電容式觸摸控制的低成本解決方案

在本應(yīng)用筆記中，我們將討論如何使用 IO 端口實(shí)現(xiàn)觸摸按鍵。我們還將展示如何使用少量 IO 端口線直接將該觸摸鍵與 LCD 連接。本文將描述和討論兩種用于電容式觸摸控制的低成本解決方案的方法。

在本應(yīng)用筆記中，我們將討論如何使用 IO 端口實(shí)現(xiàn)觸摸按鍵。我們還將展示如何使用少量 IO 端口線直接將該觸摸鍵與 LCD 連接。本文將描述和討論兩種用于電容式觸摸控制的低成本解決方案的方法。
大多數(shù)手持式或壁掛式儀器都需要顯示屏和一些按鍵；這些往往占產(chǎn)品成本的很大一部分。經(jīng)濟(jì)的顯示器是玻璃 LCD，它直接由微控制器驅(qū)動(dòng)，因此不需要顯示控制器。缺點(diǎn)是顯示屏上的段數(shù)受限于可用的空閑 I/O 端口線的數(shù)量。成本的按鍵是由 PCB 上的銅焊盤制成的觸摸按鍵，因此成本可以忽略不計(jì)。缺點(diǎn)是每個(gè)按鍵必須是指腹的大小，并且很難以矩陣格式實(shí)現(xiàn)。然而，對(duì)于帶有很少按鍵的小型 7 段或 14 段顯示器，這種操作方法將是經(jīng)濟(jì)的。
玻璃 LCD 驅(qū)動(dòng)信號(hào)
考慮簡(jiǎn)單的 LCD 顯示器。它只有一個(gè)段。為了操作該段，它必須有一個(gè)背板，通常稱為 COM 平面。電壓施加在該段 (SEG) 和 COM 之間以打開(kāi)該段。為了停止在該段上積聚直流電壓，需要切換電壓，使有效直流電平為 0，該段上的電壓保持恒定。切換率稱為刷新率，應(yīng)在 30 Hz 到 75 Hz 之間。較低的頻率可能會(huì)導(dǎo)致閃爍，但較高的頻率可能會(huì)產(chǎn)生“重影”效應(yīng)，其中分段關(guān)閉可能需要更長(zhǎng)的時(shí)間才能關(guān)閉。較高的頻率也可能會(huì)消耗更多的電量，因此選擇盡可能低的頻率，但又不會(huì)出現(xiàn)顯示屏閃爍的情況。
要關(guān)閉該段，請(qǐng)將相同極性的電壓施加到 SEG 和 COM 引腳，要打開(kāi)該段，則施加相反的極性，

半Vcc方法
兩段顯示器可以按兩種方式排列：兩個(gè) SEG 引腳和一個(gè) COM 引腳，或者一個(gè) SEG 引腳和兩個(gè) COM 引腳。在種方法中，COM 引腳被切換，SEG 引腳被設(shè)置為相反極性以打開(kāi)或相同極性以關(guān)閉。這是簡(jiǎn)單的方法，但需要 N + 1 個(gè)引腳用于 N 個(gè)段。第二種方法很難實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橛袃蓚€(gè)背板，并且它們必須以復(fù)用模式操作。相數(shù)取決于背板的數(shù)量。在此示例中將有兩個(gè)階段。在階段，COM1 引腳設(shè)置為高電平，SEG 引腳設(shè)置為高電平或低電平，具體取決于 seg1 是打開(kāi)還是關(guān)閉。COM2 引腳保持在 ?Vcc，然后 COM1 引腳保持低電平，SEG 引腳緊隨其后。在下一階段，COM1 引腳保持在 ?Vcc，而 COM2 引腳與 SEG 引腳同相或異相切換。該方法稱為Half VCC 方法。在此示例中，兩種方法都沒(méi)有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)檫@兩種方法都需要三個(gè)引腳，但當(dāng)段數(shù)增加時(shí)，優(yōu)勢(shì)就很明顯。由于每個(gè)引腳均由 I/O 端口線驅(qū)動(dòng)，因此 N 段所需的端口線數(shù)量為 (N/C) + C，其中 C 為 COM 平面數(shù)量。因此，對(duì)于 128 個(gè)段，方法 1 中的設(shè)計(jì)需要 129 個(gè)引腳，而方法 2 中僅需要 36 個(gè)引腳（具有 4 個(gè) COM 平面）。N段所需的端口線數(shù)量為(N/C)+C，其中C是COM平面的數(shù)量。因此，對(duì)于 128 個(gè)段，方法 1 中的設(shè)計(jì)需要 129 個(gè)引腳，而方法 2 中僅需要 36 個(gè)引腳（具有 4 個(gè) COM 平面）。N段所需的端口線數(shù)量為(N/C)+C，其中C是COM平面的數(shù)量。因此，對(duì)于 128 個(gè)段，方法 1 中的設(shè)計(jì)需要 129 個(gè)引腳，而方法 2 中僅需要 36 個(gè)引腳（具有 4 個(gè) COM 平面）。
通過(guò)在 COM 信號(hào)上連接兩個(gè)相等的電阻 (100 kΩ)，然后將 I/O 端口編程為輸入，可以獲得 1/2 Vcc 電壓。

對(duì)比
如果上述設(shè)計(jì)實(shí)際實(shí)現(xiàn)，該段很可能會(huì)一直保持開(kāi)啟狀態(tài)。原因是它有一些來(lái)自 Vcc 的直流電壓。為了降低直流偏置，必須引入一些延遲。這種延遲起到了對(duì)比的作用。然后可以改變延遲周期以增加或減少對(duì)比度水平。在每個(gè)脈沖之后添加延遲周期，其中段和 COM 線都保持在 Vcc。

軟件必須在同一時(shí)間段內(nèi)生成兩倍數(shù)量的脈沖，并根據(jù)活動(dòng)或?qū)Ρ戎芷诟臅r(shí)間段。延遲周期可以通過(guò)兩個(gè)定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者如本應(yīng)用所示，通過(guò)一個(gè)定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。