利用普通I/O口实现电容触摸感应方案

文章摘要： 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，国内的公司也纷纷上马类似方案。Cpress公司的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

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      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，国内的公司也纷纷上马类似方案。Cpress公司的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，而本文介绍的基于RC充电检测（RC Acquisition）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。首先介绍了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、软件设计步骤，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。

　　如图1(a)所示，在RC网络施加周期性充电电压Vin，测量Vout会得到如(b)的时序，通过检测充电开始到Vout到达某一门限值的时间tc的变化，就可以判断出是否有人体接触。图2显示出有人体接触时充电时间会变长。

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　　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。

 

　　按键除设计为单通道模式，还可以设计为多通道模式，通过对附近按键的感应信号强度判断手指的位置，甚至可设计出‘连续’的滑动效果。

 

　　LED经常在感应设计中用来指示按键是否有效按下，注意按键的地或电源线就尽量短，线路较长时宜增加1nF的滤波电容。

　　另外，建议电源电路使用线性电源而不是开关电源，这对提高感应灵敏度很重要。

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　　实现电路如图3，使用一个I/O口对PCB构成的电容充电，另一个I/O口测量电压，对于多个按键时使用同一个I/O口充电。R1通常为几百K到几M，人体与PCB构成的电极电容一般只有几个pF，R2用于降低噪声干扰，通常为10K。

  

　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，也可以使用软件计时的方法，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。

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