孫樹印

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。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。

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)某一閥值的時間t的變化，就可以判斷出是否有人體接觸。

PCB設(shè)計注意事項

不論是單按鍵、多按鍵、滑條、滾輪設(shè)計，還是混合應(yīng)用。都可以使用一個I／O進(jìn)行充電，既可減少資源應(yīng)用，又可以因使用同一定時標(biāo)準(zhǔn)從而簡化軟件設(shè)計。

用于傳遞按鍵信號的線一定要足夠細(xì)，以降低線路造成的電容的影響，信號線間距為兩倍線寬，不同組的信號間距應(yīng)保證3—5mm。同組的信號線長度應(yīng)盡量保持一致，不同組的信號線不可以交叉。獨立按鍵的形狀可設(shè)計為圓、三角或正多邊形，尺寸以10～15mm為宜?；瑮l的形狀可，以是長方形或鋸齒形，滾輪可以設(shè)計為幅射的扇形或環(huán)形，也可以是交錯的齒輪，每個部分之間應(yīng)保持0.2～0.5mm。按鍵PCB層不應(yīng)該覆銅，否則會影響感覺的靈敏度，反面應(yīng)覆銅以減少干擾。

LED經(jīng)常在感應(yīng)設(shè)計中用來指示按鍵是否有效按下，注意按鍵的地或電源線盡量短，線路較長時宜增加1nF的濾波電容。

另外，建議電源電路使用線性電源而不是開關(guān)電源，這對提高感應(yīng)靈敏度很重要。

軟件設(shè)計流程與實現(xiàn)

ST公司設(shè)計了完整的基于RC充電檢測的電容式感應(yīng)觸摸方案的完整設(shè)計，包括PCB和完整的源程序。以及基于STM8s的標(biāo)準(zhǔn)觸摸感應(yīng)庫(Touch Sense Library，TSL)和應(yīng)用API接口，采用易于移植的c設(shè)計，用戶可以方便地應(yīng)用于其他任何MCU系統(tǒng)中。因為RC充電理論涉及的專利已經(jīng)對公眾開放，所以完全沒有專利的限制。

ST的TSL內(nèi)容包括濾波和校正算法，環(huán)境變化系統(tǒng)，自動根據(jù)環(huán)境溫度、濕度、電壓、灰塵等因素調(diào)整配置參數(shù)。提供了包括單通道和多通道的感應(yīng)設(shè)計API函數(shù)，層次驅(qū)動的項目工程?；赟TM8Sxxx-TS1-EVAL演示板的軟件在STVD開發(fā)平臺下設(shè)計，使用COSMIC-C語言編譯器，包括完整的源代碼。

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。

使用STM8s的觸摸感應(yīng)方案與Cypress公司的Capsense觸摸按鍵的效果進(jìn)行了對比，結(jié)果證明二者在靈敏度與可靠性方面不相上下，在水浸、增加覆蓋物情況下本方案適應(yīng)性更佳。