第15章 电容触摸按键实验

打开 tpad.c 可以看到，我们在 tpad.c 里输入了如下代码： #define TPAD_ARR_MAX_VAL 0XFFFF //最大的 ARR 值 vu16 tpad_default_val=0;//空载的时候(没有手按下),计数器需要的时间 //初始化触摸按键 //获得空载的时候触摸按键的取值. //返回值:0,初始化成功;1,初始化失败 u8 TPAD_Init() { u16 buf[10] , temp;
u8 j,i; //以 1Mhz 的频率计数
TIM5_CH2_Cap_Init(TPAD_ARR_MAX_VAL,SystemCoreClock/1000000-1);
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for(i=0;i<10;i++){
//连续读取 10 次
buf[i]=TPAD_Get_Val();delay_ms(10);
//tpad_default_val+TPAD_GATE_VAL,有效
{ res=1;
}
keyen=5;
//至少要再过 5 次之后才能按键有效
}else if(keyen>2)keyen=2; //如果检测到按键松开,则直接将次数将为 2,以提高响应速度
if(keyen)keyen--;
return res;
//根据参数初始化 TIMx
//初始化 TIM5 通道 2
}
//定时器 2 通道 2 输入捕获配置
void TIM5_CH2_Cap_Init(u16 arr,u16 psc)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_ICInitTypeDef TIM5_ICInitStructure;
第十五章 电容触摸按键实验
上一章，我们介绍了 STM32 的输入捕获功能及其使用。这一章，我们将向大家介绍如何 通过输入捕获功能，来做一个电容触摸按键。在本章中，我们将用 TIM5 的通道 2（PA1）来做 输入捕获，并实现一个简单的电容触摸按键，通过该按键控制 DS1 的亮灭。
15.1 电容触摸按键简介
};
return res;
}
//扫描触摸按键
//mode:0,不支持连续触发(按下一次必须松开才能按下一次);1,支持连续触发(可以一直按)
//返回值:0,没有按下;1,有按下;
#define TPAD_GATE_VAL 80 //触摸的门限值,也就是必须大于
//tpad_default_val+TPAD_GATE_VAL,才认为是有效触摸.
15.2 硬件设计
本实验用到的硬件资源有： 1） 指示灯 DS0 和 DS1 2） 定时器 TIM5 3） 触摸按键 TPAD 前面两个之前均有介绍，我们需要通过 TIM5_CH2（PA1）采集 TPAD 的信号，所以本实验需 要用跳线帽短接多功能端口（P14）的 TPAD 和 ADC，以实现 TPAD 连接到 PA1。如图 15.2.1 所示。
u8 TPAD_Scan(u8 mode)
{ static u8 keyen=0;
//0,可以开始检测;>0,还不能开始检测
u8 res=0, sample=3;
//默认采样次数为 3 次
u16 rval;
if(mode){
sample=6;
//支持连按的时候，设置采样次数为 6 次
keyen=0;
//初始化 GPIOA.1 //PA.1 输出 0,放电 //延时 5ms //归 0 //清除中断标志
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING; //GPIOA.1 浮空输入
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
图 15.2.1 TPAD 与 STM32 连接原理图 硬件设置（用跳线帽短接多功能端口的 ADC 和 TPAD 即可）好之后，下面我们开始软件设计。
15.3 软件设计
前面讲解过，触摸按键我们是通过输入捕获实现的，所以使用的库函数依然是分布在 stm32f10x_tim.c 和 stm32f10x_tim.h 中。同时我们在 HARDWARE 组下面增加了 tpad.c 和 tpad.h 文件用来存放我们的触摸按键驱动代码。
//预分频器
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; // TDTS = Tck_tim
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //向上计数模式
TIM_TimeBaseInit(TIM5, &TIM_TimeBaseStructure);
} //得到定时器捕获值，如果超时,则直接返回定时器的计数值.
