基于嵌入式技術(shù)的感應(yīng)按鍵設(shè)計(jì) (2)

3 硬件設(shè)計(jì)

基于ATmega48的感應(yīng)按鍵，在硬件設(shè)計(jì)上非常簡單，每路按鍵只需要一個(gè)電阻和一個(gè)電容即可實(shí)現(xiàn)。通常情況下，感應(yīng)電極一般以銅箔形式分布在印刷電路板上，可以根據(jù)具體的應(yīng)用需要將感應(yīng)電極設(shè)計(jì)成不同的尺寸和形狀。同時(shí)，采用金屬彈簧或者導(dǎo)電海綿等具有導(dǎo)電功能的介質(zhì)，能夠?qū)存I延伸到合適的長度或高度，如圖2所示。

圖2 采用金屬彈簧延伸的感應(yīng)電極

圖3 硬件原理圖

典型應(yīng)用情況下，采樣電容C1或C2采用22 nF，限流電阻R1或R2采用1 kΩ。但是實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中需要根據(jù)感應(yīng)按鍵的靈敏度，對采樣電容的容值和限流電阻的阻值進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到最佳效果。硬件原理圖如圖3所示。

4 函數(shù)庫安裝與軟件配置

要把ATmega48單片機(jī)的I/O口作為感應(yīng)按鍵輸入口來使用，首先需要安裝QTouch函數(shù)庫Atmel_QTouch_Libraries，目前比較新的函數(shù)庫版本是4.3。安裝完畢后，需要將與單片機(jī)對應(yīng)的庫文件加載到工程中。Atmel公司的集成開發(fā)環(huán)境AVR Studio提供了便捷的設(shè)置，新建一個(gè)工程后，可在Project→Configuration Options→Libraries界面中添加函數(shù)庫鏈接文件。

其次，需要對I/O口進(jìn)行配置。在工程配置(Project→Configuration Options→Custom Options)界面設(shè)置相應(yīng)的宏定義參數(shù)即可，如圖4所示。

圖4 AVR Studio工程配置界面

D_QTOUCH_：需要使用QTouch函數(shù)庫。

DSNSK=C和DSNS=C：表示將ATmega48 PC口設(shè)置為感應(yīng)按鍵口。

DQT_NUM_CHANNELS=4：表示最大可用通道數(shù)量。

DQT_DELAY_CYCLES=1：表示采樣電容充放電周期時(shí)間。

另外，在應(yīng)用系統(tǒng)源程序中需要加入庫函數(shù)的頭文件。代碼如下：

#include touch_api.h

5 系統(tǒng)應(yīng)用

應(yīng)用流程如圖5所示。在系統(tǒng)初始化之后，首先調(diào)用config_sensors()函數(shù)將需要的I/O口配置成感應(yīng)按鍵的采樣口，并對各個(gè)感應(yīng)按鍵的各個(gè)狀態(tài)進(jìn)行初始化。然后是設(shè)置感應(yīng)參數(shù)，這些參數(shù)包括按鍵校準(zhǔn)閾值、正向漂移值、負(fù)向漂移值、最大連續(xù)感應(yīng)時(shí)間等。最后，在應(yīng)用系統(tǒng)的主程序中，需要周期地調(diào)用庫函數(shù)qt_measuer_channels()對感應(yīng)信號進(jìn)行測量，并檢測按鍵的狀態(tài)。

圖5 QTouch應(yīng)用流程

需要注意的是，感應(yīng)按鍵采集使用了系統(tǒng)的一個(gè)定時(shí)器中斷，因此，應(yīng)用系統(tǒng)中的中斷程序會對其造成一定的影響。這就要求在按鍵感應(yīng)的過程中，應(yīng)用系統(tǒng)的中斷服務(wù)程序的處理時(shí)間越短越好。在電容感應(yīng)工作的時(shí)候，中斷服務(wù)程序處理時(shí)間不應(yīng)該超過1 ms，否則將嚴(yán)重影響感應(yīng)按鍵的靈敏度，甚至?xí)?dǎo)致感應(yīng)按鍵失靈。

應(yīng)用系統(tǒng)程序如下：

int main( void ){

init_system();/*系統(tǒng)初始化*/

config_sensors();/*將I/O口配置成感應(yīng)按鍵*/

qt_init_sensing();/*初始化感應(yīng)傳感器*/

qt_set_parameters();/*感應(yīng)參數(shù)設(shè)置*/

init_timer_isr();/*用于感應(yīng)按鍵的定時(shí)器設(shè)置*/

qt_filter_callback = 0;/*濾波參數(shù)選擇*/

__enable_interrupt();/*使能定時(shí)器中斷*//*應(yīng)用程序主循環(huán) */

while (1) {

if( time_to_measure_touch ) {

time_to_measure_touch = 0u; /*繼續(xù)下一個(gè)采集周期*/

qt_measure_sensors( current_time_ms_touch );/*感應(yīng)檢測 */

}

KeyBuff = (qt_measure_data.qt_touch_status.sensor_states[0]);/*獲取感應(yīng)按鍵狀態(tài)*/

……/*系統(tǒng)應(yīng)用程序*/

}

}

6 結(jié)語

基于Atmel QTouch技術(shù)的嵌入式感應(yīng)按鍵設(shè)計(jì)，簡化了設(shè)計(jì)難度，降低了系統(tǒng)的應(yīng)用成本，節(jié)省了印刷電路板的尺寸空間，系統(tǒng)應(yīng)用穩(wěn)定，可靈活應(yīng)用于各類電子產(chǎn)品中。