剖析MSP430電容觸摸系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路 —電路圖天天讀（167）

　　電容觸摸技術(shù)作為一種實(shí)用、時(shí)尚的人機(jī)交互方式，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到各種電子產(chǎn)品，小到電燈開關(guān)，大到平板電腦、觸摸桌等。隨之而來(lái)的是考驗(yàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)者如何發(fā)揮智慧，在把產(chǎn)品用戶界面設(shè)計(jì)得方便簡(jiǎn)潔的同時(shí)，又能呈現(xiàn)產(chǎn)品絢麗的外觀，從而帶來(lái)良好的用戶體驗(yàn)。LED 顯示由于界面友好，可以實(shí)時(shí)反映觸摸的位置信息，在電容觸摸產(chǎn)品設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用。本設(shè)計(jì)正是利用了大量的LED 來(lái)實(shí)現(xiàn)呼吸燈、軌跡燈的特效，可以為例如燈光、音量、溫度等帶有調(diào)節(jié)功能的產(chǎn)品提供設(shè)計(jì)參考。

　　電容觸摸實(shí)現(xiàn)原理

　　MSP430 根據(jù)型號(hào)的不同支持多種電容觸摸檢測(cè)方式，有RC 震蕩、比較器、PIN RO，本設(shè)計(jì)使用的是PIN RelaxaTIon Oscillator 方式，原理如圖1，芯片管腳內(nèi)部檢測(cè)電路由施密特觸發(fā)器、反向器，以及一個(gè)電阻組成，震蕩信號(hào)經(jīng)過(guò)施密特觸發(fā)器變成脈沖信號(hào)，再通過(guò)反向器反饋回RC 電路，通過(guò)TImer_A對(duì)施密特觸發(fā)器的輸出進(jìn)行記數(shù)，再通過(guò)設(shè)置測(cè)量窗口Gate 獲得記數(shù)的結(jié)果。當(dāng)手指觸摸電極，電極上的C 產(chǎn)生變化，導(dǎo)致震蕩頻率改變，這樣在定長(zhǎng)的測(cè)量窗口就能獲得不同的記數(shù)結(jié)果，一旦差值超過(guò)門限，結(jié)合一定的濾波算法判斷就可以觸發(fā)觸摸事件。

　　圖 1 PIN RO 原理圖

　　LED PWM 驅(qū)動(dòng)方案實(shí)現(xiàn)

　　要實(shí)現(xiàn)LED 呼吸的效果，就要求LED 進(jìn)行PWM 調(diào)光，而要實(shí)現(xiàn)軌跡燈的效果，每一路LED必須是獨(dú)立的PWM 控制。本應(yīng)用由于使用了24 個(gè)LED 燈，需要24 路的PWM 輸出控制，MSP430G2955 有32 個(gè)IO口，通過(guò)IO 口配合TIMER 定時(shí)器，足夠支持24 路的軟件PWM 輸出。本實(shí)例采用德州儀器MSP430G2955 ，通過(guò)6 個(gè)IO 完成電容觸摸檢測(cè)，24 個(gè)IO 驅(qū)動(dòng)24路LED，并預(yù)留了通訊口。設(shè)計(jì)實(shí)例如圖 4

　　圖 4 實(shí)例演示圖

　　電路設(shè)計(jì)

　　原理圖設(shè)計(jì)如圖 4， MCU 通過(guò)一個(gè)5V 轉(zhuǎn)3.3V 的LDO 給VCC 供電，使用LDO 的目的是為了保證電源的穩(wěn)定，讓觸摸電路在檢測(cè)信號(hào)時(shí)不會(huì)因?yàn)殡娫吹脑肼暜a(chǎn)生過(guò)大的信號(hào)偏差。電極上串的電阻作為ESD 保護(hù)器件，如果在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理的情況下可以省去。電路中預(yù)留了UART 口與主控系統(tǒng)通訊。

　　圖 5 MCU 電路

　　LED 驅(qū)動(dòng)部分電路如圖 5， 由于每一個(gè)LED 的電流在10mA 左右，24 個(gè)LED 如果同時(shí)亮就有240mA，無(wú)法通過(guò)MCU IO 口直接驅(qū)動(dòng)，在每個(gè)LED 上加一個(gè)三極管以及限流電阻，實(shí)現(xiàn)24路LED 的控制。

　　圖 6 LED 驅(qū)動(dòng)電路

　　本文介紹了使用MSP430G 系列單芯片實(shí)現(xiàn)電容觸摸轉(zhuǎn)輪和24 路獨(dú)立PWM 輸出LED 控制方案，在一些需要低成本的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，又要對(duì)多種LED 特效控制的場(chǎng)合，有很大的使用價(jià)值。　MSP430 系列單片機(jī)以低功耗和外設(shè)模塊的豐富性而著稱，而針對(duì)電容觸摸應(yīng)用，MSP430 的PIN RO 電容觸摸檢測(cè)方式支持IO 口直接連接檢測(cè)電極，不需要任何外圍器件，極大的簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，而本設(shè)計(jì)文檔中使用的MSP430G2XX5 更支持多達(dá) 32 個(gè)IO 口，可驅(qū)動(dòng)24 個(gè)以上的LED 燈，達(dá)到理想的顯示效果。MSP430 電容觸摸轉(zhuǎn)輪方案通過(guò)4 個(gè)IO 口完成4 個(gè)通道的電容檢測(cè)，配合特殊的電極圖形，就可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)輪的設(shè)計(jì)。