u16 TPAD_Get_Val(void)
{
TPAD_Reset(); while(TIM_GetFlagStatus(TIM5, TIM_IT_CC2) == RESET)//等待捕获上升沿
{
if(TIM_GetCounter(TIM5)>TPAD_ARR_MAX_VAL-500) return TIM_GetCounter(TIM5);//超时了,直接返回 CNT 的值
} for(i=0;i<9;i++)
//排序
{ for(j=i+1;j<10;j++) { if(buf[i]>buf[j])
//升序排列
{ temp=buf[i];buf[i]=buf[j];buf[j]=temp;
}
}
}
temp=0;
for(i=2;i<8;i++)temp+=buf[i]; //取中间的 8 个数据进行平均
//浮空输入
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
//初始化 GPIOA.1
//初始化 TIM5
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr;
//设定计数器自动重装值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc;
触摸按键相对于传统的机械按键有寿命长、占用空间少、易于操作等诸多优点。大家看看 如今的手机，触摸屏、触摸按键大行其道，而传统的机械按键，正在逐步从手机上面消失。本 章，我们将给大家介绍一种简单的触摸按键：电容式触摸按键。
我们将利用战舰 STM32 开发板上的触摸按键（TPAD），来实现对 DS1 的亮灭控制。这里 TPAD 其实就是战舰 STM32 开发板上的一小块覆铜区域，实现原理如图 15.1.1 所示：
};
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return TIM_GetCapture2(TIM5);
}
//读取 n 次,取最大值
u16 TPAD_Get_MaxVal(u8 n)
{ u16 temp=0, res=0;
while(n--){
temp=TPAD_Get_Val(); //得到一次值
if(temp>res)res=temp;
}
//复位一次
void TPAD_Reset(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //使能 PA 时钟
//设置 GPIOA.1 为推挽使出 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
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RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM5, ENABLE); //使能 TIM5 时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //使能 PA 时钟
//设置 GPIOA.1 为浮空输入
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
//PA1 端口配置
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
//速度 50MHz
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;
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在 MCU 每次复位重启的时候，我们执行一次捕获检测（可以认为没触摸），记录此时的值， 记为 tpad_default_val，作为判断的依据。在后续的捕获检测，我们就通过与 tpad_default_val 的 对比，来判断是不是有触摸发生。
关于输入捕获的配置，在上一章我们已经有详细介绍了，这里我们就不再介绍。至此，电 容触摸按键的原理介绍完毕。
//支持连按
}
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rval=TPAD_Get_MaxVal(sample);
if(rval>(tpad_default_val+TPAD_GATE_VAL))//大于
//tpad_default_val+TPAD_GATE_VAL,有效
{ rval=TPAD_Get_MaxVal(sample);
if((keyen==0)&&(rval>(tpad_default_val+TPAD_GATE_VAL)))//大于
tpad_default_val=temp/6;
printf("tpad_default_val:%d\r\n",tpad_default_val); //初始化遇到超过 TPAD_ARR_MAX_VAL/2 的数值,不正常!
if(tpad_default_val>TPAD_ARR_MAX_VAL/2)return 1; return 0;
//PA1 端口配置
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
//推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_1); delay_ms(5); TIM_SetCounter(TIM5,0); TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_IT_CC2|TIM_IT_Update);
图 15.1.1 电容触摸按键原理 这里我们使用的是检测电容充放电时间的方法来判断是否有触摸，图中 R 是外接的电容充 电电阻，Cs 是没有触摸按下时 TPAD 与 PCB 之间的杂散电容。而 Cx 则是有手指按下的时候， 手指与 TPAD 之间形成的电容。图中的开关是电容放电开关（由实际使用时，由 STM32 的 IO 代替）。 先用开关将 Cs（或 Cs+Cx）上的电放尽，然后断开开关，让 R 给 Cs（或 Cs+Cx）充电， 当没有手指触摸的时候，Cs 的充电曲线如图中的 A 曲线。而当有手指触摸的时候，手指和 TPAD 之间引入了新的电容 Cx，此时 Cs+Cx 的充电曲线如图中的 B 曲线。从上图可以看出，A、B 两种情况下，Vc 达到 Vth 的时间分别为 Tcs 和 Tcs+Tcx。 其中，除了 Cs 和 Cx 我们需要计算，其他都是已知的，根据电容充放电公式： Vc=V0*(1-e^(-t/RC)) 其中 Vc 为电容电压，V0 为充电电压，R 为充电电阻，C 为电容容值，e 为自然底数，t 为 充电时间。根据这个公式，我们就可以计算出 Cs 和 Cx。利用这个公式，我们还可以把战舰开 发板作为一个简单的电容计，直接可以测电容容量了，有兴趣的朋友可以捣鼓下。 在本章中，其实我们只要能够区分 Tcs 和 Tcs+Tcx，就已经可以实现触摸检测了，当充电 时间在 Tcs 附近，就可以认为没有触摸，而当充电时间大于 Tcs+Tx 时，就认为有触摸按下（Tx 为检测阀值）。 本章，我们使用 PA1(TIM5_CH2)来检测 TPAD 是否有触摸，在每次检测之前，我们先配置 PA1 为推挽输出，将电容 Cs（或 Cs+Cx）放电，然后配置 PA1 为浮空输入，利用外部上拉电阻 给电容 Cs(Cs+Cx)充电，同时开启 TIM5_CH2 的输入捕获，检测上升沿，当检测到上升沿的时 候，就认为电容充电完成了，完成一次捕获检测。