基于中穎8位微控制器的電容式觸摸按鍵控制器

　　前言

　　在需要用戶界面的應(yīng)用方案中，傳統(tǒng)的機(jī)電開關(guān)正在被電容式觸摸感應(yīng)控制所替代。

　　Sino wealth已經(jīng)開發(fā)了一套觸摸感應(yīng)軟件，使得任意一款8位的中穎微控制器都可以作為一個電容式觸摸按鍵控制器使用。通過對由一個電阻和觸摸電極電容組成的RC充放電時間的控制，該觸摸感應(yīng)軟件可以檢測到人手的觸摸。由于電極電容的改變，導(dǎo)致的RC充放電時間的改變，能夠被檢測出來，然后經(jīng)過濾波等，最終通過專用的I/O端口，或者I2C/SPI接口發(fā)送給主機(jī)系統(tǒng)。該軟件庫所需的元器件BOM表，成本低廉，因為每個通道只需要兩個電阻就可以實現(xiàn)觸摸檢測功能

　　RC感應(yīng)原理

　　RC采樣原理就是通過測量觸摸電極電容的微小變化，來感知人體對電容式觸摸感應(yīng)器(按鍵、滾輪或者滑條)的觸摸。

　　電極電容(C)通過一個固定的電阻(R)周期性地充放電。 電容值取決于以下幾個參數(shù)：電極面積(A)，絕緣體相對介電常數(shù)，空氣相對濕度，以及兩個電極之間的距離(d)。電容值可由下列公式得出：

　　圖1:RC電壓檢測。

　　固定電壓施加在 ， 的電壓隨著電容值的變化而相應(yīng)增加或者降低， 如圖2所示。

　　圖2：測量充電時間。

[$page]　　通過計算VOUT的電壓達(dá)到閥值VTH所需要的充電時間(TC)，來得到電容值(C)。 在觸摸感應(yīng)應(yīng)用中，電容值(C)由兩部分組成：固定電容(電極電容，CX)和當(dāng)人手接觸或者靠近電極時，由人手帶來的電容(感應(yīng)電容，CT)。電極電容應(yīng)該盡可能的小，以保證檢測到人手觸摸。因為通常人手觸摸與否，帶來的電容變化一般就是幾個pF(通常5pF)。 利用該原理，就可以檢測到手指是否觸摸了電極。

　　圖3：觸摸感應(yīng)。

　　這就是用于檢測人手觸摸的觸摸感應(yīng)軟件中感應(yīng)層所采用的基本原理。

　　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。