STM32入門學(xué)習(xí)筆記之電容觸摸實(shí)驗(yàn)（上）

8.1 電容觸摸簡(jiǎn)介

8.1.1 電容觸摸概述

隨著科技的發(fā)展，傳統(tǒng)的機(jī)械按鍵正在逐步從設(shè)備上面消失，這個(gè)原因主要有機(jī)械按鍵由于是采用機(jī)械接觸的方式，壽命比較短，從用戶體驗(yàn)上看，機(jī)械按鍵也顯得操作復(fù)雜，對(duì)比現(xiàn)在的電容按鍵，電容按鍵具有壽命長(zhǎng)，因?yàn)椴淮嬖跈C(jī)械接觸，占用空間少，以前的機(jī)械按鍵在設(shè)計(jì)外殼的時(shí)候需要考慮尺寸，現(xiàn)在換成電容按鍵后這個(gè)問題不再需要考慮。

8.1.2 檢測(cè)原理

常規(guī)的檢測(cè)方式一般是通過(guò)計(jì)算電容放電時(shí)間來(lái)判斷是否有手指按下，這是因?yàn)槭种笗?huì)與線路板的銅箔接觸面上產(chǎn)生電容效應(yīng)，當(dāng)手指沒有放在銅箔上的時(shí)候，銅箔與PCB之間存在雜散電容，這兩個(gè)狀態(tài)的電容值差別很大，檢測(cè)原理如下圖所示。

在檢測(cè)之前首先用開關(guān)將電容Cs里面的電荷放盡，然后此時(shí)CPU開始計(jì)算Cs的充電時(shí)間，這一部分是采用捕捉信號(hào)來(lái)測(cè)量，盡管單片機(jī)屬于數(shù)字電路，但是數(shù)字電路的邏輯電平也是有電壓限制的，比如在3.3V供電環(huán)境下，當(dāng)電壓大于2.4V則被認(rèn)為是邏輯電平1，當(dāng)電壓小于0.4V則被認(rèn)為是邏輯電平0，單片機(jī)的輸入捕獲功能來(lái)判斷輸入信號(hào)的電平是否為邏輯電平1，如果檢測(cè)到邏輯電平1，則認(rèn)為電容此時(shí)充電達(dá)到了2.4V以上，將這個(gè)時(shí)間記錄下來(lái)，當(dāng)手指放在銅箔上的時(shí)候，相當(dāng)于增加了Cs的容值，此時(shí)我們繼續(xù)進(jìn)行輸入捕獲采樣，將這個(gè)捕獲的時(shí)間記錄下來(lái)，兩個(gè)時(shí)間求差值，這個(gè)差值高于某個(gè)閾值的時(shí)候就可以認(rèn)為此時(shí)手指按下了電容按鍵，用這種方式就可以實(shí)現(xiàn)虛擬按鍵的使用了。這種檢測(cè)原理實(shí)際是采用了在電路分析中學(xué)習(xí)到的RC電路的零狀態(tài)響應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)RC電路的零狀態(tài)響應(yīng)可以得出電容的充電公式為

其中Vc表示電容的充電電壓，VDD為RC電路的輸入電壓，R為電阻的阻值，C為充電電容的容值，通過(guò)這個(gè)公式我們可以反推得到充點(diǎn)電容的容值。也就是說(shuō)我們可以利用這個(gè)公式實(shí)現(xiàn)電容的測(cè)量。

8.1.3 預(yù)備知識(shí)

首先我們?cè)谶M(jìn)行電容觸摸檢測(cè)的時(shí)候需要用到STM32的輸入捕獲功能，從這一章開始，關(guān)于寄存器文件的添加，驅(qū)動(dòng)文件的添加不再作為重點(diǎn)，重點(diǎn)開始轉(zhuǎn)為程序的編寫及小算法的編寫。

輸入捕獲的工作原理如下圖所示。

首先設(shè)置定時(shí)器的輸入通道為上升沿捕獲，檢測(cè)到上升沿之后，將計(jì)數(shù)寄存器CNT中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在CCRx1中并清空CNT的數(shù)據(jù)，然后設(shè)置定時(shí)器的輸入通道為下降沿捕獲，檢測(cè)到下降沿后將計(jì)數(shù)寄存器CNT中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在CCRx2中并清空CNT的數(shù)據(jù)，此時(shí)將CCRx2的值與CCRx1的值做差值就可以得到1個(gè)波形中高電平的時(shí)間，由于這兩個(gè)數(shù)值獲取的過(guò)程中，會(huì)由于高電平時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致定時(shí)器產(chǎn)生多次中斷，這個(gè)多次中斷的值記為N，此時(shí)高電平的時(shí)間計(jì)算公式如下所示：

其中M為定時(shí)器的計(jì)數(shù)周期，N為定時(shí)器的溢出次數(shù)，ARR為自動(dòng)重裝載計(jì)數(shù)器的值，CCRx2為捕獲到的數(shù)據(jù)。

8.2 常用寄存器

8.2.1 捕獲/比較寄存器1：TIMx_CCMR1

ICxF[3:0]：輸入捕獲x濾波器（定義輸入采樣頻率及數(shù)字濾波器長(zhǎng)度）

ICxPSC[1:0]：輸入/捕獲x預(yù)分頻器（一旦CCxE=0，則預(yù)分頻器復(fù)位）

00：每1個(gè)事件觸發(fā)一次捕獲

   01：每2個(gè)事件觸發(fā)一次捕獲

   10：每4個(gè)事件觸發(fā)一次捕獲

   11：每8個(gè)事件觸發(fā)一次捕獲

CCxS[1:0]：捕獲/比較x選擇（用于定義通道x輸入還是輸出）

00：輸出模式

   01：輸入模式，映射在TI1上

   10：輸入模式，映射在TI2上

   11：輸入模式，映射在TRC上，此模式引用于內(nèi)部觸發(fā)器輸入被選中時(shí)

8.2.2 捕獲/比較使能寄存器：TIMx_CCER

CCxP：輸入/捕獲x輸入/輸出極性

通道在輸出模式下

0：高電平有效

   1：低電平有效

通道在輸入模式下

0：不反相，上升沿觸發(fā)

   1：反相，下降沿觸發(fā)

CCxE：輸入/捕獲x輸入/輸出使能

通道在輸出模式下

0：關(guān)閉輸出

   1：開啟輸出

通道在輸入模式下

0：禁止捕獲

   1：使能捕獲