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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(de)解決方(fang)案都是這些領域的(de)首選人機界面(mian)。穩健可(ke)靠的(de)電容(rong)性觸摸解決方(fang)案正在取代(dai)傳統(tong)的(de)電阻性滑塊、機械按鍵和旋轉控制(zhi)裝置。

基于電荷轉移的電容性觸摸捕獲技術

基于“電荷(he)轉移”的電容性觸摸捕獲可采用下列(lie)兩(liang)種方(fang)法來實現。

第一(yi)(yi)(yi)種(zhong)方案是(shi)將一(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)電(dian)(dian)(dian)容未(wei)知的(de)感(gan)測電(dian)(dian)(dian)極(ji)充(chong)電(dian)(dian)(dian)至已知電(dian)(dian)(dian)勢。該電(dian)(dian)(dian)極(ji)通常是(shi)PCB板上的(de)一(yi)(yi)(yi)塊(kuai)銅區域。最(zui)終電(dian)(dian)(dian)荷(he)會被(bei)轉(zhuan)移到一(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)測量(liang)電(dian)(dian)(dian)路(lu)。在(zai)完成一(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)或多個(ge)(ge)“充(chong)電(dian)(dian)(dian)與轉(zhuan)移”周期(qi)后對電(dian)(dian)(dian)荷(he)進行(xing)測量(liang)，可以(yi)確(que)定(ding)感(gan)測板的(de)電(dian)(dian)(dian)容。把(ba)手指放在(zai)觸(chu)摸(mo)表面會產(chan)生外(wai)部電(dian)(dian)(dian)容，因(yin)而(er)影響(xiang)接觸(chu)點的(de)電(dian)(dian)(dian)荷(he)流(liu)。這(zhe)就是(shi)一(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)觸(chu)摸(mo)操作。

第二種(zhong)方案采(cai)用了一對感(gan)測電(dian)(dian)極(ji)：一個(ge)是發射(she)電(dian)(dian)極(ji)，由邏輯(ji)脈沖電(dian)(dian)荷以(yi)間歇(xie)模式(shi)來驅(qu)動；另一個(ge)是接收電(dian)(dian)極(ji)，經由覆蓋板電(dian)(dian)介質與發射(she)極(ji)耦合(he)。當(dang)手(shou)指觸(chu)摸(mo)覆蓋板時，場耦合(he)減小，觸(chu)摸(mo)因此被(bei)檢(jian)測到(dao)。這種(zhong)驅(qu)動、接收和處理邏輯(ji)被(bei)內置(zhi)在微控制器(qi)(MCU)中，故只(zhi)需極(ji)少的外部組件(jian)。

兩種(zhong)方案(an)都有其獨特的優(you)勢，分別適合特定的應用。

觸摸功能

       來自基(ji)于“電(dian)荷轉移”的(de)電(dian)容性觸(chu)摸捕(bu)獲方案的(de)觸(chu)摸功能可以分為觸(chu)摸屏、觸(chu)摸按鍵、滑塊和滑輪。

       觸(chu)摸屏功能(neng)(neng)支(zhi)持(chi)(chi)無限次數的(de)觸(chu)摸，極大(da)地改善了用(yong)戶體驗，并改變(bian)了用(yong)戶與電子產品(pin)的(de)交互(hu)方(fang)式。內置的(de)手(shou)勢以及能(neng)(neng)夠忽略無意(yi)識(shi)操作使得用(yong)戶界面既直觀(guan)又可靠(kao)。觸(chu)摸屏能(neng)(neng)夠識(shi)別(bie)手(shou)寫筆、指(zhi)甲和(he)手(shou)套的(de)觸(chu)摸，為手(shou)持(chi)(chi)設備提供了簡便的(de)文(wen)本輸入方(fang)式。

       觸摸(mo)按(an)鍵(jian)、滑(hua)塊和滑(hua)輪(lun)一般適用于單個用戶觸摸(mo)，并采用算法來確定觸摸(mo)狀態和位置，它與(yu)信號強度無關，這一特性使得觸摸(mo)檢(jian)測精確可靠。觸摸(mo)按(an)鍵(jian)、滑(hua)塊和滑(hua) 輪(lun) 功能可以兩種方式集(ji)成在產品設計中(zhong)：固定功能器件(jian)方案(an)；MCU觸摸(mo)軟件(jian)庫(Touch library)方案(an)。

       開發人員按不同(tong)產品設(she)計的具體要求來選擇(ze)所(suo)需的觸摸功能和解(jie)決方案。

       觸摸按鍵(jian)、滑(hua)塊(kuai)和滑(hua)輪的典型使用環境見表(biao)1。

       典型的電容(rong)性(xing)觸(chu)摸傳感(gan)(gan)(gan)器通(tong)(tong)(tong)(tong)過(guo)各個(ge)通(tong)(tong)(tong)(tong)道(dao)(dao)連接至MCU。圖3所示(shi)為(wei)使用一(yi)個(ge)通(tong)(tong)(tong)(tong)道(dao)(dao)的接近按(an)鍵(jian)傳感(gan)(gan)(gan)器、使用一(yi)個(ge)通(tong)(tong)(tong)(tong)道(dao)(dao)的觸(chu)摸按(an)鍵(jian)傳感(gan)(gan)(gan)器和使用一(yi)組三個(ge)通(tong)(tong)(tong)(tong)道(dao)(dao)的滑塊/滑輪傳感(gan)(gan)(gan)器。MCU端口(kou)引腳(jiao)(jiao)可(ke)用作(zuo)觸(chu)摸傳感(gan)(gan)(gan)器通(tong)(tong)(tong)(tong)道(dao)(dao)引腳(jiao)(jiao)。

