電容式觸摸按鍵的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)(軟件部分)

1、 學(xué)校代碼： 11059 學(xué) 號： 0805070076 Hefei University 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）BACHELOR DISSERTATION 論文題目： 電容式觸摸按鍵的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)（軟件部分） 學(xué)位類別： 工 學(xué) 學(xué) 士 學(xué)科專業(yè)： 自 動(dòng) 化 作者姓名： 賈 克 慎 導(dǎo)師姓名： 儲 忠 完成時(shí)間： 2012-5-24 電容式觸摸按鍵的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)(軟件部分)中 文 摘 要當(dāng)今，自動(dòng)化控制系統(tǒng)已經(jīng)在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，在便攜式媒體播放器和移動(dòng)手持終端等大容量、高可視性產(chǎn)品的應(yīng)用中，觸摸式按鍵作為一種接口技術(shù)已被廣泛采用。由于具有方便易用，時(shí)尚和低成本的優(yōu)勢，越來越多的電子產(chǎn)

2、品開始從傳統(tǒng)的機(jī)械按鍵轉(zhuǎn)向觸摸式按鍵。在觸摸按鍵技術(shù)方面，目前主要可分為電阻式觸摸按鍵與電容式感應(yīng)按鍵。由于電阻式的觸摸按鍵需要在設(shè)備表面貼一張觸摸電阻薄膜, 其耐用性較低；而電容感應(yīng)按鍵技術(shù)具有在非金屬操作面板上無須開孔處理、防水防污、易清潔、無機(jī)械開關(guān)磨損而壽命長等優(yōu)點(diǎn)。本論文通過分析電容式觸摸感應(yīng)技術(shù)，研究人體觸摸算法，設(shè)計(jì)出基于PIC單片機(jī)的電容式觸摸按鍵系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)的要求完成了整體方案設(shè)計(jì)，在所設(shè)計(jì)的控制方案里對控制系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)作了詳細(xì)論述。本論文主要介紹軟件部分，并將系統(tǒng)軟件分為：系統(tǒng)初始化模塊、按鍵識別模塊、LCD顯示模塊、高優(yōu)先級和低優(yōu)先級中斷服務(wù)程序模塊。首先將各個(gè)模

3、塊進(jìn)行分析研究，然后進(jìn)行軟硬件聯(lián)合調(diào)試，最后完成該畢業(yè)設(shè)計(jì)所要求的內(nèi)容。關(guān)鍵詞：電容式觸摸感應(yīng)；模塊化；調(diào)試；PIC16F1937 Design and implementation of capacitive touch keysAbstractNowadays，automatic control systems have been widely used and developed in Every aspect of life，the application of portable media players and mobile handsets, such as large-capa

4、city, high-visibility products, the touch buttons as an interface technology has been widely adopted. Easy to use, stylish and low-cost advantage, more and more electronic products began to shift from the traditional mechanical buttons with touch button.Touch-button technology can be divided into re

5、sistive touch buttons and capacitive sensing buttons. Resistive touch keys touch the surface of the device is attached a resistive film, the lower its durability; Capacitive sensing key technologies has a handle on the panel of non-metallic operating without opening, watering pollution, easy to clea

6、ning, non-mechanical switches wear long life advantages.In this paper, by analyzing capacitive touch sensing technology and studying human touch algorithm, we finish the design of capacitive touch button system based on PIC microcontroller. According to the requirements of the system we complete the

7、 overall design of the control system，in which hardware and software design are discussed in detail. This paper mainly introduces the software part, which is divided into four modules: the system initialization module, the key recognition module, LCD display module, a high priority and low priority

8、interrupt service routine module. First do analysis and study on every module. Then combine hardware with software and debug. Finally complete the graduation designs requirements.KEY WORD: Capacitive touch sensing；Modular design；Debugging；PIC16F1937目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc325413098 第一章 前

9、言 PAGEREF _Toc325413098 h 1 HYPERLINK l _Toc325413099 1.1 系統(tǒng)簡介 PAGEREF _Toc325413099 h 1 HYPERLINK l _Toc325413100 1.2 課題的研究背景 PAGEREF _Toc325413100 h 1 HYPERLINK l _Toc325413101 1.3 課題研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 PAGEREF _Toc325413101 h 1 HYPERLINK l _Toc325413102 1.4 課題研究的內(nèi)容 PAGEREF _Toc325413102 h 2 HYPERLINK l _To

10、c325413103 1.5 本章小結(jié) PAGEREF _Toc325413103 h 2 HYPERLINK l _Toc325413104 第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc325413104 h 3 HYPERLINK l _Toc325413105 2.1 設(shè)計(jì)任務(wù) PAGEREF _Toc325413105 h 3 HYPERLINK l _Toc325413106 2.1.1 電容觸摸感應(yīng)技術(shù)的分析 PAGEREF _Toc325413106 h 3 HYPERLINK l _Toc325413107 2.1.2 人體觸摸檢測算法的研究 PAGEREF _Toc325413

11、107 h 5 HYPERLINK l _Toc325413108 2.2 總體方案分析 PAGEREF _Toc325413108 h 5 HYPERLINK l _Toc325413109 2.2.1 中央處理模塊 PAGEREF _Toc325413109 h 6 HYPERLINK l _Toc325413110 2.2.2 電源轉(zhuǎn)換電路 PAGEREF _Toc325413110 h 6 HYPERLINK l _Toc325413111 2.2.3 信息顯示模塊 PAGEREF _Toc325413111 h 6 HYPERLINK l _Toc325413112 2.3 系統(tǒng)功能

12、結(jié)構(gòu)及組成 PAGEREF _Toc325413112 h 6 HYPERLINK l _Toc325413113 2.3.1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc325413113 h 6 HYPERLINK l _Toc325413114 2.3.2 系統(tǒng)組成 PAGEREF _Toc325413114 h 7 HYPERLINK l _Toc325413115 2.4 本章小結(jié) PAGEREF _Toc325413115 h 7 HYPERLINK l _Toc325413116 第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc325413116 h 8 HYPERLINK l _Toc

13、325413117 3.1 軟件設(shè)計(jì)思想 PAGEREF _Toc325413117 h 8 HYPERLINK l _Toc325413118 3.1.1按鍵檢測思想 PAGEREF _Toc325413118 h 8 HYPERLINK l _Toc325413119 3.1.2 各個(gè)顯示模塊設(shè)計(jì)思想 PAGEREF _Toc325413119 h 10 HYPERLINK l _Toc325413120 3.2 主處理程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc325413120 h 10 HYPERLINK l _Toc325413121 3.3 按鍵設(shè)計(jì)模塊 PAGEREF _Toc32541

