单片机模拟电容触摸按键

单片机模拟电容触摸按键

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。

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。

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16.2.1所示

：

3 软件设计

软件设计我们在之前的工程上面增加，首先在HARDW ARE文件夹下新建TPAD的文件夹。然后打开USER文件夹下的工程，新建一个tpad.c的文件和tpad.h的头文件，保存在TAPD文件夹下，并将TPAD文件夹加入头文件包含路径。我们在tpad.c里输入如下代码：

#define TPAD_ARR_MAX_V AL 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.

//systick:系统时钟频率

//返回值:0,初始化成功;1,初始化失败

u8 TPAD_Init(u8 systick)

{

图1、电容触摸按键原理图2 TPAD与STM32连接原理图

u16 buf[10];

u16 temp;

u8 j,i;

TIM5_CH2_Cap_Init(TPAD_ARR_MAX_V AL,systick-1);//以1Mhz的频率计数for(i=0;i<10;i++)//连续读取10次

{

buf=TPAD_Get_Val();

delay_ms(10);

}

for(i=0;i<9;i++)//排序

{

for(j=i+1;j<10;j++)

{

if(buf>buf[j])//升序排列

{

temp=buf;

buf=buf[j];

buf[j]=temp;

}

}

}

temp=0;

for(i=2;i<8;i++)temp+=buf;//取中间的8个数据进行平均

tpad_default_val=temp/6;

printf("tpad_default_val:%d\r\n",tpad_default_val);

if(tpad_default_val>TPAD_ARR_MAX_V AL/2)return 1;

//初始化遇到超过TPAD_ARR_MAX_V AL/2的数值,不正常!

return 0;

}

//复位一次

//释放电容电量，并清除定时器的计数值

void TPAD_Reset(void)

{

GPIOA->CRL&=0XFFFFFF0F; //PA1 输入

GPIOA->CRL|=0X00000030; //复用功能输出

GPIOA->ODR&=~(1<<1); //输出0,放电

delay_ms(5);

TIM5->SR=0; //清除标记

TIM5->CNT=0; //归零

GPIOA->CRL&=0XFFFFFF0F; //PA1 输入

GPIOA->CRL|=0X00000040; //复用功能输出

}

//得到定时器捕获值

//如果超时,则直接返回定时器的计数值.

//返回值：捕获值/计数值（超时的情况下返回）

u16 TPAD_Get_Val(void)

{

TPAD_Reset();

while((TIM5->SR&0X04)==0)//等待捕获上升沿

{