固定功能器件方案

       目前(qian)市場上提(ti)供的解決方案之一是(shi)固(gu)定(ding)(ding)(ding)功(gong)(gong)(gong)能(neng)觸摸(mo)器件，所謂(wei)“固(gu)定(ding)(ding)(ding)功(gong)(gong)(gong)能(neng)”是(shi)指(zhi)一組(zu)只用(yong)于處理觸摸(mo)傳感(gan)器的器件。因此，固(gu)定(ding)(ding)(ding)功(gong)(gong)(gong)能(neng)器件就是(shi)一種(zhong)專用(yong)的觸摸(mo)微控(kong)制器解決方案。固(gu)定(ding)(ding)(ding)功(gong)(gong)(gong)能(neng)觸摸(mo)器件可提(ti)供單通(tong)道(dao)或多(duo)通(tong)道(dao)支持，其觸摸(mo)傳感(gan)器排列通(tong)常是(shi)按照用(yong)作按鍵、滑塊、滑輪還是(shi)這些(xie)功(gong)(gong)(gong)能(neng)的固(gu)定(ding)(ding)(ding)組(zu)合(he)而(er)預先配置好的。

       固(gu)(gu)定(ding)功(gong)能器(qi)件一般會利用串行接口來向(xiang)主微控制器(qi)更新觸摸(mo)(mo)狀態(tai)(tai)信(xin)息，該接口通常是(shi)一個I2C兼容接口。或是(shi)采用SPI、USART和位觸發(bit banging)等其它接口技術。固(gu)(gu)定(ding)功(gong)能器(qi)件的觸摸(mo)(mo)狀態(tai)(tai)報告往往包括(kuo)接近按鍵或觸摸(mo)(mo)按鍵的開(kai)關(ON/OFF)狀態(tai)(tai)，滑塊的線性觸摸(mo)(mo)定(ding)位值(zhi)，以(yi)及滑輪的觸摸(mo)(mo)角度定(ding)位值(zhi)。

       此(ci)外，固定功(gong)(gong)能(neng)觸摸器件還具有一(yi)項額外的(de)(de)功(gong)(gong)能(neng)，即器件引(yin)腳(jiao)上可(ke)輸出(chu)頻閃和脈沖(chong)來顯示某(mou)種結果(guo)，而無需(xu)采(cai)用(yong)(yong)串(chuan)行接口。這(zhe)意味著按(an)(an)鍵的(de)(de)開關(guan)狀態(tai)或滑塊、滑輪(lun)的(de)(de)位置信息并非固定功(gong)(gong)能(neng)觸摸器件唯一(yi)的(de)(de)輸出(chu)信息。而對這(zhe)些數據(ju)(ju)進(jin)行二(er)級(ji)處理而獲得的(de)(de)二(er)級(ji)數據(ju)(ju)輸出(chu)，可(ke)以滿(man)足應用(yong)(yong)的(de)(de)需(xu)求。例如，在(zai)電(dian)器的(de)(de)功(gong)(gong)率(lv)控制中，觸摸按(an)(an)鍵狀態(tai)信息可(ke)以轉換為一(yi)個(ge)經過編程(cheng)的(de)(de)自(zi)動(dong)關(guan)斷(duan)(duan)延時，以觸發脈沖(chong)的(de)(de)形式輸出(chu)到(dao)器件的(de)(de)某(mou)個(ge)引(yin)腳(jiao)上，最后關(guan)斷(duan)(duan)電(dian)器。

        固定(ding)功(gong)能器(qi)件的(de)(de)特性如下：是可用(yong)(yong)的(de)(de)電容(rong)性觸(chu)(chu)(chu)摸解(jie)決方(fang)案(an)；固定(ding)功(gong)能微(wei)控(kong)(kong)制器(qi)可帶有在(zai)出(chu)廠已編程(cheng)的(de)(de)固件；相比微(wei)控(kong)(kong)制器(qi)觸(chu)(chu)(chu)摸軟件庫方(fang)案(an)，把固定(ding)功(gong)能方(fang)案(an)集成(cheng)到產(chan)品設計中(zhong)所需的(de)(de)工(gong)作量比較小；輸出(chu)接口和傳感器(qi)排列方(fang)面(mian)的(de)(de)用(yong)(yong)戶可配置性有限(xian)；因為是由主微(wei)控(kong)(kong)制器(qi)完成(cheng)主要的(de)(de)應(ying)用(yong)(yong)任(ren)務，而加入固定(ding)功(gong)能觸(chu)(chu)(chu)摸器(qi)件旨(zhi)在(zai)增(zeng)加電容(rong)性觸(chu)(chu)(chu)摸支(zhi)持，所以這種方(fang)案(an)需要在(zai)設計中(zhong)加入額外的(de)(de)微(wei)控(kong)(kong)制器(qi)。