14、3121 h 14 HYPERLINK l _Toc325413122 3.3.1 按鍵識別 PAGEREF _Toc325413122 h 14 HYPERLINK l _Toc325413123 3.3.2 按鍵的程序框圖 PAGEREF _Toc325413123 h 15 HYPERLINK l _Toc325413124 3.4 顯示模塊程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc325413124 h 18 HYPERLINK l _Toc325413125 3.4.3 LCD顯示模塊 PAGEREF _Toc325413125 h 18 HYPERLINK l _Toc325413126

15、3.5 軟件開發(fā)環(huán)境介紹 PAGEREF _Toc325413126 h 19 HYPERLINK l _Toc325413127 3.5.1 工程文件的建立 PAGEREF _Toc325413127 h 20 HYPERLINK l _Toc325413128 3.5.2 源程序的加載 PAGEREF _Toc325413128 h 22 HYPERLINK l _Toc325413129 3.5.3 源程序編譯、下載 PAGEREF _Toc325413129 h 23 HYPERLINK l _Toc325413130 3.6 本章小結(jié) PAGEREF _Toc325413130 h

16、24 HYPERLINK l _Toc325413131 第四章 硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc325413131 h 25 HYPERLINK l _Toc325413132 4.1 硬件設(shè)計(jì)原則 PAGEREF _Toc325413132 h 25 HYPERLINK l _Toc325413133 4.2 電容式觸摸式按鍵的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc325413133 h 25 HYPERLINK l _Toc325413134 4.2.1 PCB常規(guī)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc325413134 h 25 HYPERLINK l _Toc325413135 4.2.2 電極與

17、元件的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc325413135 h 27 HYPERLINK l _Toc325413136 4.2.3 覆蓋物 PAGEREF _Toc325413136 h 29 HYPERLINK l _Toc325413137 4.2.4 觸摸式按鍵的原理 PAGEREF _Toc325413137 h 29 HYPERLINK l _Toc325413138 4.3 顯示模塊的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc325413138 h 31 HYPERLINK l _Toc325413139 4.4 段式液晶驅(qū)動(dòng)HT1621 PAGEREF _Toc325413139 h 31 H

18、YPERLINK l _Toc325413140 4.5 本章小結(jié) PAGEREF _Toc325413140 h 33 HYPERLINK l _Toc325413141 第五章 系統(tǒng)測試 PAGEREF _Toc325413141 h 34 HYPERLINK l _Toc325413142 第六章 總結(jié) PAGEREF _Toc325413142 h 38 HYPERLINK l _Toc325413143 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc325413143 h 39 HYPERLINK l _Toc325413144 致謝 PAGEREF _Toc325413144 h 41 HYP

19、ERLINK l _Toc325413145 附錄A 系統(tǒng)原理圖 PAGEREF _Toc325413145 h 42 HYPERLINK l _Toc325413146 附錄B 系統(tǒng)PCB布線圖 PAGEREF _Toc325413146 h 43 HYPERLINK l _Toc325413147 附錄C 實(shí)物圖片 PAGEREF _Toc325413147 h 44 HYPERLINK l _Toc325413148 附錄D 程序代碼 PAGEREF _Toc325413148 h 45第一章 前言在便攜式媒體播放器和移動(dòng)手持終端等大容量、高可視性產(chǎn)品的應(yīng)用中，觸摸式按鍵作為一種接口技術(shù)

20、已被廣泛采用1。由于具有方便易用，時(shí)尚和低成本的優(yōu)勢，越來越多的電子產(chǎn)品開始從傳統(tǒng)的機(jī)械按鍵轉(zhuǎn)向觸摸式按鍵。因此觸摸式按鍵作為一種簡單方便的接口成果具有十分重要的意義。1.1 系統(tǒng)簡介為解決傳統(tǒng)的機(jī)械式按鍵輸入方式易磨損、壽命短等問題，消費(fèi)電子產(chǎn)品已經(jīng)開始逐步采用觸摸感應(yīng)按鍵，以取代傳統(tǒng)的機(jī)械式按鍵。最新一代電荷檢測技術(shù)，利用操作者的手指與觸摸按鍵焊盤之間產(chǎn)生電荷電平來進(jìn)行檢測，通過監(jiān)測電荷的微小變化來確定手指接近或者觸摸到感應(yīng)表面。通過本次設(shè)計(jì)可以更加深入了解電容觸摸感應(yīng)的相關(guān)知識，熟悉電容式觸摸按鍵實(shí)現(xiàn)的具體過程。1.2 課題的研究背景觸摸技術(shù)如今已經(jīng)成為信息技術(shù)發(fā)展的新趨勢，由于操控直觀

21、、快捷，大大提升了人機(jī)互動(dòng)的效率，被大量用于高端智能手機(jī)及平板電腦。觸摸控制技術(shù)2又可分為觸摸屏( Touch Screen) 技術(shù)和觸摸按鍵( Touch Key) 技術(shù)。在觸摸按鍵技術(shù)方面，目前主要可分為電阻式觸摸按鍵與電容式感應(yīng)按鍵。電阻式的觸摸按鍵由多塊導(dǎo)電薄膜按照按鍵的位置印制而成，需要在設(shè)備表面貼一張觸摸薄膜。電阻式觸摸按鍵雖然價(jià)格低廉，但其導(dǎo)電薄膜耐用性較低。因此，電容式觸摸按鍵便成了一種理想的替代方案。電容式觸摸按鍵的優(yōu)點(diǎn)在于它不易受到溫度、靜電、水、灰塵等外界因素影響，操作準(zhǔn)確性高；靠人手感應(yīng)，整個(gè)界面沒有按鍵存在，可使產(chǎn)品更加美觀。此外，由于按鍵沒有接點(diǎn)，使用壽命更為長久。

22、1.3 課題研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢觸摸控制技術(shù)又可分為觸摸屏技術(shù)和觸摸按鍵技術(shù)。 在觸摸按鍵技術(shù)方面，目前主要可分為電阻式觸摸按鍵與電容式感應(yīng)按鍵。由于電阻式的觸摸按鍵需要在設(shè)備表面貼一張觸摸電阻薄膜, 其耐用性較低；而電容感應(yīng)按鍵技術(shù)具有在非金屬操作面板上無須開孔處理、防水防污、易清潔、無機(jī)械開關(guān)磨損而壽命長等優(yōu)點(diǎn)。 近幾年隨著蘋果公司將電容觸摸感應(yīng)技術(shù)從筆記本電腦引用到iPod 后，電容觸摸感應(yīng)熱浪正席卷幾乎所有電子產(chǎn)品，從筆記本電腦、智能 、PDA、游戲機(jī)等手持設(shè)備, 到LCD 、TV、DVD 等消費(fèi)電子產(chǎn)品，再到洗衣機(jī)、空調(diào)、冰箱、熱水器、電磁爐以及咖啡壺等大小家電, 無不以加入電容觸摸感

