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:1247 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。

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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。
 
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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。
 

 
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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。
 
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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。

 
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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。
 
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实物案例
 
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 相关资料下载:

NXP LPC1788数据手册
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