前言
在需要用戶界面的應(yīng)用方案中，傳統(tǒng)的機(jī)電開(kāi)關(guān)正在被電容式觸摸感應(yīng)控制所替代。
Sino wealth已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一套觸摸感應(yīng)軟件，使得任意一款8位的中穎微控制器都可以作為一個(gè)電容式觸摸按鍵控制器使用。通過(guò)對(duì)由一個(gè)電阻和觸摸電極電容組成的RC充放電時(shí)間的控制，該觸摸感應(yīng)軟件可以檢測(cè)到人手的觸摸。由于電極電容的改變，導(dǎo)致的RC充放電時(shí)間的改變，能夠被檢測(cè)出來(lái)，然后經(jīng)過(guò)濾波等，最終通過(guò)專用的I/O端口。
在BIOS設(shè)置中有關(guān)于是否更新微代碼
Microcode Updation [Enabled] : Disabled/Enabled
MCU（Micro Control Unit）中文名稱為微控制單元，又稱單片微型計(jì)算機(jī)（Single Chip Microcomputer）或者單片機(jī)，是指隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)及其發(fā)展，將計(jì)算機(jī)的CPU、RAM、ROM、定時(shí)計(jì)數(shù)器和多種I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片級(jí)的計(jì)算機(jī)，為不同的應(yīng)用場(chǎng)合做不同組合控制。
1 RC感應(yīng)原理
RC采樣原理就是通過(guò)測(cè)量觸摸電極電容的微小變化，來(lái)感知人體對(duì)電容式觸摸感應(yīng)器（按鍵、滾輪或者滑條）的觸摸。
電極電容（C）通過(guò)一個(gè)固定的電阻（R）周期性地充放電。 電容值取決于以下幾個(gè)參數(shù)：電極面積（A），絕緣體相對(duì)介電常數(shù)，空氣相對(duì)濕度，以及兩個(gè)電極之間的距離（d）。電容值可由下列公式得出：
圖1:RC電壓檢測(cè)。
固定電壓施加在 ， 的電壓隨著電容值的變化而相應(yīng)增加或者降低， 如圖2所示。
圖2：測(cè)量充電時(shí)間。
通過(guò)計(jì)算VOUT的電壓達(dá)到閥值VTH所需要的充電時(shí)間（TC），來(lái)得到電容值（C）。 在觸摸感應(yīng)應(yīng)用中，電容值（C）由兩部分組成：固定電容（電極電容，CX）和當(dāng)人手接觸或者靠近電極時(shí)，由人手帶來(lái)的電容（感應(yīng)電容，CT）。電極電容應(yīng)該盡可能的小，以保證檢測(cè)到人手觸摸。利用該原理，就可以檢測(cè)到手指是否觸摸了電極。
圖3：觸摸感應(yīng)。
2 硬件實(shí)現(xiàn)
圖4由R1，R2以及電容電極（CX）和手指電容（CT）并聯(lián)的電容（大約5pF） 形成一個(gè)RC網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)對(duì)該RC網(wǎng)絡(luò)充放電時(shí)間的測(cè)量，可以檢測(cè)到人手的觸摸。 所有電極共享一個(gè)“負(fù)載I/O”引腳。電阻R1和R2盡量靠近MCU放置。電容R1（阻值在幾百歐到幾兆歐之間）是主要電容，用于調(diào)節(jié)觸摸檢測(cè)的靈敏度。
圖4：電容觸摸感應(yīng)實(shí)現(xiàn)實(shí)例。
3 軟件實(shí)現(xiàn)
充電時(shí)間測(cè)量原理