23、應(yīng)為新的賣點(diǎn)。目前，世界知名電子元件供應(yīng)商均加大了對電容觸摸按鍵的應(yīng)用研究, 并推出眾多的專業(yè)芯片, 有專用電容感應(yīng)按鍵類的全ASIC, 也有眾多基于MCU集成類的IC。但這些芯片價(jià)格較高, 在一些按鍵數(shù)量少、成本要求低的電路中很難得到運(yùn)用。另外，使用這些集成類IC，很難做到所選資源恰好等于使用的情況，存在資源的浪費(fèi)情況。而且對于升級成熟產(chǎn)品的機(jī)械式按鍵，還存在變更原MCU 代碼的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，目前，對于電容式觸摸按鍵的介紹大多也停留在基于電容量測量的原理上。1.4 課題研究的內(nèi)容我組在結(jié)合電容式觸摸按鍵的原理上，設(shè)計(jì)基于RC充放電原理，即根據(jù)這個(gè)充電時(shí)間的變化量就可以判斷出是否有按鍵按下，中央

24、處理器是否獲得信號，LED是否發(fā)光，從而判斷出按鍵是否設(shè)計(jì)成功。 需要研究的問題如下：分析電容式觸摸感應(yīng)技術(shù)；了解人體觸摸檢測算法的研究；理解電容式觸摸按鍵的工作原理；了解控制核心單片機(jī)PIC16F1937組成及功能；完成基本電路的設(shè)計(jì)，并畫出電路原理圖；編寫出程序，并進(jìn)行調(diào)試。1.5 本章小結(jié)本章主要介紹接口技術(shù)的發(fā)展，從機(jī)械按鍵轉(zhuǎn)化為觸摸按鍵，從電阻式按鍵與電容式按鍵的比較重看出，電容式按鍵在現(xiàn)在及未來的發(fā)展前途十分光明，同時(shí)也引出本次畢業(yè)設(shè)計(jì)電容式觸摸按鍵的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，最后在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所要實(shí)現(xiàn)的要求做出了大概的介紹。第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)電容式觸摸按鍵的設(shè)計(jì)是采用模塊化設(shè)計(jì)的

25、方法。根據(jù)課題研究的內(nèi)容和實(shí)現(xiàn)的功能可以將系統(tǒng)劃分成幾個(gè)模塊，每個(gè)模塊可以單獨(dú)設(shè)計(jì)和調(diào)試，最后可以進(jìn)行模塊間的接口和調(diào)試，因此，該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性能就可以取決于各個(gè)功能模塊的性能和模塊之間的兼容性。根據(jù)課題研究的內(nèi)容分析，電容式觸摸按鍵的設(shè)計(jì)任務(wù)和要求如下：分析電容觸摸感應(yīng)技術(shù)；研究人體觸摸檢測算法；以單片機(jī)PIC16F1937為中央處理器；現(xiàn)場可以通過控制按鍵使得觀察LCD顯示和LED流水燈來進(jìn)行判斷。2.1.1 電容觸摸感應(yīng)技術(shù)的分析電容式感應(yīng)正在越來越多地應(yīng)用于我們的日常生活。優(yōu)雅時(shí)尚的電容式感應(yīng)界面越來越廣泛地應(yīng)用在便攜媒體播放器(PMP)、手機(jī)、計(jì)算機(jī)、POS終端和其它家用電子設(shè)備上，

26、如今又開始廣泛應(yīng)用于工業(yè)和醫(yī)學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域。電容式感應(yīng)是一種以觸摸操作為基礎(chǔ)的感應(yīng)形式。作為傳統(tǒng)機(jī)械式按鈕和滑動(dòng)觸頭的一種替代技術(shù)，電容式感應(yīng)技術(shù)還可以用于設(shè)計(jì)觸摸屏、觸摸板和接近感應(yīng)裝置。這項(xiàng)技術(shù)并不感應(yīng)按鈕的具體狀態(tài)，而是用于檢測導(dǎo)電物體是否存在，許多情況下，用戶的手指就是這個(gè)導(dǎo)電物體。1、觸摸操作系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)方式：之所以采用觸摸操作系統(tǒng)，其原因有幾種?；驹蛑皇菫榱双@得更高的可靠性和耐久性。例如，公共信息亭內(nèi)的按鈕要承受大量不當(dāng)?shù)氖褂煤皖l繁的操作。機(jī)械式按鈕會很容易磨損并導(dǎo)致故障發(fā)生。而更換按鈕和修理機(jī)械式傳感器將會增加總系統(tǒng)成本。而使用觸摸操作系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)更為耐用，從長期角度來說，

27、能夠減少總成本。觸摸操作系統(tǒng)還可以擁有更多靈活性，因?yàn)樗陌粹o可以用于多項(xiàng)功能。例如，在傳統(tǒng)的工業(yè)鍵盤上，機(jī)械式按鈕實(shí)際上只能執(zhí)行單項(xiàng)功能，或者只能代表規(guī)定好的某個(gè)菜單選項(xiàng)。而在使用觸摸屏?xí)r，因?yàn)轱@示可以連續(xù)改變，所以可以采用更多方式來設(shè)計(jì)界面。唯一的限制只是設(shè)計(jì)方案的需要而巳。同樣的道理，由于單個(gè)按鈕可以應(yīng)用于多種用途，觸摸操作系統(tǒng)就能夠在更小的空間內(nèi)擁有更多的功能。最后，觸摸操作系統(tǒng)與機(jī)械式按鈕相比的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是：它可以改善最終用戶的體驗(yàn)?；谟|摸操作的解決方案通常更為直觀易懂并且方便用戶使用。觸摸操作系統(tǒng)可以采用多種不同方式來實(shí)現(xiàn)。其中包括采用電阻膜、紅外傳感器，甚至是表面聲波。電容式

