利用系統(tǒng)已有資源，添加電容式觸摸按鈕或接近傳感器

　　測(cè)量方法

　　適用于單片機(jī)測(cè)量導(dǎo)電焊盤電容的方法如下：

　　1. 電容分壓器;

　　2. 充電時(shí)間測(cè)量;

　　3. 電容檢測(cè)模塊。

　　所有這三種方法都不需要外部元件;但在測(cè)量和解析電容時(shí)確實(shí)對(duì)單片機(jī)有一些要求。

　　1. 電容分壓器

　　此方法需要具有內(nèi)部具有ADC的單片機(jī)，對(duì)于多數(shù)系統(tǒng)而言這已經(jīng)是普通要求了，對(duì)單片機(jī)不再有其他功能要求。此方法使用ADC的內(nèi)部保持電容以及電路板上導(dǎo)電感應(yīng)焊盤的電容來(lái)產(chǎn)生電壓，電壓取決于傳感器的電容。然后使用ADC測(cè)量電壓，再由軟件進(jìn)行處理。

　　正常工作期間，在進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)，圖2中的模擬多路開(kāi)關(guān)用來(lái)選擇、測(cè)量單片機(jī)引腳(稱作選取的通道)上的電壓。允許保持電容器充電至引腳電壓，充電時(shí)間為采集時(shí)間，然后采樣開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，ADC產(chǎn)生保持電容上電壓的數(shù)字表示。

　　當(dāng)單片機(jī)的引腳被模擬多路開(kāi)關(guān)選中時(shí)，它們還可以配置成數(shù)字I/O，這使得我們能夠把保持電容充電或放電至電源電壓的上下軌值。

　　這種測(cè)量方法需要若干步驟。一些步驟的時(shí)序可能是至關(guān)重要，因?yàn)殡娙莸男孤┖脱訒r(shí)將導(dǎo)致讀數(shù)漂移。

　　i) 要為測(cè)量初始化系統(tǒng)，我們需要在系統(tǒng)中對(duì)電容進(jìn)行適當(dāng)?shù)某浞烹?。通過(guò)使用模擬多路開(kāi)關(guān)選擇未占用引腳并把它配置為高輸出驅(qū)動(dòng)，我們可以對(duì)內(nèi)部保持電容器進(jìn)行充電。同時(shí)我們需要確保傳感器沒(méi)有充電。我們把連接傳感器的引腳配置為低輸出驅(qū)動(dòng)，它使傳感器接地。

　　ii) 一旦傳感器電容已經(jīng)放電，且保持電容器已經(jīng)充電至正電源電壓，連接到傳感器的引腳上的輸出驅(qū)動(dòng)被禁用。這時(shí)，至電容的線路浮空，電容可以通過(guò)引腳或板泄漏獲得一些電荷。正因?yàn)槿绱?，這一步的時(shí)間應(yīng)盡可能短。

　　iii) 使用模擬多路開(kāi)關(guān)選中連接到傳感器的引腳，這將使保持電容與傳感器并聯(lián)。保持電容充電至Vdd，而傳感器則完全放電。其結(jié)果就是電流從保持電容流至電容傳感器。模擬多路開(kāi)關(guān)允許雙向電流，盡管其阻抗確實(shí)會(huì)導(dǎo)致一些電流損耗。

　　iv) 在足以使系統(tǒng)穩(wěn)定下來(lái)的時(shí)間之后，模數(shù)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)，采樣開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，如圖2所示。然后測(cè)量保持電容上的電壓。這個(gè)穩(wěn)定時(shí)間非常短，轉(zhuǎn)換通?？梢栽谙乱粭l指令處開(kāi)始。

　　保持電容上的電壓取決于傳感器電容，即傳感器寄生電容和用戶手指電容之和，如果觸摸的話。這引出了下面的關(guān)系式，電壓由ADC測(cè)得。

　　公式2：保持電容上的電壓

　　其中：

　　VChold是由ADC測(cè)得的電壓

　　Vdd是單片機(jī)電源電壓

　　Chold是保持電容的電容，對(duì)于測(cè)試器件而言是10pF

　　Cp是傳感器寄生電容

　　Cf 是手指產(chǎn)生的電容

　　從公式中可以看到，手指按壓加入的電容將導(dǎo)致保持電容上的電壓下降。這將轉(zhuǎn)換為ADC輸出結(jié)果的較低值。

　　讀數(shù)的分辨率由ADC分辨率決定。由于這個(gè)原因，推薦使用10位ADC?？梢允褂幂^低分辨率的ADC，但它將需要更大的電容改變量，而這通常要求較小的極板間距和更薄的接口面板。因?yàn)闇y(cè)得的電壓通常要低很多，為了提高ADC分辨率，可以使用比電源電壓更低的參考電壓來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。該參考電壓的改變將增大每一數(shù)字位能夠分辨的電壓，但要小心避免飽和。當(dāng)被轉(zhuǎn)換電壓超過(guò)參考電壓，而ADC只能以其最大輸出碼進(jìn)行響應(yīng)，這樣就會(huì)出現(xiàn)飽和。因?yàn)殡娙菔綔y(cè)量非?？?，通常為10～20µs，可以對(duì)傳感器進(jìn)行過(guò)采樣，以便提高分辨率。