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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(ji)術的(de)(de)解(jie)決方(fang)案都是這些(xie)領域的(de)(de)首選人(ren)機(ji)(ji)界面(mian)。穩健可(ke)靠的(de)(de)電容性(xing)觸摸解(jie)決方(fang)案正在取代(dai)傳統(tong)的(de)(de)電阻(zu)性(xing)滑塊、機(ji)(ji)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兩(liang)種(zhong)方法來實現。

第(di)一(yi)(yi)(yi)種方案是(shi)將一(yi)(yi)(yi)個(ge)電(dian)(dian)(dian)容未知的(de)(de)(de)感測(ce)電(dian)(dian)(dian)極充(chong)電(dian)(dian)(dian)至已知電(dian)(dian)(dian)勢(shi)。該電(dian)(dian)(dian)極通常是(shi)PCB板(ban)上的(de)(de)(de)一(yi)(yi)(yi)塊銅區域。最終電(dian)(dian)(dian)荷會(hui)被轉移(yi)到(dao)一(yi)(yi)(yi)個(ge)測(ce)量電(dian)(dian)(dian)路。在(zai)完成一(yi)(yi)(yi)個(ge)或多個(ge)“充(chong)電(dian)(dian)(dian)與轉移(yi)”周(zhou)期后對電(dian)(dian)(dian)荷進行測(ce)量，可(ke)以確定感測(ce)板(ban)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)容。把手指放在(zai)觸(chu)摸表面會(hui)產生外部(bu)電(dian)(dian)(dian)容，因(yin)而影響接(jie)觸(chu)點的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)荷流。這(zhe)就是(shi)一(yi)(yi)(yi)個(ge)觸(chu)摸操作(zuo)。

第二種方案(an)采(cai)用了一(yi)(yi)對感測電極(ji)：一(yi)(yi)個是發(fa)射電極(ji)，由(you)邏輯(ji)脈沖(chong)電荷以間(jian)歇模式來(lai)驅動(dong)；另一(yi)(yi)個是接收電極(ji)，經(jing)由(you)覆(fu)蓋(gai)(gai)板電介質與發(fa)射極(ji)耦(ou)合。當(dang)手指觸摸覆(fu)蓋(gai)(gai)板時(shi)，場耦(ou)合減小(xiao)，觸摸因(yin)此被檢測到。這種驅動(dong)、接收和處(chu)理邏輯(ji)被內置在微控制器(MCU)中，故只需(xu)極(ji)少(shao)的外部組(zu)件。

兩種(zhong)方案都有其(qi)獨特的優勢(shi)，分別適合(he)特定(ding)的應用(yong)。

觸摸功能

       來自(zi)基于“電荷轉(zhuan)移(yi)”的電容性(xing)觸摸(mo)捕獲方案(an)的觸摸(mo)功能(neng)可以分為觸摸(mo)屏、觸摸(mo)按鍵、滑塊(kuai)和滑輪。

       觸(chu)(chu)摸屏(ping)功能(neng)支持(chi)無(wu)限次數的(de)觸(chu)(chu)摸，極大地(di)改(gai)善了用(yong)戶(hu)體驗(yan)，并改(gai)變(bian)了用(yong)戶(hu)與電(dian)子產品的(de)交(jiao)互方式。內置的(de)手勢以及能(neng)夠忽略無(wu)意(yi)識(shi)操作使得(de)用(yong)戶(hu)界面既直觀(guan)又(you)可靠。觸(chu)(chu)摸屏(ping)能(neng)夠識(shi)別手寫筆(bi)、指甲和手套的(de)觸(chu)(chu)摸，為手持(chi)設備提(ti)供了簡便(bian)的(de)文本輸入方式。

       觸摸(mo)按(an)鍵(jian)、滑(hua)(hua)塊(kuai)和滑(hua)(hua)輪一般適用于(yu)單(dan)個用戶觸摸(mo)，并采(cai)用算法(fa)來確定觸摸(mo)狀態(tai)和位置，它(ta)與信號強度無(wu)關，這(zhe)一特(te)性使(shi)得觸摸(mo)檢測精確可靠。觸摸(mo)按(an)鍵(jian)、滑(hua)(hua)塊(kuai)和滑(hua)(hua) 輪 功能(neng)可以(yi)兩種方式集成在(zai)產品設(she)計中：固定功能(neng)器件(jian)方案；MCU觸摸(mo)軟(ruan)件(jian)庫(Touch library)方案。

       開(kai)發人員按不同產品設(she)計的(de)具體要求來(lai)選擇所需的(de)觸摸(mo)功能和(he)解決方案。

       觸(chu)摸按鍵(jian)、滑塊和滑輪的(de)典(dian)型(xing)使用(yong)環(huan)境(jing)見表1。

       典型的(de)(de)電容性觸摸(mo)傳感器通(tong)過各個(ge)(ge)(ge)通(tong)道(dao)連接(jie)至(zhi)MCU。圖3所示為(wei)使(shi)用一(yi)個(ge)(ge)(ge)通(tong)道(dao)的(de)(de)接(jie)近按鍵傳感器、使(shi)用一(yi)個(ge)(ge)(ge)通(tong)道(dao)的(de)(de)觸摸(mo)按鍵傳感器和使(shi)用一(yi)組(zu)三個(ge)(ge)(ge)通(tong)道(dao)的(de)(de)滑塊/滑輪傳感器。MCU端口引腳可(ke)用作觸摸(mo)傳感器通(tong)道(dao)引腳。

