触摸电容 “电容触摸按键实验”实例解析

目录

电容触摸按键实验 电容触摸按键的基本原理(原理图层面)

新电容的产生与作用

我们学过模电的同学知道：我们的手其实相当于一块可以存储感应电荷的金属板触摸电容，当我们的手靠近屏幕时，我们的手与屏幕下的金属板Cx构成了一个平行电容板，这个电容与Cs杂散电容相并联，“并联电容C=C1+C2”。

充放电性能的变化

我们看见“VCC是一定的；电容C越大代表一定电压下，存储的电荷数量越多(Q=CU)，反之，充电到U所花费的时间也更多；电阻R的值一定代表着对电荷的阻碍作用是固定的”。

充电到V=Vth，花费时间TA明显小于TB；我们真实情况下的矩形脉冲如下图所示：

脉冲如何被捕获

当电容从0充电到Vth时，就相当于一个上升沿脉冲。其实这个充放电过程很快，我们一般用的RC充放电电路是为了观察现象因此将时间常数做的很大，但是现实的话我们要快速识别必须将时间常数缩小到一定范围内才OK。

原理图层面的连接

STM_ADC其实只是这个引脚功能的其中一个，我们这里并不是用的引脚的ADC功能，以下为该引脚的复用：

我们这里使用的是PA1的TIM5_CH2功能，用于快速捕获TPAD的有效脉冲沿变化。

硬件配置的大致流程

第一步

TPAD引脚的电压先置零，进行电容Cs的放电

第二步

TPAD引脚设置为浮空输入(由于TPAD与PA1接在了一起，因此就是将PA1置为浮空输入模式，为了识别有效的脉冲沿)

第三步

TIM5计数器初始值置0并开启上升沿计数模式

第四步

开启TIM5_CH2的输入捕获模式

第五步

等待充电完成，读取此时的捕获值，“脉冲沿持续时间 = （捕获值-初始值）*单位递增时间”

注：没有按下的时候，充电时间为T1（default)。按下TPAD，电容变大，所以充电时间为T2。我们可以通过检测充放电时间，来判断是否按下。如果T2-T1大于某个值，就可以判断

有按键按下。

电容触摸按键的基本原理(软件配置层面)

函数名称

返回值类型

函数功能

TPAD_Init()

void

用于捕获无接触情况下的电容充电时间，并且配置TIM5_CH2引脚的初始属性

TPAD_Get_Val()

int

获取一次电容充电时间

TPAD_Get_MaxVal()

int

获取4次读取“电容充电时间”的最大值

TPAD_Scan()

char(true or false)

用于扫描判断TPAD是否动作

TPAD_Reset()

void

重置计数器与捕获值(将前一次读取结果重置)

函数说明 TPAD_InitConfig()函数

void TPAD_InitConfig() // 读取默认电容充电时间  
{  
    u16 RecordChargeTime[10] = {0};  
    u8 i = 0, temp = 0;  
      
    uart_init(115200); // 初始化USART1  
    TIM_CAP_InitConfig(0xFFFF, 72-1); // 初始化TIM5_CH2的输入配置  
      
    for(; i<10; i++)  
    {  
        RecordChargeTime[i] = TPAD_GetValue(); // 连续计算10次默认充电时间  
    }  
	for(i=0; i<9; i++)
	{
		if(RecordChargeTime[i] < RecordChargeTime[i+1]) // 冒泡排序(大->小)
		{
			temp = RecordChargeTime[i];
			RecordChargeTime[i] = RecordChargeTime[i+1];
			RecordChargeTime[i+1] = temp;
		}
	} 
    for(i=1, temp=0; i<9; i++)  
    {  
        temp += RecordChargeTime[i]; // 去掉MAX与MIN求平均充电时间  
    }  
    TPAD_DefaultValue = temp/8; // 求出TPAD无动作时的默认充电时间  
    printf("Default:%dus\r\n",TPAD_DefaultValue); // 向串口打印未触摸时的电容充电时长  
}  

TPAD_Reset()函数

这里值得注意的是：PA1端口输入输出模式的变化以及TIM_ClearFlag()函数的使用。

PA1端口输入输出模式的变化：

我们会疑问“PA1端口为何要变化输入输出模式？”，在我们上述流程中提及过，我们要对电容充电所造成的上升沿重新计数就必须先将TPAD(PA1)端口置0进行充分的放电。那我们如何放电呢？

在图中，PA1与TPAD通过跳线帽连接在一起，然后为了读取TPAD中产生的上升沿，我们必须将PA1设置为TIM5_CH2的功能，此时PA1为浮空输入模式，但是我们读取完有效的脉冲沿之后，若继续读取必须先进行放电才可以。此时，我们配置PA1为推挽输出模式触摸电容，放完电后再变成浮空输入模式。

TIM_ClearFlag()库函数的含义：

我们使用库函数的同学会有些疑问：TIM_ClearFlag()函数与 TIM_ClearITPendingBit()函数的区别在哪里？这里我来解说一下。

TIM_ClearFlag()函数是用于“清除标志位的”，比如：当检测到上升沿脉冲(有效的脉冲沿)，相应的TIM_IT_CC2标志会出现，其实这些标志位和TIM_ClearITPendingBit ()函数中的中断标志位是一摸一样的，只不过由于未开启中断，事件一旦发生仅仅会使得标志位置1，不会触发中断。 其实如下的程序中我们就是想清除标志位，因此也可以使用TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_IT_CC2)，这两个函数的功能就是去除相应的标志位，功能相同可以相互转换使用。

TIM_ClearFlag()与TIM_ClearITPendingBit()的函数体对比

TIM_ClearFlag()函数体

void TIM_ClearITPendingBit(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_IT)  
{  
  /* Check the parameters */  
  assert_param(IS_TIM_ALL_PERIPH(TIMx));  
  assert_param(IS_TIM_IT(TIM_IT));  
  /* Clear the IT pending Bit */  
  TIMx->SR = (uint16_t)~TIM_IT;  // 操作SR寄存器
}  

TIM_ClearITPendingBit()的函数体

void TIM_ClearFlag(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_FLAG)  
{    
  /* Check the parameters */  
  assert_param(IS_TIM_ALL_PERIPH(TIMx));  
  assert_param(IS_TIM_CLEAR_FLAG(TIM_FLAG));  
     
  /* Clear the flags */  
  TIMx->SR = (uint16_t)~TIM_FLAG;  // 操作SR寄存器
}  

我们从TIM_ClearFlag()与TIM_ClearITPendingBit()的函数体对比发现，完全一摸一样，可以互换使用。

//复位一次  
void TPAD_Reset(void)  
{  
    GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;   
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);    //使能PA端口时钟  
      
    //设置GPIOA.1为推挽使出  
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;                //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);                        //PA.1输出0,放电  
  
    delay_ms(5);  // 给予充足的时间进行放电
  
    TIM_SetCounter(TIM5,0);     //计数器的初始计数值置零
    TIM_ClearFlag(TIM5, TIM_IT_CC2);   // 清除TIM5_CH2的上升沿标志位
    //重新设置GPIOA.1为浮空输入  
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;  //浮空输入  
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);   
}