利用CVD实现电容触摸感应技术的研究

2011-02-03吕红芳

电气自动化 2011年3期

吕红芳

(上海电机学院电气学院，上海 200240)

0 前言

触摸技术如今已经成为信息技术发展的新趋势，由于操控直观、快捷，大大提升了人机互动的效率，被大量用于高端智能手机及平板电脑。触摸控制技术又可分为触摸屏(Touch Screen)技术和触摸按键(Touch Key)技术。在触摸按键技术方面，目前主要可分为电阻式触摸按键与电容式感应按键。［1］

电阻式的触摸按键由多块导电薄膜按照按键的位置印制而成，需要在设备表面贴一张触摸薄膜［2］。电阻式触摸按键虽然价格低廉，但其导电薄膜耐用性较低。因此，电容式触摸按键便成了一种理想的替代方案。电容式触摸按键的优点在于它不易受到温度、静电、水、灰尘等外界因素影响，操作准确性高;靠人手感应，整个界面没有按键存在，可使产品更加美观。此外，由于按键没有接点，使用寿命更为长久。

本文主要介绍一种利用PIC12F615单片机实现电容触摸感应的方法，这种方法不需要外围元器件，可以依托内部带有ADC(Analog-to-Digital Converter)单元的PIC单片机，通过软件处理，快速实现触摸感应。这种采用单片机的ADC实现电容式触摸感应的方式，又称为CVD(Capacitive Voltage Divider)方式。

1 电容式感应按键原理

电容感应原理［3］是利用人体的感应电容来检测是否有手指存在，在没有手指按下时，按键(连到芯片的管脚)上由于分布电容等的存在，因此按键对地存在一定的静态电容，当人的手指按下或接近按键时，人体存在一定电容，人体的这个寄生电容将耦合到按键的静态电容上，使按键的最终电容值变大，该变化的电容再输入到单片机进行信号的转换，将变化的电容量转换成某种电信号的变化量，再由一定的算法来检测和判断这个变化量的程度，当这个变化量超过一定阈值时，就认为有手指按下。

2 CVD实现感应的原理

CVD实现感应的原理［4］是采用单片机 ADC的內部采样电容以及电路板上感应点的寄生电容来产生电容电荷的分压效应，分压的大小则视感应点的电容量大小而定，使用单片机的ADC测量分压，再由软件进行处理。如图1所示，首先把采样电容的供电电源切换到VDD，对内部采样电容进行充电，然后切换到感应电容端，这时采样电容开始向感应电容放电到一个平衡电位，ADC将此时采样电容上的电压值进行转换处理。

图1 CVD模块框图

因为人体的触摸会使感应电容的容量变大，这样在取样电容上测量到的电压就会降低，所以必须预先设定一个有触摸与无触摸输入时的阈值，当采样到的电压值低于阈值时，系统将认为有键按下，如图2所示。

图2 输入采样波形图

3 利用CVD实现电容触摸感应技术的设计与实现

3.1 硬件电路设计

在利用CVD实现电容触摸感应技术时，单片机内部ADC的分辨率决定了触摸感应系统的分辨率，所以在本系统的设计中，采用PIC12F615［5］中内部集成的10bitADC，选取GP0的第二功能AN0作为模拟通道，用做感应输入端，GP4作为感应输出端，为了便于与外部系统连接，外部利用NPN三极管，设计为开漏输出。选取内部振荡8MHz作为系统时钟，外部触摸焊盘为10mm*10mm，设定ADC采样阈值为0x287，可实现3－5mm可靠触摸感应，并能在20μs内做出响应，硬件电路如图3所示。