使用普通I/O口實現(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（RC Acquisition）的方案可以在任何MCU上實現(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，以及充電時間的測試及改進(jìn)方法，然后詳細(xì)討論了基于STM8S單片機(jī)實現(xiàn)的硬件、軟件設(shè)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間進(jìn)行測量，通過比較在人體接觸時產(chǎn)生的微小變化來檢測是否有‘按下’動作產(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，測量Vout會得到如(b)的時序，通過檢測充電開始到Vout到達(dá)某一門限值的時間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充電時間會變長。

　　實現(xiàn)電路如圖3，使用一個I/O口對PCB構(gòu)成的電容充電，另一個I/O口測量電壓，對于多個按鍵時使用同一個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pF，R2用于降低噪聲干擾，通常為10K。

　　二、充電時間測量方法

　　對充電時間的測量可以使用MCU中定時器的捕捉功能，對于多個按鍵一般MCU沒有足夠的定時器為每個按鍵分配一個，也可以使用軟件計時的方法，這要求能對MCU的時鐘精確計數(shù)，并且保證每個周期的時鐘個數(shù)保持一定。這種情況通常要求對按鍵使用一個獨(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)的測量方法是對Vout進(jìn)行高和低兩個門限進(jìn)行測量。如圖4所示，通過對t1和t2的測量，從而達(dá)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。

　　實際應(yīng)用中可以使用數(shù)字信號的方式直接測量t1和t2，因為數(shù)字信號的‘1’和‘0’也都有最高與最低輸入門限。使用軟件查詢方式測量，通過固定頻率檢測輸入腳，其中‘0’的個數(shù)就是t1，‘1’的個數(shù)就是t2，實際上就是輸入信號上升到VIHmin和下降到VILmax的時間。