為了保證健壯的電容觸摸感應(yīng)的應(yīng)用，充電時(shí)間的測(cè)量需要足夠的精確。
采用一個(gè)簡(jiǎn)單的定時(shí)器（無(wú)需IC功能）和一系列簡(jiǎn)單的軟件操作，即定時(shí)地檢查感應(yīng)I/O端口上的電壓是否達(dá)到閥值。
基本測(cè)量
使用普通定時(shí)器進(jìn)行充電時(shí)間的測(cè)量。對(duì)電容充電開(kāi)始之前，定時(shí)器的計(jì)數(shù)器數(shù)值被記錄下來(lái)。當(dāng)采樣I/O端口上的電壓達(dá)到某個(gè)閥值（VTH）時(shí)，再次記錄定時(shí)器計(jì)數(shù)器的值。二者之差就是 充電或者放電的時(shí)間。
圖5：定時(shí)器計(jì)數(shù)器值。
過(guò)采樣
過(guò)采樣的目的是以CPU時(shí)鐘的精度，對(duì)輸入電壓達(dá)到高電平和低電平（VIH和VIL）的時(shí)間測(cè)量。 為了跨越所有的取值范圍，每次測(cè)量都比上一次測(cè)量延遲一個(gè)CPU時(shí)鐘周期的時(shí)間。 為了跨越所有的取值范圍，測(cè)量的次數(shù)是和MCU核相關(guān)的。圖6說(shuō)明了這個(gè)概念的應(yīng)用情況。
圖6：輸入電壓測(cè)量。
輸入電壓測(cè)量的原理
為了提高在電壓和溫度變動(dòng)情況下的穩(wěn)定性，對(duì)電極會(huì)進(jìn)行連續(xù)兩次的測(cè)量：第一次測(cè)量對(duì)電容的充電時(shí)間，直到輸入電壓升至VIH。第二次測(cè)量電容的放電時(shí)間，直到輸入電壓降至VIL。下圖以及以下的表格詳細(xì)說(shuō)明了對(duì)感應(yīng)電極（感應(yīng)I/O）和負(fù)載I/O引腳上的操作流程。
圖7：電容充放電時(shí)間測(cè)量。
表2 電容充放電測(cè)量步驟
觸摸的效果
電極的電容值（CX）取決于以下幾個(gè)主要因素：電極的形狀、大小，觸摸感應(yīng)控制器到電極之間的 布線（尤其是地耦合），以及介電面板的材料和厚度。因此，RC充放電時(shí)間直接和CX有關(guān)。圖8說(shuō)明了這種“觸摸的效果”。 時(shí)間（即達(dá)到了VIH電平的時(shí)刻）比長(zhǎng)；同樣對(duì)于降至VIL電平的時(shí)間也比長(zhǎng)。
圖8：觸摸效果實(shí)例。
多次測(cè)量以及高頻噪聲的去除
為了提高測(cè)量的精確度，并去除高頻噪聲，有必要對(duì)VIH和VIL進(jìn)行多次的測(cè)量，然后再?zèng)Q定是否有按鍵被有效“觸摸”。
圖9：測(cè)量的種類。
注意：下圖說(shuō)明了去除噪聲的實(shí)例。如果測(cè)量次數(shù)（N）設(shè)置為4，那么對(duì)一個(gè)電極的完整測(cè)量將包括4次正確的“連續(xù)組測(cè)量”（BGs）。
圖10：實(shí)例1。
圖11 顯示了有一些噪聲使得某些測(cè)量無(wú)效的情況（即r1和r2）。 在這個(gè)例子中，連續(xù)組測(cè)量BG3重復(fù)了好幾次，直到其中的所有測(cè)量都有效，該次組測(cè)量才算通過(guò)。這樣就需要較多的時(shí)間來(lái)完成一次完整的測(cè)量。
圖11：實(shí)例2。
圖12顯示了有很多噪聲，使得無(wú)效的組測(cè)量次數(shù)達(dá)到了最大限制（比如20）。這樣的話，整個(gè)電極測(cè)量都無(wú)效。這個(gè)例子中，達(dá)到了無(wú)效的組測(cè)量次數(shù)的最大限制，因此停止對(duì)該電極的測(cè)量。
圖12：實(shí)例3。 |