28、感應(yīng)能夠在感應(yīng)到手指存在時(shí)啟用，而無需電阻膜所要求的觸摸筆或壓力。由于基于觸摸的解決方案沒有機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，因此它比機(jī)械式按鈕和開關(guān)更為經(jīng)久耐用。而在各種基于觸摸的解決方案中，電容傳感器擁有極其優(yōu)秀的耐久性。紅外解決方案會受到表面污染物的不良影響，而電容式感應(yīng)技術(shù)對環(huán)境因素具有較強(qiáng)的耐受性。由于電容式感應(yīng)可以采用多種外覆層材料，并可以采用不同水平的分辨率和精確度，因此不會僅限于某些特定應(yīng)用領(lǐng)域。電容式感應(yīng)可以應(yīng)用于消費(fèi)類電子產(chǎn)品中，如移動(dòng)手機(jī)、MP3播放器和數(shù)碼相機(jī)，也可以應(yīng)用于工業(yè)或家用電器，如冼衣機(jī)或信息亭。2、電容式感應(yīng)的工作原理在兩個(gè)導(dǎo)電元件相互之間靠得很近時(shí)，就會產(chǎn)生一個(gè)電容值，本圖中

29、標(biāo)為Cp，這個(gè)電容值是由于傳感器墊板與接地板之間的耦合現(xiàn)象而形成的。Cp屬于寄生電容，典型數(shù)量級任10pF至300pF。傳感器與接地板靠近時(shí)也會形成一個(gè)邊緣電場，這個(gè)電場能夠穿透外覆層?；旧希梭w組織也屬于導(dǎo)電體。將一根手指放存邊緣電場附近時(shí)，就會增加這個(gè)電容系統(tǒng)的導(dǎo)電表面面積。但是，附加手指電容值的數(shù)量級在0.1pF至10pF。雖然一根于指的存在會導(dǎo)致電容發(fā)生變化，但與寄生電容相比，該變化的幅度是相當(dāng)小的。而傳感器的測得電容值稱為CX。在沒有手指存在的情況下，CX基本上等于CP。而在于指存在時(shí)，CX則為CP和CF的和。在當(dāng)今的電子產(chǎn)品領(lǐng)域，噪聲也成為另一項(xiàng)重要的考慮因素3。各類感應(yīng)噪聲，諸

30、如來自電力線路的噪聲，以及來自移動(dòng)手機(jī)或日光燈的輻射噪聲，無時(shí)無刻不存在，所以必須加以考慮。為了進(jìn)行有效防范，可以增加信噪比，并消除虛假觸摸響應(yīng)。在設(shè)計(jì)信噪比、耐久性、靜電放電抵抗力以及精確度時(shí)，所選擇的外覆層材料以及外覆層厚度具有很大的影響。而且，在考慮材料的類型和厚度時(shí)，必須根據(jù)產(chǎn)品的需要，在許多方面采取折衷方式。隨著外覆層材料厚度的增加，信號和噪聲兩方面均會減少。但是，外覆層材料越厚，則對于靜電放電的抵抗力就越強(qiáng)。人體的靜電電壓可以高達(dá)15 KV，而電容式感應(yīng)系統(tǒng)的外覆層有助于避免集成電路在遭受此類靜電放電時(shí)發(fā)生永久性損壞。另一種解決方法是，使用一層聚酰亞胺(Kapton)帶，這種材料在

31、需要超強(qiáng)靜電放電保護(hù)的應(yīng)用中能夠發(fā)揮良好的作用。當(dāng)然，外覆層越厚，也就越不容易破裂或者遭到破壞。因此本設(shè)計(jì)中會通過這些電容感應(yīng)的分析提出比較合理的方案來實(shí)現(xiàn)電容式觸摸按鍵的設(shè)計(jì)。2.1.2 人體觸摸檢測算法的研究觸摸感應(yīng)檢測按鍵是近年來迅速發(fā)展起來一種新型按鍵。它可以穿透絕緣材料外殼（玻璃、塑料等等），通過檢測人體手指帶來的電荷移動(dòng)，而判斷出人體手指觸摸動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)按鍵功能。電容式觸摸按鍵不需要傳統(tǒng)按鍵的機(jī)械觸點(diǎn)，也不再使用傳統(tǒng)金屬觸摸的人體直接接觸金屬片而帶來的安全隱患以及應(yīng)用局限。電容式感應(yīng)按鍵做出來的產(chǎn)品可靠耐用，美觀時(shí)尚，材料用料少，便于生產(chǎn)安裝以及維護(hù)，取代傳統(tǒng)機(jī)械按鈕鍵以及金屬觸

32、摸。目前業(yè)內(nèi)已有好幾種電容觸摸傳感技術(shù)存在。多數(shù)技術(shù)是基于測量由于人手指觸摸產(chǎn)生額外電容而改變的頻率或占空比。有些其他的方法則使用電荷平衡或是充電上升及下降時(shí)間的測量。由于玻璃手指地之間產(chǎn)生電容，我們才能夠檢測到觸壓，人體電路模型的最簡單描述為“接地的導(dǎo)體4。按照前面對電容的定義，手指是作為接地的電極來影響觸摸屏本身的電容分布的。該電容與電路對地的自然寄生電容并聯(lián)。并聯(lián)電容相加，所以當(dāng)手指接近焊盤時(shí)總電容將變大。電容增量的百分比如式（2-1）是：C% = ( (Cp + Cf)Cp)/Cp = Cf/Cp。 （ 2-1）電容增量就是我們檢測的依據(jù)，手指將引入額外的電容，導(dǎo)致振蕩器的RC 時(shí)間常

33、數(shù)改變。稍后將看到，RC時(shí)間常數(shù)增加，振蕩器頻率將減小，在單片機(jī)中將檢測這一頻率變化。還值得注意的是，希望Cp比較小，因?yàn)槲覀冎繡f 非常小。如果Cp 較小，則電容和頻率的增量百分比將比較大。已知手指觸壓產(chǎn)生的電容范圍在5-15 pF 之間。不應(yīng)把手指電容視作常數(shù)，也不要認(rèn)為它與環(huán)境無關(guān)。2.2 總體方案分析通過電容式觸摸按鍵的設(shè)計(jì)任務(wù)和要求可以看出，本系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)以單片機(jī)PIC16F1937為控制核心，將電容式觸摸按鍵所發(fā)出信號進(jìn)行分析和輸出顯示。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖2-1所示：圖2-1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖由總體方案框圖可以看出，電容式觸摸按鍵的設(shè)計(jì)可劃分為：中央處理模塊，觸摸按鍵模塊、電源轉(zhuǎn)

