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时间:2018-06-30 21:32:21

普通I/O口实现电容触摸感应的解决方案

  技术背景
 
  现在电子产品中,触摸感应技术日益受到更多关注和应用,不仅美观耐用,而且较传统机械按键具有更大的灵敏度、稳定性、可靠性,同时可以大幅提高产品的品质。触摸感应解决方案受到越来越多的IC设计厂家的关注,不断有新的技术和IC面世,国内的企业也纷纷上马类似方案。Cpress企业的CapSense技术可以说是感应技术的先驱,走在了这一领域的前列,在高端产品中有广泛应用,MCP推出了mTouch,AT也推出了QTouch技术,FSL推出的电场感应技术与MCP的电感触摸也别具特色,甚至ST也有QST产品。
 
  但是目前所有的触摸解决方案都使用专用IC,因而开发成本高,难度大,而本文先容的基于RC充电检测(RCAcquisition)的方案可以在任何MCU上实现,是触摸感应技术领域革命性的突破。首先先容了RC充电基础原理,以及充电时间的测试及改进方法,然后详细讨论了基于STM8S单片机实现的硬件、App设计步骤,注意要点等。
 
  一、RC充电检测基本原理
 
  RC充电检测基本原理是对使用如PCB的电极式电容的充电放电时间进行测量,通过比较在人体接触时产生的微小变化来检测是否有‘按下’动作产生,可选用于任何单独或多按键、滚轮、滑条。
 
  二、充电时间测量方法
 
  对充电时间的测量可以使用MCU中定时器的捕捉功能,对于多个按键一般MCU没有足够的定时器为每个按键分配一个,也可以使用App计时的方法,这要求能对MCU的时钟精确计数,并且保证每个周期的时钟个数保持一定。这种情况通常要求对按键使用一个独立的MCU,以保证不被其他任务中断。
 
  三、PCB设计注意事项
 
  不论是单按键、多按键、滑条、滚轮设计,还是混合应用,都可以使用一个I/O进行充电,即可减少资源应用,又可以因使用同一定时标准从而简化App设计。
 
  用于传递按键信号的线一定要足够的细,以降低线路造成的电容的影响,信号线间距为两倍线宽,不同组的信号间距应保证3mm~5mm。同组的信号线长度应尽量保持一致,不同组的信号线不可以交叉。独立按键的形状可设计为、圆、三角或正多边形,尺寸以10mm~15mm为宜。滑条的形状可以是长方形或锯齿形,滚轮可以设计为幅射的扇形或环形,也可以是交错的齿轮,每个部分之间应保持0.2~0.5mm。按键PCB层 不应该覆铜,否则会影响感觉的灵敏度,而反面可以覆铜,可以减少干扰。
 
  四、App设计流程
 
  ST企业设计了完整的基于RC充电检测的电容式感应触摸方案的完整设计,包括PCB和完整的源程序,以及基于STM8S的标准触摸感应库(TouchSenseLibrary:TSL)和应用API接口,采用易于移植的C设计,用户可以方便地应用于其他任何MCU系统中。因为RC充电理论涉及的专利已经对公众开放,所以完全没有专利的限制。
 
  ST的TSL内容包括滤波和校正算法,环境变化系统,自动根据环境温度、湿度、电压、灰尘等因素调整配置参数。提供了包括单通道和多通道的感应设计API函数,层次驱动的项目工程。基于STM8Sxxx-TS1-EVAL演示板的App在STVD开发平台下设计,使用COSMIC-C语言编译器,包括完整的源代码,篇幅有限,不能详述。
 
  结论:
 
  通过实验,大家使用STM8S的触摸感觉按键与CY的CAPSENSE触摸按键的效果进行了对比,结果证明二者在灵敏度与可靠性方面不相上下,在水浸、增加覆盖物情况下,本方案适应性更佳。
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