無論是移動電話和PDA等便攜式消費電子產品，還是汽車、廚房電器、醫療設備以及工業和商業感測應用，基于直觀式電容性觸摸技術的解決(jue)方(fang)案都是這些領域的首選人機(ji)界面。穩健可靠的電容性(xing)觸摸(mo)解決(jue)方(fang)案正在取代傳(chuan)統的電阻性(xing)滑塊、機(ji)械按鍵和旋(xuan)轉(zhuan)控制裝置。
基于電荷轉移的電容性觸摸捕獲技術
基(ji)于“電荷轉移”的電容(rong)性觸摸捕獲可采用下列兩種方法來實現。
第一(yi)(yi)種方案(an)是將一(yi)(yi)個電(dian)(dian)容(rong)未(wei)知(zhi)的感測電(dian)(dian)極(ji)充電(dian)(dian)至已(yi)知(zhi)電(dian)(dian)勢。該(gai)電(dian)(dian)極(ji)通常是PCB板上的一(yi)(yi)塊銅區域。最(zui)終電(dian)(dian)荷(he)會被轉移(yi)到一(yi)(yi)個測量電(dian)(dian)路。在(zai)完成一(yi)(yi)個或多(duo)個“充電(dian)(dian)與轉移(yi)”周期后(hou)對電(dian)(dian)荷(he)進行測量，可以確定感測板的電(dian)(dian)容(rong)。把手指放在(zai)觸摸表(biao)面會產生(sheng)外部(bu)電(dian)(dian)容(rong)，因(yin)而影響接觸點的電(dian)(dian)荷(he)流(liu)。這(zhe)就是一(yi)(yi)個觸摸操作。
第二種(zhong)方案采用了一(yi)對感(gan)測(ce)電(dian)(dian)極：一(yi)個是(shi)發(fa)射電(dian)(dian)極，由邏輯脈沖電(dian)(dian)荷(he)以間(jian)歇模式來驅(qu)動；另一(yi)個是(shi)接收電(dian)(dian)極，經由覆蓋板電(dian)(dian)介質與發(fa)射極耦合。當手指(zhi)觸摸覆蓋板時，場(chang)耦合減小，觸摸因此被(bei)檢測(ce)到。這種(zhong)驅(qu)動、接收和處理邏輯被(bei)內置在微控制器(MCU)中，故(gu)只需極少的外部組(zu)件。
兩(liang)種(zhong)方案都有其獨特的優勢，分別適合特定的應(ying)用(yong)。
觸摸功能
來自基于“電荷(he)轉移”的電容性觸摸(mo)捕獲方案的觸摸(mo)功能可以(yi)分為(wei)觸摸(mo)屏、觸摸(mo)按(an)鍵、滑(hua)(hua)塊和滑(hua)(hua)輪。
觸摸(mo)屏(ping)功(gong)能支持無限(xian)次數的(de)觸摸(mo)，極大(da)地改善了用(yong)戶(hu)(hu)體(ti)驗(yan)，并改變了用(yong)戶(hu)(hu)與(yu)電子產品的(de)交互(hu)方式(shi)。內置的(de)手(shou)(shou)勢以(yi)及能夠(gou)忽略無意識操(cao)作使得(de)用(yong)戶(hu)(hu)界面(mian)既直觀又(you)可(ke)靠。觸摸(mo)屏(ping)能夠(gou)識別(bie)手(shou)(shou)寫筆(bi)、指甲和手(shou)(shou)套的(de)觸摸(mo)，為手(shou)(shou)持設備提供(gong)了簡便的(de)文本輸入(ru)方式(shi)。
觸(chu)(chu)摸(mo)按鍵、滑塊(kuai)和滑輪一般適用(yong)于單(dan)個用(yong)戶觸(chu)(chu)摸(mo)，并(bing)采用(yong)算法來(lai)確(que)定(ding)觸(chu)(chu)摸(mo)狀態和位置，它與信號(hao)強(qiang)度無關，這一特性使得觸(chu)(chu)摸(mo)檢(jian)測(ce)精確(que)可(ke)靠。觸(chu)(chu)摸(mo)按鍵、滑塊(kuai)和滑 輪 功能可(ke)以兩種方(fang)(fang)式集成在產(chan)品設計(ji)中：固(gu)定(ding)功能器件方(fang)(fang)案；MCU觸(chu)(chu)摸(mo)軟(ruan)件庫(Touch library)方(fang)(fang)案。
開發人(ren)員按不同產(chan)品(pin)設計(ji)的具體要求來選擇(ze)所(suo)需的觸摸功(gong)能和解決方案。
觸摸按鍵、滑塊和滑輪的(de)典(dian)型使用環(huan)境見(jian)表1。
典型的(de)(de)電容性觸(chu)(chu)摸傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)通(tong)過各個通(tong)道(dao)(dao)連接(jie)至MCU。圖(tu)3所(suo)示(shi)為使(shi)用(yong)一個通(tong)道(dao)(dao)的(de)(de)接(jie)近按鍵傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)、使(shi)用(yong)一個通(tong)道(dao)(dao)的(de)(de)觸(chu)(chu)摸按鍵傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)和使(shi)用(yong)一組(zu)三個通(tong)道(dao)(dao)的(de)(de)滑塊(kuai)/滑輪傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)。MCU端口引(yin)(yin)腳可用(yong)作觸(chu)(chu)摸傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)通(tong)道(dao)(dao)引(yin)(yin)腳。