34、換模塊和信息顯示模塊等。2.2.1 中央處理模塊中央處理模塊是本系統(tǒng)核心部分，即CPU部分，它的主要工作任務(wù)是將數(shù)據(jù)傳輸、處理和控制等等。本系統(tǒng)中的中央處理模塊可以采用PIC16F1937的單片機(jī)。2.2.2 電源轉(zhuǎn)換電路電源轉(zhuǎn)換電路是將相對較高的交流電壓轉(zhuǎn)化為本電子系統(tǒng)可以正常運(yùn)行的電源電壓的電路，該電路是任何電子系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)電路，任何電子系統(tǒng)都不可或缺電源轉(zhuǎn)換和穩(wěn)壓電路，只有正確合理的設(shè)計(jì)了電源轉(zhuǎn)換盒穩(wěn)壓電路才能保證電子系統(tǒng)的正常、穩(wěn)定的運(yùn)行。本課題中，設(shè)計(jì)輸入工作電壓為5V。2.2.3 信息顯示模塊信息顯示模塊主要包括LCD、 LED的顯示。通過調(diào)節(jié)按鍵來觀察LCD顯示，LED是為

35、了檢測觸摸按鍵是否正常工作。2.3 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)及組成2.3.1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)本次電容式觸摸按鍵設(shè)計(jì)主要采用PIC16F1937單片機(jī)，外圍電路主要包括觸摸式按鍵模塊，LCD和LED顯示控制模塊與及主要實(shí)現(xiàn)的功能是單片機(jī)通過PIC kit3與PC機(jī)獲得所編程的源代碼，將程序拷入硬件中，用手觸摸按鍵時(shí)，按鍵出激發(fā)一個(gè)信號，傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，再由單片機(jī)經(jīng)過處理分別傳送到LED和LCD，CPU通過液晶驅(qū)動(dòng)器HT1621將濕度與溫度值在液晶中顯示。人機(jī)接口設(shè)立四個(gè)觸摸按鍵；觸摸式按鍵主要采用電容式傳感器；CPU通過測量電容式傳感器充放電時(shí)間讀出鍵值， CPU再對相應(yīng)的鍵值做出響應(yīng)。通過調(diào)節(jié)按鍵來觀察LCD

36、顯示情況，LED主要作用是為了檢測觸摸按鍵是否正常工作。2.3.2 系統(tǒng)組成通過方案的確定以及功能的明確，可以得到系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成如圖2-2所示圖2-2系統(tǒng)組成框圖2.4 本章小結(jié)本章首先主要介紹了總體的方案設(shè)計(jì)，并對各個(gè)模塊進(jìn)行分析，和對電容式觸摸按鍵設(shè)計(jì)進(jìn)行系統(tǒng)分析；依據(jù)系統(tǒng)技術(shù)要求進(jìn)行了整體方案設(shè)計(jì)；分析了系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)；依據(jù)系統(tǒng)技術(shù)要求和方案對單片機(jī)進(jìn)行了選型，并且繪制出總體的系統(tǒng)框圖，從而更加系統(tǒng)的看出各模塊所需要進(jìn)行的任務(wù)。第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1 軟件設(shè)計(jì)思想電容式觸摸按鍵的軟件設(shè)計(jì)主要分成電容式觸摸按鍵的檢測和信號經(jīng)過單片機(jī)對各個(gè)顯示模塊作用部分，而顯示模塊主要通過對LCD與L

37、ED的顯示來判斷觸摸按鍵是否正常運(yùn)行，軟件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)功能的開發(fā)和完善是一個(gè)循序漸進(jìn)過程，本文所作的軟件開發(fā)是基于實(shí)現(xiàn)觸摸按鍵基本功能要求設(shè)計(jì)的該系統(tǒng)軟件有主程序、功能鍵處理程序、顯示程序、延時(shí)子程序等。3.1.1按鍵檢測思想一、檢測原理(3-1)電容式觸摸按鍵電路的原理5構(gòu)成如圖3-1所示，按鍵即是一個(gè)焊盤，與地構(gòu)成一個(gè)感應(yīng)電容，在周圍環(huán)境不變的情況下電容值固定為微小值，具有固定的充放電時(shí)間，而當(dāng)有一個(gè)導(dǎo)體向電極靠近時(shí)，會形成耦合電容，這樣就會改變固有的充放電時(shí)間，而手指就是這樣的導(dǎo)體。通過測量充放電時(shí)間的改變即可檢測是否有按鍵被按下。充放電時(shí)間t的計(jì)算如公式（3-1）所示：(3-1) (3-

38、2)式中，t，R，C分別為充放電時(shí)間，電阻值，電容值；V1為充放電終止電壓值；V2為充放電起始電壓值；Vt為充放電t時(shí)刻電容上的電壓值。其中電容可根據(jù)電容公式求得如公式（3-2）： 其中，o為真空的介電常數(shù)，r為相對介電常數(shù)，d為電容基板間的距離，A為基板面積。圖3-1電容式觸摸按鍵基本原理示意圖首先，開關(guān)在斷開的狀態(tài)下該按鍵被下拉電阻拉低，電勢為0 V，這時(shí)開關(guān)閉合開始對按鍵充電，等充滿電穩(wěn)定后再斷開開關(guān)，這時(shí)按鍵開始放電，并用定時(shí)器記錄這段放電時(shí)間t1，反復(fù)該過程。當(dāng)有手指觸碰按鍵時(shí)，放電時(shí)間會改變?yōu)閠2，如圖3-2所示，由此即可判斷出手指是否觸摸到該按鍵。圖3-2電容式觸摸按鍵放電時(shí)間示

39、意圖二、按鍵的軟件設(shè)計(jì)在電容觸摸傳感技術(shù)中，多數(shù)技術(shù)是基于測量由于人手指觸摸產(chǎn)生額外電容而改變的頻率或占空比。有些其他的方法則使用電荷平衡或是充放電上升及下降時(shí)間的測量。本次軟件設(shè)計(jì)最主要的是基于以上步驟不斷對鍵盤進(jìn)行掃描，除此之外由于觸摸按鍵的電容值會受環(huán)境的影響而變化，尤其是溫度和濕度的影響，因此能跟蹤環(huán)境變化及時(shí)校正基本充放電時(shí)間tbase很必要，基本流程如圖3-3。如果控制器發(fā)現(xiàn)很長時(shí)間內(nèi)沒有按鍵被按下（這里設(shè)置為60s），就開始啟動(dòng)校正功能，重新掃描鍵盤，獲取新的充放電時(shí)間，并作為基準(zhǔn)值，這樣可以克服環(huán)境變化帶來的影響。圖3-3觸摸按鍵程序流程圖3.1.2 各個(gè)顯示模塊設(shè)計(jì)思想該系統(tǒng)

