單片機模擬電容觸摸按鍵

1、 單片機模擬電容觸摸按鍵圖2 TPAD與STM32連接原理圖圖1、電容觸摸按鍵原理 這里我們使用的是檢測電容充放電時間的方法來判斷是否有觸摸，圖中R是外接的電容充電電阻，Cs是沒有觸摸按下時TPAD與PCB之間的雜散電容。而Cx則是有手指按下的時候，手指與TPAD之間形成的電容。圖中的開關(guān)是電容放電開關(guān)（由實際使用時，由STM32的IO代替）。 先用開關(guān)將Cs（或Cs+Cx）上的電放盡，然后斷開開關(guān)，讓R給Cs（或Cs+Cx）充電，當(dāng)沒有手指觸摸的時候，Cs的充電曲線如圖中的A曲線。而當(dāng)有手指觸摸的時候，手指和TPAD之間引入了新的電容Cx，此時Cs+Cx的充電曲線如圖中的B曲線。從上圖可以看

2、出，A、B兩種情況下，Vc達(dá)到Vth的時間分別為Tcs和Tcs+Tcx。 其中，除了Cs和Cx我們需要計算，其他都是已知的，根據(jù)電容充放電公式：Vc=V0*(1-e(-t/RC) 其中Vc為電容電壓，V0為充電電壓，R為充電電阻，C為電容容值，e為自然底數(shù)，t為充電時間。根據(jù)這個公式，我們就可以計算出Cs和Cx。利用這個公式，我們還可以把戰(zhàn)艦開發(fā)板作為一個簡單的電容計，直接可以測電容容量了，有興趣的朋友可以搗鼓下。 在本章中，其實我們只要能夠區(qū)分Tcs和Tcs+Tcx，就已經(jīng)可以實現(xiàn)觸摸檢測了，當(dāng)充電時間在Tcs附近，就可以認(rèn)為沒有觸摸，而當(dāng)充電時間大于Tcs+Tx時，就認(rèn)為有觸摸按下（Tx為

3、檢測閥值）。 本章，我們使用PA1(TIM5_CH2)來檢測TPAD是否有觸摸，在每次檢測之前，我們先配置PA1為推挽輸出，將電容Cs（或Cs+Cx）放電，然后配置PA1為浮空輸入，利用外部上拉電阻給電容Cs(Cs+Cx)充電，同時開啟TIM5_CH2的輸入捕獲，檢測上升沿，當(dāng)檢測到上升沿的時候，就認(rèn)為電容充電完成了，完成一次捕獲檢測。在MCU每次復(fù)位重啟的時候，我們執(zhí)行一次捕獲檢測（可以認(rèn)為沒觸摸），記錄此時的值，記為tpad_default_val，作為判斷的依據(jù)。在后續(xù)的捕獲檢測，我們就通過與tpad_default_val的對比，來判斷是不是有觸摸發(fā)生。關(guān)于輸入捕獲的配置，在上一章我們

4、已經(jīng)有詳細(xì)介紹了，這里我們就不再介紹。至此，電容觸摸按鍵的原理介紹完畢。2 硬件設(shè)計本實驗用到的硬件資源有：1） 指示燈DS0和DS12） 定時器TIM53） 觸摸按鍵TPAD前面兩個之前均有介紹，我們需要通過TIM5_CH2（PA1）采集TPAD的信號，所以本實驗需要用跳線帽短接多功能端口（P14）的TPAD和ADC，以實現(xiàn)TPAD連接到PA1。如圖16.2.1所示： 3 軟件設(shè)計軟件設(shè)計我們在之前的工程上面增加，首先在HARDWARE文件夾下新建TPAD的文件夾。然后打開USER文件夾下的工程，新建一個tpad.c的文件和tpad.h的頭文件，保存在TAPD文件夾下，并將TPAD文件夾加入

5、頭文件包含路徑。我們在tpad.c里輸入如下代碼：#define TPAD_ARR_MAX_VAL 0XFFFF /最大的ARR值 vu16 tpad_default_val=0;/空載的時候(沒有手按下),計數(shù)器需要的時間/初始化觸摸按鍵/獲得空載的時候觸摸按鍵的取值./systick:系統(tǒng)時鐘頻率/返回值:0,初始化成功;1,初始化失敗u8 TPAD_Init(u8 systick) u16 buf10; u16 temp; u8 j,i; TIM5_CH2_Cap_Init(TPAD_ARR_MAX_VAL,systick-1);/以1Mhz的頻率計數(shù) for(i=0;i10;i+)/連

