基于cortex-M0高灵敏度电容式触控按键解决方案

发布时间：2013-12-1 阅读量：1295 来源: 发布人:

【导读】在电子类的各个行业中，触控按键作为一种接口技术被广泛应用。相比于传统机械式和电阻式的按键，电容式触控按键在性能上有显著的优势。伴随着智能化时代的到来，电容式的触控按键将逐渐取代传统触控技术，让产品提供更为便捷和舒适的体验。

方案简介

基于LPC1100系列Cortex-M0微控制器的电容式触摸感应按键方案，采用LPC1100的GPIO口和两个内部定时器，即可实现多达24个独立按键或滑条式电容触摸按键的应用。本方案采用外围RC电路加软件检测技术，集成FIR滤波算法，拥有良好的抗干扰性能，可通过EFT（脉冲群抗干扰度测试）4KV的指标，非常适合由交流电驱动的电子设备。

全电容式触控按键键盘

原理概述

电容式触控屏利用人体的电流感应进行工作。电容式触控屏是一块四层复合玻璃屏，玻璃屏的内表面和夹层各涂有一层ITO(镀膜导电玻璃)，最外层是一薄层矽土玻璃保护层，ITO涂层作为工作面，四个角上引出四个电极，内层ITO为屏蔽层以保证良好的工作环境。当手指触摸在金属层上时，人体电场、用户和触控屏表面形成一个耦合电容，对于高频电流来说，电容是直接导体，于是手指从接触点吸走一个很小的电流。这个电流分别从触控屏四角上的电极中流出，并且流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成正比，控制器通过对这四个电流比例的精确计算，得出触摸点的位置信息。与电阻式触控屏和电磁式感应板相比，电容式触控屏表现出了更加良好的性能。由于轻触就能感应，使用方便。而且手指与触控屏的接触几乎没有磨损，性能稳定，经机械测试使用寿命长达30年。另外，整个产品主要由一块只有一个高集成度芯片的PCB组成，元件少，产品一致性好、成品率高。

电容式触控按键原理

基于LPC1100系列Cortex-M0微控制器电容式触摸感应按键原理如下图所示，利用LPC1100的GPIO中断功能加上内部定时器，可很方便的测量外部电容量变化。

基于LPC1100触控按键原理（图示为两个独立按键，可利用LPC1100GPIO连接24个按键）

处理流程如下：

step1
初始化KEY n为GPIO口，必须关闭内部上拉功能，配置为既不上拉也不下拉的模式；

step 2
使能并配置KEY n的高电平中断；

step 3
将KEY n设置为输出，并输出低电平，此时电容放电；

step 4
开启定时器，将KEY n配置为输入，并开启高电平中断，此时电容开始充电，在KEY n的中断服务函数中读取定时器的时间；

step 5
根据这个充电时间的变化量就可以判断出是否有按键按下。

RC电路充放电在有无人体触摸时的充放电波形图如下图所示。当使用GPIO配置为输入时电容Cx充电，如果没有人体触摸的时候电容的充放电曲线如图3绿线所示；当有人体触摸的时候，由于人体带来一个感应电容量，这时电容充放电速度变缓，如图3红线所示。利用这个时间的变化，再加GPIO中断的检测功能，就可以判断是否有按键按下。

有无人体触摸式RC充放电示意图

方案优势

支持按键、滑块和滚轮触摸界面；
硬件资源占用少，占用2个定时器和GPIO口；
外围器件少，每个通道只需两个电阻和一个电容，制造成本低；
MCU上电自动校准，制造过程简单；
灵敏度可调节，具有很高的调节性。

应用场合

电容触摸感应式按键具有不怕磨损、不受温湿度影响、防水保护和成本低廉等优点。因此已经被广泛的应用于手机、车载电子、医疗电子、VCD、DVD、电磁炉、油烟机、热水器、洗衣机、微波炉、咖啡机、电冰箱、MP3、MP4、DPF数码相框和CAR DVD等。

实物案例

相关资料下载：

NXP LPC1788数据手册

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