使用普通I/O口實(shí)現(xiàn)電容觸摸感應(yīng)的解決方案

　　技術(shù)背景

　　現(xiàn)在電子產(chǎn)品中，觸摸感應(yīng)技術(shù)日益受到更多關(guān)注和應(yīng)用，不僅美觀耐用，而且較傳統(tǒng)機(jī)械按鍵具有更大的靈敏度、穩(wěn)定性、可靠性，同時(shí)可以大幅提高產(chǎn)品的品質(zhì)。觸摸感應(yīng)解決方案受到越來越多的IC設(shè)計(jì)廠家的關(guān)注，不斷有新的技術(shù)和IC面世，國內(nèi)的公司也紛紛上馬類似方案。Cpress公司的CapSense技術(shù)可以說是感應(yīng)技術(shù)的先驅(qū)，走在了這一領(lǐng)域的前列，在高端產(chǎn)品中有廣泛應(yīng)用，MCP推出了mTouch，AT也推出了QTouch技術(shù)，F(xiàn)SL推出的電場(chǎng)感應(yīng)技術(shù)與MCP的電感觸摸也別具特色，甚至ST也有QST產(chǎn)品。

　　但是目前所有的觸摸解決方案都使用專用IC，因而開發(fā)成本高，難度大，而本文介紹的基于RC充電檢測(cè)（RC Acquisition）的方案可以在任何MCU上實(shí)現(xiàn)，是觸摸感應(yīng)技術(shù)領(lǐng)域革命性的突破。首先介紹了RC充電基礎(chǔ)原理，以及充電時(shí)間的測(cè)試及改進(jìn)方法，然后詳細(xì)討論了基于STM8S單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的硬件、軟件設(shè)計(jì)步驟，注意要點(diǎn)等。

　　一、RC充電檢測(cè)基本原理

　　RC充電檢測(cè)基本原理是對(duì)使用如PCB的電極式電容的充電放電時(shí)間進(jìn)行測(cè)量，通過比較在人體接觸時(shí)產(chǎn)生的微小變化來檢測(cè)是否有‘按下’動(dòng)作產(chǎn)生，可選用于任何單獨(dú)或多按鍵、滾輪、滑條。

　　如圖1(a)所示，在RC網(wǎng)絡(luò)施加周期性充電電壓Vin，測(cè)量Vout會(huì)得到如(b)的時(shí)序，通過檢測(cè)充電開始到Vout到達(dá)某一門限值的時(shí)間tc的變化，就可以判斷出是否有人體接觸。圖2顯示出有人體接觸時(shí)充電時(shí)間會(huì)變長。

　　實(shí)現(xiàn)電路如圖3，使用一個(gè)I/O口對(duì)PCB構(gòu)成的電容充電，另一個(gè)I/O口測(cè)量電壓，對(duì)于多個(gè)按鍵時(shí)使用同一個(gè)I/O口充電。R1通常為幾百K到幾M，人體與PCB構(gòu)成的電極電容一般只有幾個(gè)pF，R2用于降低噪聲干擾，通常為10K。

　　二、充電時(shí)間測(cè)量方法

　　對(duì)充電時(shí)間的測(cè)量可以使用MCU中定時(shí)器的捕捉功能，對(duì)于多個(gè)按鍵一般MCU沒有足夠的定時(shí)器為每個(gè)按鍵分配一個(gè)，也可以使用軟件計(jì)時(shí)的方法，這要求能對(duì)MCU的時(shí)鐘精確計(jì)數(shù)，并且保證每個(gè)周期的時(shí)鐘個(gè)數(shù)保持一定。這種情況通常要求對(duì)按鍵使用一個(gè)獨(dú)立的MCU，以保證不被其他任務(wù)中斷。

　　為了提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，改進(jìn)的測(cè)量方法是對(duì)Vout進(jìn)行高和低兩個(gè)門限進(jìn)行測(cè)量。如圖4所示，通過對(duì)t1和t2的測(cè)量，從而達(dá)到更可靠的效果。另外，多次測(cè)量也是有效的降低高頻干擾的有效方法。

　　實(shí)際應(yīng)用中可以使用數(shù)字信號(hào)的方式直接測(cè)量t1和t2，因?yàn)閿?shù)字信號(hào)的‘1’和‘0’也都有最高與最低輸入門限。使用軟件查詢方式測(cè)量，通過固定頻率檢測(cè)輸入腳，其中‘0’的個(gè)數(shù)就是t1，‘1’的個(gè)數(shù)就是t2，實(shí)際上就是輸入信號(hào)上升到VIHmin和下降到VILmax的時(shí)間。