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電容觸摸按鍵實驗 電容觸摸按鍵的基本原理(原理圖層面)

新電容的產生與作用

我們學過模電的同學知道：我們的手其實相當于一塊可以存儲感應電荷的金屬板觸摸電容，當我們的手靠近屏幕時，我們的手與屏幕下的金屬板Cx構成了一個平行電容板，這個電容與Cs雜散電容相并聯(lián)，“并聯(lián)電容C=C1+C2”。

充放電性能的變化

我們看見“VCC是一定的；電容C越大代表一定電壓下，存儲的電荷數(shù)量越多(Q=CU)，反之，充電到U所花費的時間也更多；電阻R的值一定代表著對電荷的阻礙作用是固定的”。

充電到V=Vth，花費時間TA明顯小于TB；我們真實情況下的矩形脈沖如下圖所示：

脈沖如何被捕獲

當電容從0充電到Vth時，就相當于一個上升沿脈沖。其實這個充放電過程很快，我們一般用的RC充放電電路是為了觀察現(xiàn)象因此將時間常數(shù)做的很大，但是現(xiàn)實的話我們要快速識別必須將時間常數(shù)縮小到一定范圍內才OK。

原理圖層面的連接

STM_ADC其實只是這個引腳功能的其中一個，我們這里并不是用的引腳的ADC功能，以下為該引腳的復用：

我們這里使用的是PA1的TIM5_CH2功能，用于快速捕獲TPAD的有效脈沖沿變化。

硬件配置的大致流程

第一步

TPAD引腳的電壓先置零，進行電容Cs的放電

第二步

TPAD引腳設置為浮空輸入(由于TPAD與PA1接在了一起，因此就是將PA1置為浮空輸入模式，為了識別有效的脈沖沿)

第三步

TIM5計數(shù)器初始值置0并開啟上升沿計數(shù)模式

第四步

開啟TIM5_CH2的輸入捕獲模式

第五步

等待充電完成，讀取此時的捕獲值，“脈沖沿持續(xù)時間 = （捕獲值-初始值）*單位遞增時間”

注：沒有按下的時候，充電時間為T1（default)。按下TPAD，電容變大，所以充電時間為T2。我們可以通過檢測充放電時間，來判斷是否按下。如果T2-T1大于某個值，就可以判斷

有按鍵按下。

電容觸摸按鍵的基本原理(軟件配置層面)

函數(shù)名稱

返回值類型

函數(shù)功能

TPAD_Init()

void

用于捕獲無接觸情況下的電容充電時間，并且配置TIM5_CH2引腳的初始屬性

TPAD_Get_Val()

int

獲取一次電容充電時間

TPAD_Get_MaxVal()

int

獲取4次讀取“電容充電時間”的最大值

TPAD_Scan()

char(true or false)

用于掃描判斷TPAD是否動作

TPAD_Reset()

void

重置計數(shù)器與捕獲值(將前一次讀取結果重置)

函數(shù)說明 TPAD_InitConfig()函數(shù)

void?TPAD_InitConfig()?//?讀取默認電容充電時間??
{??
????u16?RecordChargeTime[10]?=?{0};??
????u8?i?=?0,?temp?=?0;??
??????
????uart_init(115200);?//?初始化USART1??
????TIM_CAP_InitConfig(0xFFFF,?72-1);?//?初始化TIM5_CH2的輸入配置??
??????
????for(;?i<10;?i++)??
????{??
????????RecordChargeTime[i]?=?TPAD_GetValue();?//?連續(xù)計算10次默認充電時間??
????}??
	for(i=0; i<9; i++)
	{
		if(RecordChargeTime[i] < RecordChargeTime[i+1]) // 冒泡排序(大->小)
		{
			temp = RecordChargeTime[i];
			RecordChargeTime[i] = RecordChargeTime[i+1];
			RecordChargeTime[i+1] = temp;
		}
	}?
????for(i=1,?temp=0;?i<9;?i++)??
????{??
????????temp?+=?RecordChargeTime[i];?//?去掉MAX與MIN求平均充電時間??
????}??
????TPAD_DefaultValue?=?temp/8;?//?求出TPAD無動作時的默認充電時間??
????printf("Default:%dus\r\n",TPAD_DefaultValue);?//?向串口打印未觸摸時的電容充電時長??
}??

