基于充放電原理的電容式觸摸按鍵設(shè)計(jì)

與傳統(tǒng)的機(jī)械式按鍵相比，電容式觸摸感應(yīng)按鍵美觀、耐用、壽命長(zhǎng)。電容式觸摸感應(yīng)按鍵實(shí)際只是PCB上的一小塊“覆銅焊盤”，與四周“地信號(hào)”構(gòu)成一個(gè)感應(yīng)電容，觸摸該按鍵會(huì)影響該電容值。現(xiàn)在檢測(cè)電容值的方法有很多種，如電流與電壓相位差檢測(cè)、由電容構(gòu)成的振蕩器頻率檢測(cè)、電容橋電荷轉(zhuǎn)換檢測(cè)。而這里則是利用感應(yīng)電容與電阻構(gòu)成的RC回路，檢測(cè)充放電時(shí)間的變化量，不需要專用檢測(cè)電路，
成本低廉。

1 檢測(cè)原理
電容式觸摸按鍵電路的原理構(gòu)成如圖1所示，按鍵即是一個(gè)焊盤，與地構(gòu)成一個(gè)感應(yīng)電容，在周圍環(huán)境不變的情況下電容值固定為微小值，具有固定的充放電時(shí)間，而當(dāng)有一個(gè)導(dǎo)體向電極靠近時(shí)，會(huì)形成耦合電容，這樣就會(huì)改變固有的充放電時(shí)間，而手指就是這樣的導(dǎo)體。通過測(cè)量充放電時(shí)間的改變即可檢測(cè)是否有按鍵被按下。充放電時(shí)間的計(jì)算公式如下：

式中，t，R，C分別為充放電時(shí)間，電阻值，電容值；V1為充放電終止電壓值；V2為充放電起始電壓值；Vt為充放電t時(shí)刻電容上的電壓值。

首先，開關(guān)在斷開的狀態(tài)下該按鍵被下拉電阻拉低，電勢(shì)為0 V，這時(shí)開關(guān)閉合開始對(duì)按鍵充電，等充滿電穩(wěn)定后再斷開開關(guān)，這時(shí)按鍵開始放電，并用定時(shí)器記錄這段放電時(shí)間為t1，反復(fù)該過程。當(dāng)有手指觸碰按鍵時(shí)，放電時(shí)間會(huì)改變?yōu)閠2，如圖2所示，由此即可判斷出手指是否觸摸到該按鍵。

2 檢測(cè)電路設(shè)計(jì)
該檢測(cè)電路由MSP430F1121A作為主控制器，由JTAG接口在線仿真調(diào)試，鍵盤分為單個(gè)觸摸按鍵檢測(cè)和矩陣觸摸按鍵檢測(cè)兩部分，如圖3所示。其占用的單片機(jī)資源包括帶有中斷功能的GPIO口和定時(shí)計(jì)數(shù)器。