.
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