6、續(xù)讀取10次 buf=TPAD_Get_Val(); delay_ms(10); for(i=0;i9;i+)/排序 for(j=i+1;jbufj)/升序排列 temp=buf; buf=bufj; bufj=temp; temp=0; for(i=2;iTPAD_ARR_MAX_VAL/2)return 1;/初始化遇到超過TPAD_ARR_MAX_VAL/2的數(shù)值,不正常! return 0; /復(fù)位一次/釋放電容電量，并清除定時器的計數(shù)值void TPAD_Reset(void) GPIOA-CRL&=0XFFFFFF0F; /PA1 輸入 GPIOA-CRL|=0X; /復(fù)用功能輸出

7、 GPIOA-ODR&=(1SR=0; /清除標(biāo)記 TIM5-CNT=0; /歸零 GPIOA-CRL&=0XFFFFFF0F; /PA1 輸入 GPIOA-CRL|=0X; /復(fù)用功能輸出 /得到定時器捕獲值/如果超時,則直接返回定時器的計數(shù)值./返回值：捕獲值/計數(shù)值（超時的情況下返回）u16 TPAD_Get_Val(void) TPAD_Reset(); while(TIM5-SR&0X04)=0)/等待捕獲上升沿 if(TIM5-CNTTPAD_ARR_MAX_VAL-500)return TIM5-CNT;/超時了,直接返回CNT的值 ; return TIM5-CCR2; /讀取

8、n次,取最大值/n：連續(xù)獲取的次數(shù)/返回值：n次讀數(shù)里面讀到的最大讀數(shù)值u16 TPAD_Get_MaxVal(u8 n) u16 temp=0; u16 res=0; while(n-) temp=TPAD_Get_Val();/得到一次值 if(tempres)res=temp; ; return res;/掃描觸摸按鍵/mode:0,不支持連續(xù)觸發(fā)(按下一次必須松開才能按下一次);1,支持連續(xù)觸發(fā)(可以一直按下)/返回值:0,沒有按下;1,有按下; #define TPAD_GATE_VAL 80 /觸摸的門限值,也就是必須大于tpad_default_val+TPAD_GATE_VAL

9、,才認(rèn)為是有效觸摸.u8 TPAD_Scan(u8 mode) static u8 keyen=0; /0,可以開始檢測;0,還不能開始檢測 u8 res=0; u8 sample=3; /默認(rèn)采樣次數(shù)為3次 u16 rval; if(mode) sample=6; /支持連按的時候，設(shè)置采樣次數(shù)為6次 keyen=0; /支持連按 rval=TPAD_Get_MaxVal(sample); if(rval(tpad_default_val+TPAD_GATE_VAL)/大于tpad_default_val+TPAD_GATE_VAL,有效 rval=TPAD_Get_MaxVal(sampl

10、e); if(keyen=0)&(rval(tpad_default_val+TPAD_GATE_VAL)/大于tpad_default_val+TPAD_GATE_VAL,有效 res=1; /printf(r:%drn,rval); keyen=5; /至少要再過5次之后才能按鍵有效 else if(keyen2)keyen=2; /如果檢測到按鍵松開,則直接將次數(shù)將為2,以提高響應(yīng)速度 if(keyen)keyen-; return res;/定時器2通道2輸入捕獲配置/arr：自動重裝值/psc：時鐘預(yù)分頻數(shù)void TIM5_CH2_Cap_Init(u16 arr,u16 psc)

11、 /此部分需手動修改 IO口設(shè)置 RCC-APB1ENR|=1APB2ENR|=1CRL&=0XFFFFFF0F; /PA1 輸入 GPIOA-CRL|=0X; /浮空輸入 TIM5-ARR=arr; /設(shè)定計數(shù)器自動重裝值/剛好1ms TIM5-PSC=psc; /預(yù)分頻器,1M的計數(shù)頻率 TIM5-CCMR1|=1CCMR1|=3CCMR1|=0CCER|=0CCER|=1CR1|=0x01; /使能定時器5此部分代碼包含6個函數(shù)，我們將介紹其中4個比較重要的函數(shù)：TIM5_CH2_Cap_Init、TPAD_Get_Val、TPAD_Init和TPAD_Scan。首先介紹TIM5_CH2