40、的整個(gè)軟件設(shè)計(jì)全部采用模塊化程序設(shè)計(jì)思想，由系統(tǒng)初始化模塊、按鍵識別模塊、LCD模塊、高優(yōu)先級和低優(yōu)先級中斷服務(wù)程序四大模塊組成。其中，系統(tǒng)初始化模塊、按鍵識別和LCD顯示模塊在主程序完成，而中斷服務(wù)完成TMR0定時(shí)溢出中斷、TMR1外部計(jì)數(shù)溢出中斷、TMR3的1 計(jì)數(shù)溢出中斷以及INT0外脈沖上邊沿捕獲中斷等。3.2 主處理程序設(shè)計(jì)主程序的系統(tǒng)初始化模塊包括對PIC6單片機(jī)的CPU系統(tǒng)時(shí)鐘初始化、PIC單片機(jī)的I/O方向初始化、TMR0定時(shí)/計(jì)數(shù)器的初始化、TMR3定時(shí)/計(jì)數(shù)器的初始化和系統(tǒng)相關(guān)變量的初始化過程。一、CPU系統(tǒng)始終初始化PIC16單片機(jī)內(nèi)部集成了經(jīng)過校正的4MHz主時(shí)鐘源，系

41、統(tǒng)上電默認(rèn)主時(shí)鐘為1MHz。通常，需要對OSCCON寄存器進(jìn)行配置，使其工作在4MHz。若為了提高CPU的運(yùn)算速度，則采用PIC16單片機(jī)的內(nèi)部PLL的4倍頻以使CPU主時(shí)鐘達(dá)到16MHz，只需要對OSCTUNE寄存器進(jìn)行設(shè)置。本系統(tǒng)采用16MHz的時(shí)鐘源，因此初始化的結(jié)果如下：OSCCON= 0b01101000，選擇內(nèi)部4MHz的主振蕩器OSCTUNE= 0b00000000，使能PLL的4倍頻，從而CPU內(nèi)核時(shí)鐘為F為16MHz二、PIC單片機(jī)I/O口方向初始化RA0為傳感器的輸入，RB0.3由于RB端口接有4個(gè)按鍵K1.4和INT0外部中斷信號輸入，因此需要將RB端口配置成帶有上拉功能

42、的輸入端口，可以啟用RB內(nèi)部弱上拉。RD端口的RD0.7和RE端口的RE0.2是與LCD模塊連接，主要是從PIC單片機(jī)輸出數(shù)據(jù)或指令到LCD模塊，因此可以將其全部設(shè)置為輸出方向；另外，由于RE0.2上電復(fù)位默認(rèn)為模擬輸入口，不是數(shù)字I/O口，因此需要對ADCON1控制寄存器配置RE0.2為數(shù)字I/O口。P1A和P1B是PWM信號的輸出，應(yīng)將R1A和R1B配置成輸出引腳。具體的初始化結(jié)果如下：ADCON1 = 0b10110000; /內(nèi)部Frc Vref = VDDADCON0 = 0b00000001; /ADON = 1 As AN0TRISA = 0b11111111; /PORTA 輸

43、入 ANSELA = 0b00000001; /RA0傳感器輸入 TRISB = 0b11111111; /RB0-RB3觸摸按鍵 ANSELB = 0b00001111; /4個(gè)觸摸按鍵WPUB = 0b00000000; /無上拉IOCBP = 0b00000000; /關(guān)電平變化中斷IOCBN = 0b00000000;TRISD = 0b11111001; /LATD1 LATD2 LED輸出ANSELD = 0b00000000; /數(shù)字I/O TRISC = 0b10011000; /串口 I2C TRISE = 0b00000111; /PORTE輸出ANSELE = 0b000

44、00000; /數(shù)字I/OWPUE = 0b00000000; /無上拉 TRISCbits.TRISC6=0;RD6為輸出引腳TRISCbits.TRISC7=0;RD7為輸出引腳TRISDbits.TRISD4=0; P1A為輸出引腳TRISDbits.TRISD5=0; P1B為輸出引腳三、觸摸按鍵寄存器初始化，使用TMR0定時(shí)2.5mS,查尋TMR1 計(jì)數(shù)值：CPSCON0 = 0b10001100; /打開電容模塊，高頻率振蕩CPSCON1 = 0b00000011; /設(shè)置掃描通道 0-3OPTION_REG = 0b11010011; /TMR0 1:16分TMR0IF = 0;

45、TMR0IE = 1;T1CON = 0b11000101; /計(jì)數(shù),時(shí)鐘來源電容模塊 1:1分頻T1GCON = 0b00000000; /與門控位無關(guān)TMR1GIF = 0;TMR1GIE = 0;四、CPU中斷系統(tǒng)初始化硬件中共用到4個(gè)中斷源，分別是TMR0定時(shí)1s溢出中斷、TMR1計(jì)數(shù)溢出中斷源、TMR3定時(shí)溢出中斷源和INT0外部中斷。在這4個(gè)中斷源中，將INT0和TMR0作為高優(yōu)先中斷放在高優(yōu)先級中斷服務(wù)程序中執(zhí)行，TMR1和TMR3放在低優(yōu)先中斷服務(wù)程序中執(zhí)行，因此就有中斷優(yōu)先級初始化。具體的初始化過程如下：INTCONbits.TMR0IF=0;/TMR0溢出標(biāo)志位清0INTC

46、ONbits.TMR0IE=1;/TMR0溢出中斷允許PIR1bits.TMR1IF=0;/TMR1溢出標(biāo)志位清0PIE1bits.TMR1IE=1;/TMR1溢出中斷允許IPR1bits.TMR1IP=0;/低優(yōu)先級PIR2bits.TMR3IF=0;/TMR1溢出標(biāo)志位清0PIE2bits.TMR3IE=1;/TMR1溢出中斷允許IPR2bits.TMR3IP=0;/低優(yōu)先級INTCONbits.INT0IF=0;/清INT0中斷標(biāo)志位/INTCONbits.INT0IE=1;/INT0中斷允許INTCON2bits.RBPU=0;/允許內(nèi)部弱上拉INTCON2bits.INTEDG0=1

47、;/上邊沿觸發(fā)中斷RCONbits.IPEN=1;/允許中斷優(yōu)先級位INTCONbits.GIE=1;/CPU全局中斷使能允許INTCONbits.PEIE=1;/CPU第二梯隊(duì)中斷使能允許主循環(huán)，通過使用FOR語句實(shí)現(xiàn)無限循環(huán)，其主程序模塊流程圖，如圖3-4所示：圖3-4主程序流程圖3.3 按鍵設(shè)計(jì)模塊主程序中要實(shí)現(xiàn)對電容式觸摸按鍵的檢測和實(shí)現(xiàn)，通過LCD與LED的顯示，來判斷按鍵是否能夠?qū)崿F(xiàn)其所要求的功能，該模塊中沒有采用常規(guī)的按鍵識別過程。3.3.1 按鍵識別1、判斷是否有鍵按下；2、延時(shí)去除按鍵抖動(dòng)；3、再判斷是否真的按下；4、是真的按下，則執(zhí)行按鍵處理程序；5、等待按鍵釋放。在第2步