固定功能器件方案
目前(qian)市場上提(ti)供(gong)的(de)(de)解決(jue)方案之(zhi)一(yi)是(shi)(shi)固定功(gong)能(neng)(neng)(neng)(neng)觸(chu)摸器(qi)件(jian)，所(suo)謂“固定功(gong)能(neng)(neng)(neng)(neng)”是(shi)(shi)指一(yi)組只用于處理(li)觸(chu)摸傳感器(qi)的(de)(de)器(qi)件(jian)。因此，固定功(gong)能(neng)(neng)(neng)(neng)器(qi)件(jian)就是(shi)(shi)一(yi)種(zhong)專用的(de)(de)觸(chu)摸微(wei)控(kong)制器(qi)解決(jue)方案。固定功(gong)能(neng)(neng)(neng)(neng)觸(chu)摸器(qi)件(jian)可提(ti)供(gong)單通道(dao)或多通道(dao)支持，其(qi)觸(chu)摸傳感器(qi)排列通常是(shi)(shi)按照用作按鍵、滑塊(kuai)、滑輪還是(shi)(shi)這些功(gong)能(neng)(neng)(neng)(neng)的(de)(de)固定組合而(er)預先配(pei)置(zhi)好的(de)(de)。
固(gu)定功(gong)能器(qi)件一般會利用串行接(jie)口(kou)(kou)來向主微(wei)控(kong)制器(qi)更新(xin)觸摸(mo)(mo)狀(zhuang)態信息，該接(jie)口(kou)(kou)通常(chang)是一個I2C兼容接(jie)口(kou)(kou)。或是采(cai)用SPI、USART和(he)位觸發(bit banging)等(deng)其它(ta)接(jie)口(kou)(kou)技術。固(gu)定功(gong)能器(qi)件的觸摸(mo)(mo)狀(zhuang)態報告(gao)往(wang)往(wang)包(bao)括接(jie)近按鍵(jian)(jian)或觸摸(mo)(mo)按鍵(jian)(jian)的開關(guan)(ON/OFF)狀(zhuang)態，滑塊的線性觸摸(mo)(mo)定位值，以及滑輪的觸摸(mo)(mo)角度(du)定位值。
此外，固(gu)定功(gong)(gong)能觸摸(mo)(mo)器(qi)(qi)件(jian)還(huan)具有一項(xiang)額(e)外的功(gong)(gong)能，即器(qi)(qi)件(jian)引腳(jiao)上(shang)可輸出(chu)頻閃(shan)和脈沖來顯示某(mou)種結果，而無需(xu)采用串(chuan)行接口(kou)。這意味著按鍵的開關狀(zhuang)(zhuang)態或滑塊、滑輪(lun)的位置信(xin)息(xi)并非(fei)固(gu)定功(gong)(gong)能觸摸(mo)(mo)器(qi)(qi)件(jian)唯一的輸出(chu)信(xin)息(xi)。而對(dui)這些數據進(jin)行二級處(chu)理而獲得(de)的二級數據輸出(chu)，可以滿足應(ying)用的需(xu)求。例如，在(zai)電(dian)器(qi)(qi)的功(gong)(gong)率控制(zhi)中，觸摸(mo)(mo)按鍵狀(zhuang)(zhuang)態信(xin)息(xi)可以轉換為一個經過(guo)編程的自動關斷延時，以觸發脈沖的形式輸出(chu)到器(qi)(qi)件(jian)的某(mou)個引腳(jiao)上(shang)，最(zui)后關斷電(dian)器(qi)(qi)。
固(gu)定(ding)功能(neng)(neng)器(qi)件的特性(xing)(xing)如(ru)下：是可(ke)用的電(dian)容性(xing)(xing)觸摸(mo)解決方案；固(gu)定(ding)功能(neng)(neng)微(wei)控制(zhi)器(qi)可(ke)帶有在(zai)(zai)出(chu)廠已編程的固(gu)件；相比(bi)微(wei)控制(zhi)器(qi)觸摸(mo)軟件庫(ku)方案，把固(gu)定(ding)功能(neng)(neng)方案集成到產品(pin)設(she)(she)計(ji)中(zhong)(zhong)所需(xu)的工(gong)作量比(bi)較小；輸出(chu)接(jie)口和傳感器(qi)排列方面的用戶可(ke)配置性(xing)(xing)有限(xian)；因為(wei)是由主(zhu)微(wei)控制(zhi)器(qi)完成主(zhu)要的應用任務，而(er)加(jia)入固(gu)定(ding)功能(neng)(neng)觸摸(mo)器(qi)件旨(zhi)在(zai)(zai)增加(jia)電(dian)容性(xing)(xing)觸摸(mo)支(zhi)持，所以這種方案需(xu)要在(zai)(zai)設(she)(she)計(ji)中(zhong)(zhong)加(jia)入額外(wai)的微(wei)控制(zhi)器(qi)。
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