基于Microchip单片机的触摸感应技术研究
出处:t9876 发布于:2009-07-14 16:18:33
Microchip提供两种电容式触摸感应解决方案,一种为张驰振荡器方式,即通过检测触摸感应电容充放电的频率变化,来检测是否有键按下,根据单片机集成的硬件资源不同,另一种通过Microchip单片机集成的片上充电时间检测单元(CTMU)实现。
简单RC振荡方式
这种方式比较适合一个按键情况,通过集成模拟比较器的PIC10F204或PIC10F206实现触摸感应功能,用到的硬件资源为模拟比较器和Timer0定时器。图1为电路图,上电时,触摸感应电容Cp没有充电,比较器输出高电平,通过D1给电容迅速充电至接近VDD,之后比较器翻转,输出低电平,Cp通过R1放电,直至低于内部参考电压0.6V,比较器翻转输出高,进入下一个振荡周期。将比较器输出送给Timer0,作为时基,经过固定的软件延时,读出Timer0的值,可以计算出比较器输出频率。当手指接触按键时,电容值改变,随之比较器输出频率改变,读出的Timer0的值发生变化,从而检测到有触摸动作。
带SR锁存器的比较器方式
利用PIC16F61X、PIC16F690和PIC16F88X系列内部集成的模拟比较器具有SR锁存器功能,配合Timer0和Timer1,可以方便的实现触摸感应检测。这类器件在不进行外部模拟通道扩展情况下,可以直接支持4路触摸感应检测。
如图2所示,Cs表示触摸感应对地电容,触摸感应直接与单片机片内比较器反相输入端相连,比较器C1采用内部大约2/3VDD作为参考电压,C2采用外部电阻分压,获得1/4VDD电压。当上电时,Cs上电压为0,C2输出为1,C1输出为0,SR锁存器反相端输出为1,通过电阻对Cs充电;当Cs电压超过1/4VDD,C2输出为0,SR锁存器保持原来输出状态。当Cs充电超过2/3VDD时,C1输出为1,SR锁存器反相端输出由1变为0,Cs通过电阻放电,当Cs放电电压低于2/3VDD时,C1输出为0,SR锁存器保持原来输出状态。当Cs放电电压低于1/4VDD时,C2输出为1,SR锁存器反相端输出为1,通过电阻对Cs充电,开始一个新的周期。这样Cs反复充放电,电容电压为锯齿波,SR锁存器输出为同频率方波。
有触摸时,Cs变大,改变了RC电路的时间常数,SR锁存器输出的方波频率随之发生改变。将SR锁存器输出的方波信号送给Timer1作为时基,每Timer0溢出中断,中断程序中读出Timer1寄存器的值即代表对应频率,频率是否变化即代表是否有触摸动作。
容性传感模块(CSM)方式
PIC16F72X系列集成了CSM,这个模块具有恒定的拉灌电流能力,能够直接驱动容性负载(PCB焊盘),在触摸感应电容上形成连续振荡的三角波,CSM输出同频率的方波,方波信号可以提供给Timer0或Timer1做时基,通过Timer2中断读出相对应的计数值,即代表对应频率。这种方式电路非常简单,可以直接将焊盘连接到CSM输入对应的引脚。
参考文献:
[1]. Microchip datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/Microchip_1097736.html.
[2]. PIC10F204 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/PIC10F204_1101579.html.
[3]. PIC10F206 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/PIC10F206_1101578.html.
[4]. PIC16F690 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/PIC16F690_1101554.html.
[5]. PIC16F72X datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/PIC16F72X_2044053.html.
[6]. PCB datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/PCB_1201640.html.
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