48、中一般在軟件上調(diào)用一個(gè)延時(shí)子程序來完成，實(shí)際也是一個(gè)For循環(huán)語句；在第5步中一般在軟件上是用一個(gè)While循環(huán)語句判斷等待按鍵發(fā)生變化而退出該循環(huán)。這兩步在主程序中執(zhí)行要消耗CPU很多時(shí)間，使得CPU的利用率不高。為了提高CPU利用率，可以采用硬件擴(kuò)展鍵盤識別專用芯片來完成，但這樣會造成成本的上升以及CPU或?qū)Ｓ眯酒馁Y源浪費(fèi)。為了考慮提高CPU的效率和充分利用CPU的資源等因素，可將第2步和第5步的延時(shí)和等待過程用其他方式來代替。具體實(shí)現(xiàn)方法如下：1、定義一個(gè)按鍵是否成功按下標(biāo)志變量KeyCounter；等于1表示按下成功，等于0表示不成功。2、定義一個(gè)軟計(jì)數(shù)器加1的整型變量KeyCoun

49、ter。3、所有直接采用While循環(huán)語句或For循環(huán)語句的部分采用If語句代替。按鍵識別過程的方法步驟如下：1、判斷按鍵是否按下。2、若按下，則判斷KeyFlag標(biāo)志是否為0。3、若KeyFlag標(biāo)志為0，則KeyCounter軟計(jì)數(shù)器加1。4、判斷KeyCounter軟計(jì)數(shù)是否到一定的數(shù)值(這一過程實(shí)際上是按鍵去抖動(dòng)處理)。5、若KeyCounter計(jì)到一定數(shù)值上，則判斷按鍵是否真的按下。6、若按鍵真的按下，則置KeyFlag為1，表示按鍵按下成功。7、開始進(jìn)行按鍵對應(yīng)功能的處理過程。8、判斷按鍵是否釋放。9、若按鍵釋放，則清KeyFlag為0，同時(shí)清KeyCounter軟計(jì)數(shù)器為0。3.

50、3.2 按鍵的程序框圖1、按鍵識別流程圖該按鍵識別過程的程序框圖如圖3-5所示。在整個(gè)過程中沒有出現(xiàn)循環(huán)語句，從而使得主程序運(yùn)行模塊的效率得提高，保證了CPU的實(shí)時(shí)性。圖3-5按鍵識別方法程序框圖2、按鍵子程序流程圖按鍵掃描主循環(huán)。調(diào)用測量觸摸按鍵子程序和按鍵掃描子程序，每調(diào)用該子程序。如圖3-6所示：圖3-6按鍵子程序流程圖3、測觸摸按鍵子程序流程圖使用PIC單片機(jī)片內(nèi)的A/D、TA檢測有無觸摸按鍵。每執(zhí)行一次按鍵子程序都調(diào)用該子程序。如圖3-7所示圖3-7 測觸摸按鍵子程序流程圖3.4 顯示模塊程序設(shè)計(jì)顯示模塊中主要通過LCD與LED的顯示，來判斷電容式觸摸按鍵是否能夠正常運(yùn)作。3.4.3

51、 LCD顯示模塊LCD顯示驅(qū)動(dòng)單獨(dú)做成一個(gè)源程序文件和頭文件，可以方便以后其他模塊或其他應(yīng)用程序的調(diào)用。在LCD顯示驅(qū)動(dòng)模塊中主要是LCD初始化函數(shù)LCD_Initize()、寫LCD數(shù)據(jù)函數(shù)Write_LCD_Data()和LCD字符的顯示函數(shù)LCD_Dispstr()。LCD模塊在系統(tǒng)上點(diǎn)必須進(jìn)行初始化，主要包括對接口數(shù)據(jù)的總線長度、顯示行數(shù)、字體類型和光標(biāo)的模式控制等。LCDPS = 0b00000000; / 預(yù)分頻比1:1LCDCON = 0b10000011; / Fosc/256,1/4COM LCD使能LCDREF = 0b11000000; / REFLCDRL = 0b11

52、110111; / 參考電阻網(wǎng)絡(luò)LCDCST = 0b00000000; / 最大對比度LCDSE0 = 0b10110000; / SEG4 SEG5 SEG7LCDSE1 = 0b10000000; / SEG15LCDSE2 = 0b11111111; / SEG16 SEG17 SEG18 SEG19 SEG20 SEG21 SEG22 SEG23LCDDATA0 = 0b00000000; / 顯示LCDDATA1 = 0b00000000;LCDDATA2 = 0b00000000;LCDDATA3 = 0b00000000;LCDDATA4 = 0b00000000;LCDDAT

53、A5 = 0b00000000;3.5 軟件開發(fā)環(huán)境介紹微芯公司為PIC16F19377系列的集成與調(diào)試提供的工具包括:軟仿真器，集成開發(fā)調(diào)試軟件MPLAB IDE8，PIC系列單片機(jī)可采用匯編語言或C語言編寫源程序代碼。MPLAB IDE是一個(gè)完整的PIC單片機(jī)集成開發(fā)環(huán)境，也是目前比較優(yōu)秀、比較流行的PIC單片機(jī)開發(fā)軟件，大部分的PIC系列的單片機(jī)都可以采用該軟件工具進(jìn)行開發(fā)。MPLAB IDE包括下列功能:集成可視化編輯界面，可直接編寫C、匯編等文件。集成代碼生成工具，包括匯編器、連接器等等?；菊{(diào)試工具，支持調(diào)試斷點(diǎn)工具走。系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)是用PIC的匯編語言在MPLAB IDE集成環(huán)境

54、下運(yùn)行、調(diào)試、完成的運(yùn)行。本設(shè)計(jì)采用PIC集成開發(fā)環(huán)境MPLAB IDE 8.843.5.1 工程文件的建立啟動(dòng)MPLAB IDE編譯軟件進(jìn)入MPLAB IDE v8.84界面，如圖3-9所示圖3-9 MPLAB IDE v8.84界面點(diǎn)擊“MPLAB IDE v8.84”對話框中的Project Project Wizard，點(diǎn)擊Project Wizard然后彈出一對話框，如圖3-10所示：圖3-10 Project Wizard對話框在此對話框中點(diǎn)擊“下一步”出現(xiàn)選擇芯片類型PIC16F1937，然后再進(jìn)行“下一步”后在對話框選項(xiàng)“Create New Project File”中填寫新