TPAD_Reset()函數(shù)

這里值得注意的是：PA1端口輸入輸出模式的變化以及TIM_ClearFlag()函數(shù)的使用。

PA1端口輸入輸出模式的變化：

我們會疑問“PA1端口為何要變化輸入輸出模式？”，在我們上述流程中提及過，我們要對電容充電所造成的上升沿重新計數(shù)就必須先將TPAD(PA1)端口置0進行充分的放電。那我們如何放電呢？

在圖中，PA1與TPAD通過跳線帽連接在一起，然后為了讀取TPAD中產生的上升沿，我們必須將PA1設置為TIM5_CH2的功能，此時PA1為浮空輸入模式，但是我們讀取完有效的脈沖沿之后，若繼續(xù)讀取必須先進行放電才可以。此時，我們配置PA1為推挽輸出模式觸摸電容，放完電后再變成浮空輸入模式。

TIM_ClearFlag()庫函數(shù)的含義：

我們使用庫函數(shù)的同學會有些疑問：TIM_ClearFlag()函數(shù)與 TIM_ClearITPendingBit()函數(shù)的區(qū)別在哪里？這里我來解說一下。

TIM_ClearFlag()函數(shù)是用于“清除標志位的”，比如：當檢測到上升沿脈沖(有效的脈沖沿)，相應的TIM_IT_CC2標志會出現(xiàn)，其實這些標志位和TIM_ClearITPendingBit ()函數(shù)中的中斷標志位是一摸一樣的，只不過由于未開啟中斷，事件一旦發(fā)生僅僅會使得標志位置1，不會觸發(fā)中斷。 其實如下的程序中我們就是想清除標志位，因此也可以使用TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_IT_CC2)，這兩個函數(shù)的功能就是去除相應的標志位，功能相同可以相互轉換使用。

TIM_ClearFlag()與TIM_ClearITPendingBit()的函數(shù)體對比

TIM_ClearFlag()函數(shù)體

void?TIM_ClearITPendingBit(TIM_TypeDef*?TIMx,?uint16_t?TIM_IT)??
{??
??/*?Check?the?parameters?*/??
??assert_param(IS_TIM_ALL_PERIPH(TIMx));??
??assert_param(IS_TIM_IT(TIM_IT));??
??/*?Clear?the?IT?pending?Bit?*/??
??TIMx->SR?=?(uint16_t)~TIM_IT;??// 操作SR寄存器
}??

TIM_ClearITPendingBit()的函數(shù)體

void?TIM_ClearFlag(TIM_TypeDef*?TIMx,?uint16_t?TIM_FLAG)??
{????
??/*?Check?the?parameters?*/??
??assert_param(IS_TIM_ALL_PERIPH(TIMx));??
??assert_param(IS_TIM_CLEAR_FLAG(TIM_FLAG));??
?????
??/*?Clear?the?flags?*/??
??TIMx->SR?=?(uint16_t)~TIM_FLAG;??// 操作SR寄存器
}??

我們從TIM_ClearFlag()與TIM_ClearITPendingBit()的函數(shù)體對比發(fā)現(xiàn)，完全一摸一樣，可以互換使用。

//復位一次??
void?TPAD_Reset(void)??
{??
????GPIO_InitTypeDef??GPIO_InitStructure;???
????RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,?ENABLE);????//使能PA端口時鐘??
??????
????//設置GPIOA.1為推挽使出??
????GPIO_InitStructure.GPIO_Pin?=?GPIO_Pin_1;????????????????//PA1?端口配置??
????GPIO_InitStructure.GPIO_Mode?=?GPIO_Mode_Out_PP;?????????//推挽輸出??
????GPIO_InitStructure.GPIO_Speed?=?GPIO_Speed_50MHz;??
????GPIO_Init(GPIOA,?&GPIO_InitStructure);??
????GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_1);????????????????????????//PA.1輸出0,放電??
??
????delay_ms(5);??// 給予充足的時間進行放電
??
????TIM_SetCounter(TIM5,0);?????//計數(shù)器的初始計數(shù)值置零
????TIM_ClearFlag(TIM5,?TIM_IT_CC2);???// 清除TIM5_CH2的上升沿標志位
????//重新設置GPIOA.1為浮空輸入??
????GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;??//浮空輸入??
????GPIO_Init(GPIOA,?&GPIO_InitStructure);???
}?