原创 Touch Sensor Library -- 来自ST的大礼

今天看到一个帖子说是ST发布了Touch Sensor的Library，并且是以源代码形式。由于自己对触摸按键还是有一定的了解（以前做过Quantum的技术支持，当时就是不肯告诉我实现原理细节，现在总算有源代码可以一探究竟了），所以马上下载了源代码，看了一下。虽然碰到了一些困难，比如，没有用过STM8的，Datasheet里没有寄存器的位定义，没有STM8的指令集。但凭借自己高深莫测、变化多端、是常人1000倍的恰库啦、小宇宙和灵压，借助雅典娜血染的神圣衣、多种影分身和斩魂刀的帮助下，不断进入仙人模式+终极虚化。终于在几个小时内，看完并理解了Touch Sensor的实现原理，处理流程和算法。特此写这篇文章。

声明：所有这些相关的资料，只得用于ST出品的宇宙第一超级无敌前无古人后无来者高性能低功耗8位单片机STM8上（参考Touch Senser Library自带的License）。

废话不多说，上菜。。。（再说估计要被打了）

【实现原理（单路按键）】

对于单个按键，由2个IO口来实现对按键的信号的采样。关键的问题是，按键信号是什么？------ 按键的信号是时间。参考【处理流程】中图片的信号波形部分。LOADREF引脚为输出，另一个连接按键的引脚是输入（这里称为KEYPIN）。当LOADREF输出高电平时，KEYPIN从低电平变化到高电平（输出低电平转换到输入，并检测到高电平）的时间；和当LOADREF输出低电平时，KEYPIN从高电平变化到低电平（输出高电平转换到输入，并检测到低电平）的时间，这2个时间（以下成为按键的信号值）与电极上的电荷多少有关。当手隔着介质板按在电极上时，就形成了电容，使得电极上的电荷增多，手离开时，电极上的电荷减少，通过按键的信号值就能够反应按键是否被“按下”，由于这个技术实质是检测电荷的移动，所以称为电荷转移技术（Charge Transfer），是原Quantum公司的专利，现被Atmel收购，估计是ST在Quantum被收购前，从Quantunm购买了这个技术，所以才有今天的Touch Sensor Library。

【按键信号采样流程】

每次系统主循环轮询到按键检测函数后，便开始一个Port接着一个Port来检测按键。每个Port的检测分2个步骤，一个是获得按键信号，另一个是按键处理状态机。例如，"Acq SCKEY_P1"是检测Port1口上的按键的信号，"Proc SCKEY_P1"是处理Port1口上的按键的状态机。检测一个Port上的按键，也就是分别检测这个Port上所有配置为有效的按键引脚（也就是上面所说的KEYPIN）。每个KEYPIN会检测多次，由AcqNum定义。每次检测，是计算多次充电和放电时间的平均数，并调整范围，得到的结果就是这个按键的信号值。如果信号值不在定义的正常范围内，则为“Rejection”，如果超过一定数量，这认为该按键口出错。

【单通道按键状态机转换过程】
上电：所有按键初始化，状态为DISABLED_STATE。然后，应用程序设置使能的按键口。进入主循环中的按键检测函数，如果检测到对应的口上采集到的信号值正常，这时进入CALIBRATION_STATE状态。CALIBRATION_STATE状态下，会把几次检测到的信号值求平均值，作为参考值。并进入IDLE_STATE，可以接收手的触摸和洗礼　-_-!!!。
手摸上后：检测到的按键有效信号值（这里的有效信号值为按键的信号值减去参考值，用这种方式，就可以避免环境的变化对按键效果的影响，关键就在这里，用相对量来表示。最早的Cypress的触摸按键方案用的是绝对量，在环境变化时，容易误触发或者效果不理想）会增加，并大于按键有效检测门限。则进入PRE_DETECTED_STATE状态。在PRE_DETECTED_STATE状态下，首先会检测DES（相当于Windows中的RadioBox，即一组按键中，只有一个可以按下），如果DES组中，已经有其他按键处于按下状态，则当前按键的按下状态无效；否则，连续检测到信号几次后（积分处理，用于减少干扰的影响），进入DETECTED_STATE状态。在DETECTED_STATE状态下，如果检测到的信号小于按键释放门限后，则进入POST_DETECTED_STATE状态，然后同样经过积分（检测多次，避免干扰），进入IDLE_STATE。如果按键信号一直有效（超过一定时间，可能是由于某个金属物件被置放的按键上），则需要重新进入CALIBRATION_STATE进行校准，校准后，如果手按下（在金属物件没有移开的情况下），同样可以正常触发按键。
PreReCalibration：在IDLE_STATE下，如果按键信号增加或者缓慢减少，系统也会逐步重新校准，使得在环境变化时，仍旧能够有良好的效果（参考值会变化），且不会误触发。但如果有效信号值突然减小，并超过一个负门限，这需要进入PRE_CALIBRATION_STATE状态。在PRE_CALIBRATION_STATE状态下，通过积分后，再进入CALIBRATION_STATE状态，重新校准。

【ST方案的优缺点】
当然，偶米有STM8的芯片和硬件，所以也米有测试过，这里只是根据偶对触摸按键的原理的理解，大致无聊d判断一下ST的方案的优缺点，实际的结果还需要等有机会测试后，才能确定。
1．REF引脚公用。
　　Quantum的CT技术中，这个引脚不是公用的，原因在于稳定性和抗干扰性。ST的方案虽然节约了IO口，但可能会使得干扰下，效果不佳。另外，由于公用了REF引脚，所以当多个按键同时按下时，可能按键信号不佳。
2．按键参数统一
　　按键参数是在配置文件中的10) TSL PARAMETERS CONFIGURATION里定义的宏。这些参数对于所有按键公用，使得无法针对某个单一按键来调整参数。当触摸按键的电极大小和形状不同时，所有按键使用同一个参数显然无法得到最佳的效果。在原先Quantum的方案中，每个按键的参数都是可以调节的。ST的方案的优点是占用的程序空间少。