基于中穎8位微控制器的電容式觸摸按鍵控制器

　　硬件實現(xiàn)

　　圖4顯示了一個實現(xiàn)的實例。由R1，R2以及電容電極(CX)和手指電容(CT)并聯(lián)的電容(大約5pF) 形成一個RC網(wǎng)絡(luò)，通過對該RC網(wǎng)絡(luò)充放電時間的測量，可以檢測到人手的觸摸。 所有電極共享一個“負(fù)載I/O”引腳。電阻R1和R2盡量靠近MCU放置。電容R1(阻值在幾百歐到幾兆歐之間)是主要電容，用于調(diào)節(jié)觸摸檢測的靈敏度。電容R2(10KΩ)是可選的，用于減少對噪聲影響。

圖4:電容觸摸感應(yīng)實現(xiàn)實例。

　　3 軟件實現(xiàn)

　　本章描述了觸摸感應(yīng)RC原理的實現(xiàn)。

　　3.1充電時間測量原理

　　為了保證健壯的電容觸摸感應(yīng)的應(yīng)用，充電時間的測量需要足夠的精確。

　　采用一個簡單的定時器(無需IC功能)和一系列簡單的軟件操作，即定時地檢查感應(yīng)I/O端口上的電壓是否達(dá)到閥值。這樣的話，時間測量的精確度就取決于執(zhí)行一次完整軟件查詢需要的CPU周期數(shù)。這種測量方法會由于多次測量帶來一些抖動，但是由于沒有硬件限制，這種方法適用于需要很多電極的場合。

　　基本測量

　　使用普通定時器進行充電時間的測量。對電容充電開始之前，定時器的計數(shù)器數(shù)值被記錄下來。當(dāng)采樣I/O端口上的電壓達(dá)到某個閥值(VTH)時，再次記錄定時器計數(shù)器的值。二者之差就是 充電或者放電的時間。

圖5：定時器計數(shù)器值。

　　過采樣

　　過采樣的目的是以CPU時鐘的精度，對輸入電壓達(dá)到高電平和低電平(VIH和VIL)的時間測量。 為了跨越所有的取值范圍，每次測量都比上一次測量延遲一個CPU時鐘周期的時間。 為了跨越所有的取值范圍，測量的次數(shù)是和MCU核相關(guān)的。圖6說明了這個概念的應(yīng)用情況。

圖6：輸入電壓測量。

　　輸入電壓測量的原理

　　為了提高在電壓和溫度變動情況下的穩(wěn)定性，對電極會進行連續(xù)兩次的測量：第一次測量對電容的充電時間，直到輸入電壓升至VIH。第二次測量電容的放電時間，直到輸入電壓降至VIL。下圖以及以下的表格詳細(xì)說明了對感應(yīng)電極(感應(yīng)I/O)和負(fù)載I/O引腳上的操作流程。

圖7：電容充放電時間測量。

表 電容充放電測量步驟