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(shu)的(de)解決方案都是(shi)這些(xie)領域的(de)首選人機(ji)界面。穩健可靠的(de)電容性(xing)觸(chu)摸解決方案正在(zai)取代傳統的(de)電阻(zu)性(xing)滑塊、機(ji)械按鍵(jian)和(he)旋轉控制裝置。
基于電荷轉移的電容性觸摸捕獲技術
基于“電荷轉移”的電容性(xing)觸摸捕獲可(ke)采用下列兩種方(fang)法來實現。
第(di)一種(zhong)方案是將一個(ge)(ge)電(dian)(dian)容未知(zhi)的(de)感測電(dian)(dian)極充電(dian)(dian)至已知(zhi)電(dian)(dian)勢(shi)。該(gai)電(dian)(dian)極通(tong)常是PCB板上(shang)的(de)一塊銅區(qu)域。最終電(dian)(dian)荷會被轉移到(dao)一個(ge)(ge)測量電(dian)(dian)路(lu)。在完成(cheng)一個(ge)(ge)或多(duo)個(ge)(ge)“充電(dian)(dian)與轉移”周期后對電(dian)(dian)荷進行測量，可以確定感測板的(de)電(dian)(dian)容。把(ba)手(shou)指放(fang)在觸摸表面會產生外部電(dian)(dian)容，因而影(ying)響接觸點的(de)電(dian)(dian)荷流。這(zhe)就是一個(ge)(ge)觸摸操作。
第二(er)種(zhong)方案采用了一對感測電(dian)極：一個是發射(she)電(dian)極，由邏輯(ji)脈沖電(dian)荷以間歇(xie)模式(shi)來驅動(dong)；另一個是接收(shou)(shou)電(dian)極，經由覆蓋板(ban)電(dian)介質與(yu)發射(she)極耦合。當(dang)手指(zhi)觸(chu)摸覆蓋板(ban)時，場耦合減(jian)小，觸(chu)摸因此被(bei)檢(jian)測到。這種(zhong)驅動(dong)、接收(shou)(shou)和處理(li)邏輯(ji)被(bei)內置在微控制器(MCU)中，故(gu)只需(xu)極少的(de)外部組件。
兩種方案都有其獨特(te)的優勢，分別適合(he)特(te)定的應用。
觸摸功能
來自基于“電荷轉移”的電容性(xing)觸摸(mo)捕獲(huo)方案的觸摸(mo)功能可以分為觸摸(mo)屏(ping)、觸摸(mo)按鍵(jian)、滑塊和滑輪。
觸(chu)摸(mo)屏(ping)功能(neng)支(zhi)持(chi)無(wu)限次數(shu)的(de)(de)觸(chu)摸(mo)，極大地改善了用(yong)戶體(ti)驗，并改變了用(yong)戶與電子產品的(de)(de)交(jiao)互方式。內置的(de)(de)手勢以及(ji)能(neng)夠忽略無(wu)意識操作使(shi)得用(yong)戶界面既直觀又(you)可靠。觸(chu)摸(mo)屏(ping)能(neng)夠識別手寫(xie)筆、指(zhi)甲和手套(tao)的(de)(de)觸(chu)摸(mo)，為手持(chi)設(she)備提供了簡(jian)便(bian)的(de)(de)文本(ben)輸入方式。
觸摸(mo)(mo)(mo)按鍵(jian)、滑(hua)(hua)塊和(he)滑(hua)(hua)輪一(yi)(yi)般適用(yong)(yong)于單(dan)個用(yong)(yong)戶觸摸(mo)(mo)(mo)，并采(cai)用(yong)(yong)算(suan)法(fa)來(lai)確定觸摸(mo)(mo)(mo)狀態和(he)位置，它與信(xin)號強度無(wu)關，這一(yi)(yi)特性使得觸摸(mo)(mo)(mo)檢測精確可靠。觸摸(mo)(mo)(mo)按鍵(jian)、滑(hua)(hua)塊和(he)滑(hua)(hua) 輪 功能可以兩種方(fang)(fang)式集成在產(chan)品(pin)設計(ji)中：固定功能器(qi)件方(fang)(fang)案(an)；MCU觸摸(mo)(mo)(mo)軟(ruan)件庫(Touch library)方(fang)(fang)案(an)。
開發人員(yuan)按不同產品(pin)設計(ji)的(de)具體要求來選擇所需的(de)觸摸功能和解決方案。
觸摸按鍵、滑塊和(he)滑輪的典型使(shi)用環境(jing)見表1。
典型的(de)電容性觸摸傳(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)通(tong)(tong)(tong)過各個(ge)通(tong)(tong)(tong)道連接(jie)至MCU。圖(tu)3所示為使用(yong)一(yi)個(ge)通(tong)(tong)(tong)道的(de)接(jie)近按(an)鍵(jian)傳(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)、使用(yong)一(yi)個(ge)通(tong)(tong)(tong)道的(de)觸摸按(an)鍵(jian)傳(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)和使用(yong)一(yi)組三個(ge)通(tong)(tong)(tong)道的(de)滑(hua)塊/滑(hua)輪傳(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)。MCU端口引(yin)腳可用(yong)作觸摸傳(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)通(tong)(tong)(tong)道引(yin)腳。
