使用普通I/O口實(shí)現電容觸摸感應的解決方案

　　技術(shù)背景

　　現在電子產(chǎn)品中，觸摸感應技術(shù)日益受到更多關(guān)注和應用，不僅美觀(guān)耐用，而且較傳統機械按鍵具有更大的靈敏度、穩定性、可靠性，同時(shí)可以大幅提高產(chǎn)品的品質(zhì)。觸摸感應解決方案受到越來(lái)越多的IC設計廠(chǎng)家的關(guān)注，不斷有新的技術(shù)和IC面世，國內的公司也紛紛上馬類(lèi)似方案。Cpress公司的CapSense技術(shù)可以說(shuō)是感應技術(shù)的先驅?zhuān)咴诹诉@一領(lǐng)域的前列，在高端產(chǎn)品中有廣泛應用，MCP推出了mTouch，AT也推出了QTouch技術(shù)，FSL推出的電場(chǎng)感應技術(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(zhuān)用IC，因而開(kāi)發(fā)成本高，難度大，而本文介紹的基于RC充電檢測（RC Acquisition）的方案可以在任何MCU上實(shí)現，是觸摸感應技術(shù)領(lǐng)域革命性的突破。首先介紹了RC充電基礎原理，以及充電時(shí)間的測試及改進(jìn)方法，然后詳細討論了基于STM8S單片機實(shí)現的硬件、軟件設計步驟，注意要點(diǎn)等。

　　一、RC充電檢測基本原理

　　RC充電檢測基本原理是對使用如PCB的電極式電容的充電放電時(shí)間進(jìn)行測量，通過(guò)比較在人體接觸時(shí)產(chǎn)生的微小變化來(lái)檢測是否有‘按下’動(dòng)作產(chǎn)生，可選用于任何單獨或多按鍵、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，測量Vout會(huì )得到如(b)的時(shí)序，通過(guò)檢測充電開(kāi)始到Vout到達某一門(mén)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(cháng)。

　　實(shí)現電路如圖3，使用一個(gè)I/O口對PCB構成的電容充電，另一個(gè)I/O口測量電壓，對于多個(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)間測量方法

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

　　為了提高系統的可靠性和穩定性，改進(jìn)的測量方法是對Vout進(jìn)行高和低兩個(gè)門(mén)限進(jìn)行測量。如圖4所示，通過(guò)對t1和t2的測量，從而達到更可靠的效果。另外，多次測量也是有效的降低高頻干擾的有效方法。

　　實(shí)際應用中可以使用數字信號的方式直接測量t1和t2，因為數字信號的‘1’和‘0’也都有最高與最低輸入門(mén)限。使用軟件查詢(xún)方式測量，通過(guò)固定頻率檢測輸入腳，其中‘0’的個(gè)數就是t1，‘1’的個(gè)數就是t2，實(shí)際上就是輸入信號上升到VIHmin和下降到VILmax的時(shí)間。