基于Atmel QTouch的ATmega48感應(yīng)的按鍵設(shè)計(jì)

　　感應(yīng)按鍵技術(shù)，作為一項(xiàng)新興的技術(shù)，已經(jīng)廣泛用于各種產(chǎn)品。尤其是近兩年以來(lái)，采用感應(yīng)按鍵的家電產(chǎn)品呈爆發(fā)式增加。目前，市面上的這類產(chǎn)品主要有智能電冰箱、數(shù)字液晶電視、熱水器、電熱爐等家電產(chǎn)品。采用感應(yīng)式按鍵的家電產(chǎn)品，可以設(shè)計(jì)出靚麗的控制面板，同時(shí)，與機(jī)械式按鍵相比具有更長(zhǎng)的使用壽命。

　　目前，感應(yīng)按鍵的應(yīng)用方式主要有兩大類：

　　① 采用專用芯片，比如Quantum（昆騰）公司的感應(yīng)按鍵芯片QT240、QT1101[1]，以及 Chemtronics（康拓斯）公司的CT1008等。這類芯片內(nèi)部固化了處理感應(yīng)按鍵的軟件，能夠?qū)Π存I感應(yīng)電極（金屬?gòu)椈苫驅(qū)щ姾＞d）的信號(hào)進(jìn)行采集和分析，最終將分析的結(jié)果以高低電平形式輸出到應(yīng)用系統(tǒng)的處理器I/O口。比如，當(dāng)手靠近感應(yīng)電極的時(shí)候輸出高電平，遠(yuǎn)離感應(yīng)電極的時(shí)候輸出低電平。這類芯片外圍需要少量的分立器件，實(shí)際使用時(shí)要根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)這些外圍器件的參數(shù)進(jìn)行微調(diào)，以達(dá)到最佳效果。

　?、?采用集成式芯片。推出這種方式的芯片廠家將處理感應(yīng)按鍵的軟件部分嵌入到單片機(jī)程序中，用戶如果需要用到感應(yīng)按鍵，只需要在單片機(jī)開(kāi)發(fā)環(huán)境里將需要的I/O口配置為感應(yīng)按鍵的輸入口，同時(shí)系統(tǒng)通過(guò)調(diào)用芯片廠家提供的函數(shù)庫(kù)接口來(lái)讀取感應(yīng)按鍵的結(jié)果?；?a class="contentlabel" href="http://www.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/Atmel">Atmel公司ATmega系列單片機(jī)的感應(yīng)按鍵就是屬于這種應(yīng)用方式，它是將其QTouch技術(shù)的軟件代碼以庫(kù)函數(shù)接口形式提供給用戶使用。

2 QTouch技術(shù)

　　QTouch技術(shù)是Atmel公司觸摸技術(shù)部前身Quantum開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)技術(shù)。所開(kāi)發(fā)的集成電路技術(shù)是基于電荷的傳輸電容式感測(cè)。QTouch IC檢測(cè)用傳感器芯片和簡(jiǎn)單按鍵電極之間連接來(lái)檢測(cè)觸摸，如圖1所示。QTouch器件對(duì)未知電容的感測(cè)電極充電到已知電位。電極通常是印刷電路板上的一塊銅區(qū)域，該電極可以通過(guò)金屬?gòu)椈苫蛘邔?dǎo)電海綿來(lái)延伸應(yīng)用空間。在1個(gè)或多個(gè)電荷傳輸周期后測(cè)量電荷，就可以確定感測(cè)板的電容。在觸摸表面按手指，導(dǎo)致在該點(diǎn)影響電荷流的外部電容，作為一個(gè)觸摸記錄；也可確定QTouch微控制器來(lái)檢測(cè)手指的接近度，而不是絕對(duì)觸摸。判斷邏輯中的信號(hào)處理使QTouch健全和可靠，同時(shí)可以消除靜電脈沖或瞬時(shí)無(wú)意識(shí)觸摸/接近引起的假觸發(fā)。

圖1 QTouch技術(shù)示意圖

　　QTouch傳感器可以驅(qū)動(dòng)單按鍵或多按鍵。在用多按鍵時(shí)，可以為每個(gè)按鍵設(shè)置一個(gè)單獨(dú)的靈敏電平?？梢杂貌煌笮『托螤畹陌存I來(lái)滿足功能和審美要求。QTouch技術(shù)可以采用兩種模式：正?；颉坝|摸”模式，以及高靈敏度或“接近”模式。用高靈敏電荷傳輸接近感測(cè)來(lái)檢測(cè)末端用戶接近的手指，用用戶接口中斷電子設(shè)備或電氣裝置來(lái)啟動(dòng)系統(tǒng)功能。為了實(shí)現(xiàn)良好的電磁兼容，QTouch傳感器采用擴(kuò)頻調(diào)制和稀疏、隨機(jī)充電脈沖（脈沖之間具有長(zhǎng)延遲）。單個(gè)脈沖可以比內(nèi)部串脈沖間隔短5%或更短。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是交叉?zhèn)鞲衅鞲蓴_較小，功耗較低，且降低了RF輻射和極化率。QTouch器件對(duì)于慢變化（由于老化或環(huán)境條件改變）具有自動(dòng)漂移補(bǔ)償。這些器件不需要線圈、振蕩器、RF元件、專門(mén)纜線、RC網(wǎng)絡(luò)或大量的分立元件[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(jiǎn)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?gòu)椈苫蛘邔?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(zhǎng)度或高度，如圖2所示。

圖2 采用金屬?gòu)椈裳由斓母袘?yīng)電極

　　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(duì)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。

圖3 硬件原理圖