20.電容觸摸按鍵實(shí)驗(yàn)

一。 電容觸摸按鍵原理

1. RC 充放電電路原理

Cx電壓從0開始充電，一直到V1。

如果達(dá)到同樣的電壓值，如果電容越大，那么達(dá)到的時(shí)間越長。

手指按下后，電容值為Cs+Cx，電容變大，充電時(shí)間變長，通過判斷充電時(shí)間長短來判斷TPAD是否被按下。

2. 電容觸摸按鍵在PCB板上怎么畫

首先，人體是具有一定電容的。當(dāng)我們把PCB上的銅畫成如下形式的時(shí)候，就完成了一個(gè)最基本的觸摸感應(yīng)按鍵。

上圖左邊，是一個(gè)基本的觸摸按鍵，中間圓形綠色的為銅（我們可以稱之為“按鍵”），在這些按鍵中會引出一根導(dǎo)線與MCU相連，MCU通過這些導(dǎo)線來檢測是否有按鍵“按下”（檢測的方法多種多樣，這將在后面章節(jié)中談到）；外圍的綠色也是銅，不過外圍的這些銅是與GND大地相連的。在“按鍵”和外圍的銅之間是空隙（我們可以稱為空隙d）。上圖右邊是左圖的截面圖，當(dāng)沒有手指接觸時(shí)，只有一個(gè)電容Cp ，當(dāng)有手指接觸時(shí)，“按鍵”通過手指就形成了電容Cf 。由于兩個(gè)電容是并聯(lián)的。

下圖更簡單的說明了上述原理

材料：PCB銅箔

形狀：原則上可以做成任意形狀，中間可留孔或鏤空。我們推薦做成邊緣圓滑的形狀，如圓形或六角形，可以避免尖端放電效應(yīng) 。

大小：最小4mmX4mm, 最大30mmX30mm，有的建議不要大于15mmX15mm，太大的話，外界的干擾相

應(yīng)的也會增加。

底板覆銅：在電路板底層覆銅是很有必要的，這些接地的覆銅能夠最大限度的降低觸摸按鍵的噪聲以及外部環(huán)境對觸摸按鍵的影響。

推薦采用50%--70%的網(wǎng)格覆銅。

靈敏度：一般的感應(yīng)按鍵面積大小和靈敏度成正比。一般來說，按鍵感應(yīng)盤的直徑要大于面板厚度的4倍，

并且增大電極的尺寸，可以提高信噪比。各個(gè)感應(yīng)盤的形狀、面積應(yīng)該相同，以保證靈敏度一致。 靈敏度與外接CIN電容的大小成反比；與面板的厚度成反比；與按鍵感應(yīng)盤的大小成正比。

外接 CIN電容的選擇：

CIN電容可在0PF～50PF選擇。電容越小，靈敏度越高，但是抗干擾能力越差。電容越大，靈敏度越低，但是抗干擾能力越強(qiáng)。通常，我們推薦5PF～20PF。

按鍵的間距：各個(gè)感應(yīng)盤間的距離要盡可能的大一些（大于5mm），以減少它們形成的電場之間的相互干擾。當(dāng)用PCB銅箔做感應(yīng)盤時(shí)，若感應(yīng)盤間距離較近（5MM～10MM），感應(yīng)盤周圍必須用鋪地隔離。 如圖：各個(gè)按鍵距離比較遠(yuǎn)，周圍空白的都用地線隔開了。但注意地線要與按鍵保持一定的距離。

觸摸按鍵表面的覆蓋物：在許多的應(yīng)用中，我們需要在觸摸按鍵上添加一些覆蓋物，如：塑料等。在這種情況下，人的手指就不能和觸摸按鍵直接接觸了。可以畫個(gè)logo。

布局：

A. CIN電容盡量靠近IC放置，各個(gè)通道的CIN電容必須用鋪地隔離。感應(yīng)盤也要盡量靠近IC,這樣

感應(yīng)盤到IC的連線就會最短。

B. 布局時(shí)應(yīng)盡量保證觸摸IC到感應(yīng)盤的距離基本平衡。

走線：

A. 感應(yīng)盤到觸摸芯片的連線盡量短和細(xì)，如果PCB工藝允許盡量采用5MIL的線寬

B. 感應(yīng)盤到觸摸IC的連線不要跨越其他信號線。尤其不能跨越強(qiáng)干擾、高頻的信號線

C. 感應(yīng)盤到觸摸IC的連線周圍0.5MM不要走其他信號線

D. 如果使用哪個(gè)PCB板上的銅箔圖案做觸摸感應(yīng)盤，盡量使用雙面PCB，觸摸芯片和感應(yīng)盤到IC

引腳的連線應(yīng)放在感應(yīng)盤銅箔的背面（BOTTOM）。感應(yīng)盤應(yīng)緊貼觸摸面板。

E. 觸摸IC及其相關(guān)的外圍電路要用45°網(wǎng)格鋪地，網(wǎng)格中銅的面積不要超過總面積的40%。連線周

圍0.5MM不能鋪地。感應(yīng)盤和鋪地至少要有10MM的距離。感應(yīng)盤正對的背面不允許鋪地，也不允許有任何大面積的銅箔和其他信號線。

二。 硬件連接

我們需要通過 TIM5_CH2（PA1）采集 TPAD 的信號，所以本實(shí)驗(yàn)需要用跳線帽短接多功能端口（P14）的 TPAD 和 ADC，以實(shí)現(xiàn) TPAD 連接到 PA1。

三。 實(shí)驗(yàn)程序

程序設(shè)計(jì)思路

//定時(shí)器 5 通道 2 輸入捕獲配置

void TIM5_CH2_Cap_Init(u16 arr,u16 psc)

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;

TIM_ICInitTypeDef TIM5_ICInitStructure;

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM5, ENABLE); //使能 TIM5 時(shí)鐘

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //使能 PA 時(shí)鐘

//設(shè)置 GPIOA.1 為浮空輸入

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1; //PA1 端口配置

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //速度 50MHz

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING; //浮空輸入

GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //初始化 GPIOA.1

//初始化 TIM5

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //設(shè)定計(jì)數(shù)器自動重裝值

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //預(yù)分頻器

TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; // TDTS = Tck_tim

TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //向上計(jì)數(shù)模式

TIM_TimeBaseInit(TIM5, &TIM_TimeBaseStructure); //根據(jù)參數(shù)初始化 TIMx

//初始化 TIM5 通道 2

TIM5_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_2; //選擇輸入端 IC2 映射到 TI5 上

TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising; //上升沿捕獲

TIM5_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;

TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1; //配置輸入分頻,不分頻

TIM5_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x03;//配置輸入濾波器 8 個(gè)定時(shí)器時(shí)鐘周期濾波

TIM_ICInit(TIM5, &TIM5_ICInitStructure);//初始化 I5 IC2

TIM_Cmd(TIM5,ENABLE ); //使能定時(shí)器 5

}

//得到定時(shí)器捕獲值

//如果超時(shí),則直接返回定時(shí)器的計(jì)數(shù)值.

u16 TPAD_Get_Val(void)

{

TPAD_Reset();

while(TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_CC2)== RESET) //等待溢出，如果一直捕獲不到上升沿，直接返回計(jì)數(shù) 值

{

if(TIM_GetCounter(TIM5)>TPAD_ARR_MAX_VAL-500)

return TIM_GetCounter(TIM5); //超時(shí)了,直接返回 CNT 的值

};

return TIM_GetCapture2(TIM5); //捕獲到上升沿后返回捕獲值

}