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1、電容式觸摸感應按鍵技術原理及應用2010-05-2612:45:02
2、??分類：維修
3、??標簽：
4、字號大中小?訂閱市場上的消費電子產品已經開始逐步采用觸摸感應按鍵，以取代傳統(tǒng)的機械式按鍵。針對此趨勢，SiliconLabs公司推出了內置微控制器(MCU)功能的電容式觸摸感應按鍵(CapacitiveTouchSense)方案。電容式觸摸感應按鍵開關，內部是一個以電容器為基礎的開關。以傳導性物體（例如手指）觸摸電容器可改變電容，此改變會被內置于微控制器內的電路所偵測。電容式觸摸感應按鍵的基本原理?◆SiliconL
5、abs現(xiàn)提供一種可偵測因觸摸而改變的電容的方法電容式觸摸感應按鍵的基本原理就是一個不斷地充電和放電的張弛振蕩器。如果不觸摸開關，張弛振蕩器有一個固定的充電放電周期，頻率是可以測量的。如果我們用手指或者觸摸筆接觸開關，就會增加電容器的介電常數(shù)，充電放電周期就變長，頻率就會相應減少。所以，我們測量周期的變化，就可以偵測觸摸動作。具體測量的方式有二種：(一)可以測量頻率，計算固定時間內張弛振蕩器的周期數(shù)。如果在固定時間內測到的周期數(shù)較原先校準的為少，則此開關便被視作為被按壓。(二)也可以測量周期，即在固定次數(shù)的張弛周期
6、間計算系統(tǒng)時鐘周期的總數(shù)。如果開關被按壓，則張弛振蕩器的頻率會減少，則在相同次數(shù)周期會測量到更多的系統(tǒng)時鐘周期。SiliconLabs推出的C8051F9xx微控制器(MCU)系列，可通過使用芯片上比較器和定時器實現(xiàn)觸摸感應按鍵功能，連接最多23個感應按鍵。而且無須外部器件，通過PCB走線/開關作為電容部分，由內部觸摸感應按鍵電路進行測量以得知電容值的變化?！粢許iliconLabs的MCU實現(xiàn)觸摸感應按鍵利用SiliconLabs其它MCU系列，僅需搭配無源器件，即可實現(xiàn)電容式觸摸感應按鍵方案。與C8051F9
7、3x-F92x方案相比，唯一所需的外部器件是(3+N)電阻器，其中N是開關的數(shù)目，以及3個提供反饋的額外端口接點。C8051F93x-F92x之外，SiliconLabs其它MCU系列可直接連接12個開關，或者通過外部模擬多路復用器連接更多開關。設計觸摸感應按鍵開關因為我們要偵測電容值的變化，所以希望變化幅度越大越好?，F(xiàn)在，有三個主要因素會影響開關電容及變化幅度。PCB上開關的大小、形狀和配置PCB走線和使用者手指間的材料種類連接開關和MCU的走線特性我們測試了下圖中這12種不同開關。目的是為了發(fā)現(xiàn)開關的形狀尺寸
8、會如何影響開關的空閑和被接觸的狀態(tài)，還可以發(fā)現(xiàn)哪一種開關的空閑電容最大，就不容易被PCB上的寄生電容而影響。測試結果表明，在特定區(qū)域中的開關越大且走線越多，則此開關的閑置電容便越高。圖中的環(huán)狀開關具有最低的電容，所以當開關動作時，可顯現(xiàn)最大的電容相對變化。◆開關的形狀尺寸會如何影響開關的空閑和被接觸的狀態(tài)由于開關上方的材料種類，會影響閑置電容和電容的變化率。我們還測試了玻璃、有機玻璃Mylar聚酯薄膜、ABS塑料和FR4玻璃纖維，這幾種不同材料。我們發(fā)現(xiàn)，盡可能使用最薄的材料，使電容變化極大化。而且，建議使用具有
9、高介電常數(shù)的材料，例如玻璃，以增加開關的絕對電容?？偨YSiliconLabs的電容式觸摸感應按鍵的優(yōu)點很多。首先，只需要很少的微控制器開銷(overhead)。設計一個開關僅需443字節(jié)碼空間，每多增加一個開關僅需多增加額外的1字節(jié)。硬件資源只需要一個比較器和定時器。還可以采用高效率算法，讓微控制器可以進入低功耗模式，并能定期喚醒以偵測開關動作。總體只占用低于0.05%的CPU資源。其次，沒有外部硬件開銷。可以將開關走線直接連至MCU端口管腳，無須其它外部的反饋電阻器或電容器。而且芯片配置也很簡單。無論開關使用為
10、何材料，完成都很容易。另外，按鍵的偵測，不易受到噪聲和供應電壓的影響。不受50/60Hz噪聲的影響，也不需要精密電壓源(VDD)。常見問答(摘自2008年12月SiliconLabs在線座談中的問答環(huán)節(jié))問題回答問：如何調整觸摸靈敏度？是設計時固定的，還是到現(xiàn)場可以進行調整的？答：靈敏度是通過實驗來做的，客戶可以對不同狀況下的值進行記錄，然后保存到flash中，這樣實際使用時，不同狀況下，系統(tǒng)會用不同值來工作，實現(xiàn)適合的靈敏度。靈敏度是設計時確定的，也可以設計成自學習型的。問：一個開關需要一個定時器和一個比較器，
11、多個開關是共用定時器和比較器嗎？答：對于多個開關，采用一個多路復用器，就可以共同使用一個定時器和比較器了。問：如何消除和區(qū)分電容觸摸的誤觸摸？答：確定觸摸式按鍵是否被按下可以通過檢測頻率或者周期來實現(xiàn)。而消除和區(qū)別誤觸摸，則要通過軟件上一些校準的算法來實現(xiàn)。具體的信息，可以登陸www.silabs.com下載詳細的參考應用。問：貴公司的電容式觸摸芯片有休眠功能嗎？如何喚醒
