原创 电容式触摸感应界面实现方案 (1)

    触摸感应按键因其易于使用、美观且不涉及机械运动而在日常的人机界面应用中得以普及，尤其是电容式触摸感应技术可以通过标准PCB设计中的铜焊盘来实现，因而相比其他技术更受欢迎。
本文将对电容式触摸感应技术及其实现的基本原理进行简要概述。文中将会介绍如何利用CVD（电容分压器）技术和一个称为充电时间测量单元（CTMU）的单片机外设来实现具有最少外部元器件的低成本电容式触摸感应设计，还将给出一个参考设计来说明如何用电容式触摸感应按键来替代机械开关。
近来，电容式感应滚轮在许多设备中所获得的成功使得此项技术比起其他触摸感应技术更有优势。
电容式触摸感应的原理
当任何具有电容特性的物体（例如手指）接触电容式触摸感应器时，都将因其介电特性而充当另一电容。这将改变系统的有效电容，从而以此检测触摸动作。
如图1所示，手指充当其中一个平行极板，而另一个平行极板则连接到芯片的传感器输入端。人体血液中的铁质将产生一组电容，这些电容附着于体表。当这一电容组接近导体时，将会产生一个实质上耦合到地的电容，在确定触摸时它将反映为测量电压的变化。
 

 

与CVD相比，CTMU可提供更快的响应速度，因为它具有多个不同的电流源范围，这将有助于以更快的速度为模拟通道充电，从而改善电容式触摸感应系统的响应时间。
CTMU外设用于电容式触摸感应应用是利用公式I×T=C×V实现的。其中：I是CTMU的恒流源，T是CTMU为电容式触摸感应器充电的固定周期，C是电容式触摸感应器的电容，V是电容式触摸感应器电压（通过ADC读取）。
将该公式重新整理成C=（I×T）/V的形式，便可通过观察电压变化来检测电容的相对变化。根据前面的公式，下面给出了检测触摸过程所涉及的各个步骤：将电容式触摸感应器（作为一个电容）连接到一个与CTMU外设和ADC多路复用的通道；最初，恒流源在一段固定的时间周期（T）内为触摸感应器充电，且传感器上的电压（V）通过ADC测出，如图3所示；只要因触摸感应器焊盘而产生的电容不发生变化，在连续多次测量电荷的过程中，电压就不会发生变化。

 

CTMU外设中存在的恒流源，结合多通道ADC,为与电容式触摸感应器接口提供了有效的平台。将CTMU外设直接连接到ADC的输入端，使其可通过模拟多路开关连接到任何引脚。借助这种配置，单个CTMU外设可测量的传感器个数将等于ADC通道数。
与电流源相关的微调位方便了校准，由此便可应对外部干扰和传输损耗。

(本文转自电子工程世界：http://www.eeworld.com.cn/dygl/2012/0308/article_10636.html)