固定功能器件方案

       目前市(shi)場上(shang)提供的(de)解決方案(an)之一是(shi)固(gu)定功(gong)能(neng)觸摸(mo)(mo)器(qi)(qi)件(jian)，所謂“固(gu)定功(gong)能(neng)”是(shi)指一組只(zhi)用于處理觸摸(mo)(mo)傳感器(qi)(qi)的(de)器(qi)(qi)件(jian)。因此，固(gu)定功(gong)能(neng)器(qi)(qi)件(jian)就是(shi)一種專用的(de)觸摸(mo)(mo)微(wei)控(kong)制(zhi)器(qi)(qi)解決方案(an)。固(gu)定功(gong)能(neng)觸摸(mo)(mo)器(qi)(qi)件(jian)可提供單通(tong)道或多通(tong)道支持，其觸摸(mo)(mo)傳感器(qi)(qi)排列通(tong)常是(shi)按照用作按鍵(jian)、滑塊、滑輪(lun)還是(shi)這(zhe)些(xie)功(gong)能(neng)的(de)固(gu)定組合而(er)預(yu)先配置好的(de)。

       固(gu)定(ding)功(gong)能(neng)器(qi)件(jian)(jian)一(yi)般會利用(yong)串行接(jie)口來向主微控制(zhi)器(qi)更新觸(chu)(chu)摸狀(zhuang)態(tai)信(xin)息，該(gai)接(jie)口通常是一(yi)個I2C兼容(rong)接(jie)口。或是采用(yong)SPI、USART和位(wei)觸(chu)(chu)發(bit banging)等(deng)其它接(jie)口技術。固(gu)定(ding)功(gong)能(neng)器(qi)件(jian)(jian)的(de)觸(chu)(chu)摸狀(zhuang)態(tai)報告往往包(bao)括接(jie)近按鍵或觸(chu)(chu)摸按鍵的(de)開關(ON/OFF)狀(zhuang)態(tai)，滑(hua)塊的(de)線性觸(chu)(chu)摸定(ding)位(wei)值(zhi)，以及滑(hua)輪的(de)觸(chu)(chu)摸角(jiao)度定(ding)位(wei)值(zhi)。

       此外，固定功(gong)能觸摸器(qi)件(jian)還具有一(yi)項(xiang)額(e)外的(de)(de)功(gong)能，即(ji)器(qi)件(jian)引腳(jiao)上(shang)可輸(shu)出(chu)頻閃(shan)和脈(mo)沖(chong)來顯示某(mou)種結果，而(er)(er)無需采用串(chuan)行接口。這意味著(zhu)按鍵的(de)(de)開關(guan)狀(zhuang)態或(huo)滑塊、滑輪(lun)的(de)(de)位置(zhi)信(xin)息(xi)并非固定功(gong)能觸摸器(qi)件(jian)唯一(yi)的(de)(de)輸(shu)出(chu)信(xin)息(xi)。而(er)(er)對這些數(shu)(shu)據進行二級處(chu)理而(er)(er)獲得的(de)(de)二級數(shu)(shu)據輸(shu)出(chu)，可以滿足應(ying)用的(de)(de)需求。例如(ru)，在電器(qi)的(de)(de)功(gong)率控制中，觸摸按鍵狀(zhuang)態信(xin)息(xi)可以轉換為一(yi)個經過(guo)編程的(de)(de)自動關(guan)斷(duan)(duan)延時(shi)，以觸發脈(mo)沖(chong)的(de)(de)形式輸(shu)出(chu)到器(qi)件(jian)的(de)(de)某(mou)個引腳(jiao)上(shang)，最后關(guan)斷(duan)(duan)電器(qi)。

        固(gu)定(ding)功能(neng)器(qi)(qi)(qi)件(jian)的(de)特(te)性(xing)如下：是可用(yong)的(de)電容(rong)性(xing)觸(chu)摸解決(jue)方(fang)案；固(gu)定(ding)功能(neng)微(wei)(wei)(wei)控(kong)制器(qi)(qi)(qi)可帶有(you)在出廠已編(bian)程(cheng)的(de)固(gu)件(jian)；相比微(wei)(wei)(wei)控(kong)制器(qi)(qi)(qi)觸(chu)摸軟件(jian)庫方(fang)案，把固(gu)定(ding)功能(neng)方(fang)案集成(cheng)(cheng)到產(chan)品設(she)計中所需的(de)工作量比較小；輸出接(jie)口和傳(chuan)感器(qi)(qi)(qi)排(pai)列方(fang)面的(de)用(yong)戶可配置性(xing)有(you)限(xian)；因為是由(you)主(zhu)微(wei)(wei)(wei)控(kong)制器(qi)(qi)(qi)完成(cheng)(cheng)主(zhu)要(yao)的(de)應用(yong)任務，而(er)加入(ru)(ru)固(gu)定(ding)功能(neng)觸(chu)摸器(qi)(qi)(qi)件(jian)旨在增加電容(rong)性(xing)觸(chu)摸支(zhi)持，所以這(zhe)種方(fang)案需要(yao)在設(she)計中加入(ru)(ru)額外的(de)微(wei)(wei)(wei)控(kong)制器(qi)(qi)(qi)。