固定功能器件方案
目前市(shi)場上提(ti)供(gong)的解決(jue)(jue)方(fang)案之一(yi)是固(gu)定(ding)(ding)功(gong)能(neng)觸(chu)摸(mo)器(qi)(qi)件，所(suo)謂“固(gu)定(ding)(ding)功(gong)能(neng)”是指(zhi)一(yi)組(zu)只用(yong)(yong)于處理觸(chu)摸(mo)傳感器(qi)(qi)的器(qi)(qi)件。因此(ci)，固(gu)定(ding)(ding)功(gong)能(neng)器(qi)(qi)件就是一(yi)種(zhong)專用(yong)(yong)的觸(chu)摸(mo)微控(kong)制器(qi)(qi)解決(jue)(jue)方(fang)案。固(gu)定(ding)(ding)功(gong)能(neng)觸(chu)摸(mo)器(qi)(qi)件可(ke)提(ti)供(gong)單(dan)通道或多通道支持，其觸(chu)摸(mo)傳感器(qi)(qi)排列通常是按(an)照用(yong)(yong)作按(an)鍵、滑塊、滑輪還(huan)是這些功(gong)能(neng)的固(gu)定(ding)(ding)組(zu)合而預(yu)先配置好的。
固定(ding)功能(neng)器件一般會(hui)利用(yong)串行(xing)接口來向主(zhu)微控制器更新觸(chu)摸(mo)狀態(tai)信息，該接口通(tong)常是一個I2C兼容接口。或是采用(yong)SPI、USART和位觸(chu)發(bit banging)等(deng)其它接口技術。固定(ding)功能(neng)器件的觸(chu)摸(mo)狀態(tai)報告往往包括(kuo)接近(jin)按(an)鍵或觸(chu)摸(mo)按(an)鍵的開關(ON/OFF)狀態(tai)，滑塊的線性(xing)觸(chu)摸(mo)定(ding)位值，以及滑輪的觸(chu)摸(mo)角度定(ding)位值。
此(ci)外，固定(ding)功能觸(chu)摸器(qi)(qi)件(jian)還具有一項額外的功能，即(ji)器(qi)(qi)件(jian)引(yin)腳上可(ke)輸出(chu)頻(pin)閃(shan)和脈(mo)沖來顯示某種結果，而無(wu)需采用(yong)(yong)串行接口。這意味著按鍵(jian)的開關(guan)狀(zhuang)態或滑塊、滑輪(lun)的位置信息并(bing)非固定(ding)功能觸(chu)摸器(qi)(qi)件(jian)唯一的輸出(chu)信息。而對這些數(shu)據進行二級處理而獲得的二級數(shu)據輸出(chu)，可(ke)以滿(man)足應用(yong)(yong)的需求。例如(ru)，在電器(qi)(qi)的功率(lv)控(kong)制中(zhong)，觸(chu)摸按鍵(jian)狀(zhuang)態信息可(ke)以轉換(huan)為(wei)一個經過編程的自動(dong)關(guan)斷(duan)延時，以觸(chu)發脈(mo)沖的形(xing)式輸出(chu)到器(qi)(qi)件(jian)的某個引(yin)腳上，最后關(guan)斷(duan)電器(qi)(qi)。
固(gu)定功(gong)能器(qi)件(jian)的(de)(de)特性(xing)如下：是可用的(de)(de)電(dian)容性(xing)觸(chu)摸解決方案(an)(an)；固(gu)定功(gong)能微控制器(qi)可帶有在(zai)(zai)出(chu)(chu)廠已編(bian)程的(de)(de)固(gu)件(jian)；相比微控制器(qi)觸(chu)摸軟件(jian)庫方案(an)(an)，把固(gu)定功(gong)能方案(an)(an)集成到產品設計(ji)(ji)中所需(xu)的(de)(de)工(gong)作量比較(jiao)小(xiao)；輸出(chu)(chu)接口和傳感器(qi)排列(lie)方面(mian)的(de)(de)用戶可配置性(xing)有限；因為是由主微控制器(qi)完成主要(yao)的(de)(de)應用任務，而(er)加(jia)入固(gu)定功(gong)能觸(chu)摸器(qi)件(jian)旨在(zai)(zai)增加(jia)電(dian)容性(xing)觸(chu)摸支(zhi)持，所以這種方案(an)(an)需(xu)要(yao)在(zai)(zai)設計(ji)(ji)中加(jia)入額外的(de)(de)微控制器(qi)。
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