12、_Cap_Init函數(shù)，該函數(shù)和上一章的輸入捕獲函數(shù)基本一樣，不同的是，這里我們設(shè)置的是CH2通道，并開啟了輸入濾波器。通過該函數(shù)的設(shè)置，我們將可以捕獲PA1上的上升沿。我們再來看看TPAD_Get_Val函數(shù)，該函數(shù)用于得到定時器的一次捕獲值。該函數(shù)先調(diào)用TPAD_Reset，將電容放電，同時設(shè)置TIM5_CNT寄存器為0，然后死循環(huán)等待發(fā)生上升沿捕獲（或計數(shù)溢出），將捕獲到的值（或溢出值）作為返回值返回。接著我們介紹TPAD_Init函數(shù)，該函數(shù)用于初始化輸入捕獲，并獲取默認(rèn)的TPAD值。該函數(shù)有一個參數(shù)，用來傳遞系統(tǒng)時鐘，其實是為了配置TIM5_CH2_Cap_Init為1us計數(shù)周期。

13、在該函數(shù)中連續(xù)10次讀取TPAD值，將這些值升序排列后取中間6個值再做平均（這樣做的目的是盡量減少誤差），并賦值給tpad_default_val，用于后續(xù)觸摸判斷的標(biāo)準(zhǔn)。最后，我們來看看TPAD_Scan函數(shù)，該函數(shù)用于掃描TPAD是否有觸摸，該函數(shù)的參數(shù)mode，用于設(shè)置是否支持連續(xù)觸發(fā)。返回值如果是0，說明沒有觸摸，如果是1，則說明有觸摸。該函數(shù)同樣包含了一個靜態(tài)變量，用于檢測控制，類似第八章的KEY_Scan函數(shù)。所以該函數(shù)同樣是不可重入的。在函數(shù)中，我們通過連續(xù)讀取3次(不支持連續(xù)按的時候)TPAD的值，取這他們的最大值，和tpad_default_val+TPAD_GATE_VAL

14、比較，如果大于則說明有觸摸，如果小于，則說明無觸摸。其中tpad_default_val是我們在調(diào)用TPAD_Init函數(shù)的時候得到的值，而TPAD_GATE_VAL則是我們設(shè)定的一個門限值（這個大家可以通過實驗數(shù)據(jù)得出，根據(jù)實際情況選擇適合的值就好了），這里我們設(shè)置為80。該函數(shù)，我們還做了一些其他的條件限制，讓觸摸按鍵有更好的效果，這個就請大家看代碼自行參悟了。我們將tpad.c文件保存，然后加入到HARDWARE組下。接下來，在tpad.h文件里，我們輸入如下代碼：#ifndef _TPAD_H#define _TPAD_H#include sys.h#include timer.h /

15、空載的時候(沒有手按下),計數(shù)器需要的時間/這個值應(yīng)該在每次開機的時候被初始化一次extern vu16 tpad_default_val; void TPAD_Reset(void);u16 TPAD_Get_Val(void);u16 TPAD_Get_MaxVal(u8 n);u8 TPAD_Init(u8 systick);u8 TPAD_Scan(u8 mode);void TIM5_CH2_Cap_Init(u16 arr,u16 psc); #endif此部分代碼比較簡單，這里不做介紹。接下來，我們修改主程序里面的main函數(shù)如下：int main(void) u8 t=0; S

16、tm32_Clock_Init(9); /系統(tǒng)時鐘設(shè)置 uart_init(72,9600); /串口初始化為9600 delay_init(72); /延時初始化 LED_Init(); /初始化與LED連接的硬件接口 TPAD_Init(72); /初始化觸摸按鍵 while(1) if(TPAD_Scan(0) /成功捕獲到了一次上升沿(此函數(shù)執(zhí)行時間至少15ms) LED1=!LED1; /LED1取反 t+; if(t=15) t=0; LED0=!LED0; /LED0取反,提示程序正在運行 delay_ms(10); 該main函數(shù)比較簡單，TPAD_Init(72)函數(shù)執(zhí)行之后，就開始觸摸按鍵的掃描，當(dāng)有觸摸的時候，對DS1取反，而DS0則有規(guī)律的間隔取反，提示程序正在運行。注意在修改main函數(shù)之后，還需要在test.c里面添加tpad.h頭文件，否則