55、項(xiàng)目中的文件“F:touch”，再點(diǎn)擊“下一步”，最后完成項(xiàng)目的建立，此時(shí)對話框顯示如圖3-11所示：圖3-11所建項(xiàng)目的界面在以上步驟完成后，可以點(diǎn)擊菜單欄的ConfigureSelect Device,在Select Device對話框里可以確認(rèn)所選的芯片是否有誤。3.5.2 源程序的加載在圖3-11所示的界面里，點(diǎn)擊菜單欄里FileNew，建立一個(gè)新建文件，并在文檔里進(jìn)行編程，待編程完成后保存文件并命為“touch.c”，然后右擊對話框“touch.mcp”中Source Files，點(diǎn)擊Add File to Project選中touch.c并打開，代碼加入項(xiàng)目中，如圖3-12所示：圖

56、3-12將程序添加到項(xiàng)目中3.5.3 源程序編譯、下載在圖3-12的界面里，點(diǎn)擊按鈕或者ProjectBuild將程序進(jìn)行編譯，并觀察最終是否編譯正確。先將硬件通過PICkit39線連接PC機(jī)，然后將軟件里的編譯好的程序下載到硬件中，其步驟為DebuggerSelect ToolPICkit3。如圖3-13所示圖3-13 查找并打開PICkit3界面打開PICkit 3下載器之后，點(diǎn)擊工具欄上的下載按鈕，即可下載程序，如圖3-14所示：圖3-14 程序下載界面3.6 本章小結(jié)本章介紹軟件編程，加載以及下載的平臺，并說明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想為采用模塊化設(shè)計(jì)思路，并對PIC16F1937單片機(jī)在程序MP

57、LAB IDE v8.84平臺中用C語言進(jìn)行編寫，對系統(tǒng)主程序的流程進(jìn)行了比較系統(tǒng)的分析，并且說明各模塊的功能，指出并基本上實(shí)現(xiàn)了各個(gè)部分模塊的功能。第四章 硬件設(shè)計(jì)4.1 硬件設(shè)計(jì)原則本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)硬件電路時(shí)主要從以下原則出發(fā):一、硬件電路設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)相結(jié)合優(yōu)化硬件電路。一些由硬件實(shí)現(xiàn)的功能可用軟件來實(shí)現(xiàn)，反過來一些由軟件實(shí)現(xiàn)的功能也可用硬件來完成。用軟件來實(shí)現(xiàn)硬件的功能時(shí)，其響應(yīng)時(shí)間比用硬件實(shí)現(xiàn)長，還要占用CPU時(shí)間。但是用軟件實(shí)現(xiàn)硬件的功能可以簡化硬件結(jié)構(gòu)，提高硬件電路的可靠性，還可降低成本。因此在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，在滿足可行性和實(shí)時(shí)性的前提下盡可能地將硬件功能用軟件來實(shí)現(xiàn)。二、可靠性

58、及抗干擾設(shè)計(jì)。根據(jù)可靠性設(shè)計(jì)理論，系統(tǒng)所用芯片數(shù)量越少，系統(tǒng)的平均無故障時(shí)間越長，而且所用芯片數(shù)量越少，地址、數(shù)據(jù)總線在電路板上受干擾的可能性就越少，因此單片機(jī)基本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想是在滿足功能的情況下力爭使用較少數(shù)量的芯片。三、靈活的功能擴(kuò)展。一次設(shè)計(jì)往往不能完全考慮到系統(tǒng)的各個(gè)方面，系統(tǒng)需要不斷完善，需要進(jìn)行功能升級。功能擴(kuò)展時(shí)系統(tǒng)應(yīng)該在原有設(shè)計(jì)不需要很大改變的情況下，修改軟件和少量硬件甚至不修改硬件就能完成。功能擴(kuò)展是否靈活是衡量一個(gè)系統(tǒng)優(yōu)劣的重要指標(biāo)。根據(jù)系統(tǒng)要求及上面幾個(gè)硬件設(shè)計(jì)原則，系統(tǒng)以單片機(jī)PIC16F1937為中央處理單元，由鍵盤輸入電路，LCD顯示，放大器連接電路等組成。下面對

59、主要的電路設(shè)計(jì)做詳細(xì)介紹。4.2 電容式觸摸式按鍵的設(shè)計(jì) 作為第二代按鍵的觸摸式按鍵已在各種電子器件中大規(guī)模應(yīng)用10，它具有制作方便，成本低，占用空間少等優(yōu)點(diǎn)。隨著電子設(shè)備的集成度越來越高，占用空間越來越少，觸摸按鍵將無疑會取代常規(guī)的按鍵。4.2.1 PCB常規(guī)設(shè)計(jì)為電容感應(yīng)式應(yīng)用設(shè)計(jì)印制電路板時(shí)，需要考慮包括與感應(yīng)電路直接相關(guān)的許多問題。整個(gè)電路將影響感應(yīng)元件與其走線的電容。通常，PCB對敏感度有負(fù)影響。硬件元器件如電容，連接頭，電阻，LED等會增加感應(yīng)式按鍵的寄生電容。即使是與感應(yīng)無關(guān)的走線也可能與感應(yīng)元件產(chǎn)生耦合，從而降低應(yīng)用的性能。種種原因說明了在設(shè)計(jì)電容感應(yīng)式應(yīng)用時(shí)必須仔細(xì)檢查和優(yōu)化

60、整個(gè)布板11。電路板面積對于電容式感應(yīng)，由感應(yīng)元件及走線覆蓋的面積是最重要的。最好將這個(gè)面積保持在最小，通過最小化控制器與傳感器之間的距離。將處理器放在感應(yīng)元件中間可確保最優(yōu)的電路板面積。地層不推薦將傳感器的走線放在任何電源層上。充滿在傳感器下面的地層或電源層會增加對地的寄生電容，并降低靈敏度。當(dāng)將地層放在傳感器下面時(shí)，地層必須使用十字交叉形以保證銅的覆蓋率小于40%(圖4-1)，并置于最遠(yuǎn)的一層，以降低對地的寄生電容，同時(shí)保證較好的屏蔽效果。圖4-1地層設(shè)計(jì)示意圖3、被動(dòng)屏蔽被動(dòng)屏蔽的原理是使用驅(qū)動(dòng)電極的相同信號驅(qū)動(dòng)屏蔽。使用被動(dòng)屏蔽替代接地屏蔽有如下優(yōu)點(diǎn)： 、電極與屏蔽線之間的寄生電容不會