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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解決方案都是這(zhe)些領(ling)域(yu)的首選(xuan)人(ren)機界面(mian)。穩健可靠的電(dian)容性觸摸解決方案正在取代傳統(tong)的電(dian)阻性滑塊、機械按鍵和(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(dian)荷轉(zhuan)移”的電(dian)容性觸摸捕(bu)獲可采用下列兩種方法來(lai)實現。

第一(yi)(yi)(yi)種方(fang)案是將一(yi)(yi)(yi)個電(dian)(dian)(dian)容未(wei)知的(de)感測(ce)電(dian)(dian)(dian)極充(chong)電(dian)(dian)(dian)至已知電(dian)(dian)(dian)勢。該電(dian)(dian)(dian)極通常(chang)是PCB板上的(de)一(yi)(yi)(yi)塊銅區(qu)域。最終電(dian)(dian)(dian)荷會(hui)被(bei)轉移到一(yi)(yi)(yi)個測(ce)量電(dian)(dian)(dian)路。在完(wan)成一(yi)(yi)(yi)個或多個“充(chong)電(dian)(dian)(dian)與轉移”周期(qi)后對電(dian)(dian)(dian)荷進行(xing)測(ce)量，可以確(que)定感測(ce)板的(de)電(dian)(dian)(dian)容。把手指(zhi)放(fang)在觸摸表面會(hui)產生外部電(dian)(dian)(dian)容，因而影響接觸點的(de)電(dian)(dian)(dian)荷流。這(zhe)就是一(yi)(yi)(yi)個觸摸操(cao)作。

第二種(zhong)方案采(cai)用了一對感測電(dian)(dian)極：一個是發射電(dian)(dian)極，由(you)邏輯脈沖電(dian)(dian)荷以間歇模式來驅動(dong)；另一個是接(jie)(jie)收(shou)(shou)電(dian)(dian)極，經(jing)由(you)覆蓋板(ban)電(dian)(dian)介質與發射極耦合。當手指觸摸(mo)覆蓋板(ban)時，場耦合減(jian)小，觸摸(mo)因(yin)此被檢測到。這種(zhong)驅動(dong)、接(jie)(jie)收(shou)(shou)和處理邏輯被內置在微控制(zhi)器(qi)(MCU)中(zhong)，故只需極少的外部組件。

兩種方案都有其(qi)獨特的優(you)勢，分別適合特定的應用。

觸摸功能

       來自基(ji)于“電荷(he)轉(zhuan)移(yi)”的電容(rong)性觸(chu)(chu)摸(mo)(mo)捕獲方案的觸(chu)(chu)摸(mo)(mo)功能可(ke)以分為(wei)觸(chu)(chu)摸(mo)(mo)屏、觸(chu)(chu)摸(mo)(mo)按(an)鍵、滑(hua)塊和(he)滑(hua)輪。

       觸(chu)摸(mo)(mo)屏功能(neng)(neng)支(zhi)持(chi)無限次數的(de)觸(chu)摸(mo)(mo)，極大地改善(shan)了(le)用(yong)戶(hu)體驗，并改變了(le)用(yong)戶(hu)與電子產品的(de)交互(hu)方式。內(nei)置的(de)手(shou)勢以及(ji)能(neng)(neng)夠(gou)忽略無意識操作使得用(yong)戶(hu)界面既直觀又(you)可靠。觸(chu)摸(mo)(mo)屏能(neng)(neng)夠(gou)識別手(shou)寫筆(bi)、指甲和手(shou)套的(de)觸(chu)摸(mo)(mo)，為手(shou)持(chi)設備提供了(le)簡便的(de)文本輸入(ru)方式。

       觸(chu)(chu)摸(mo)按(an)(an)鍵、滑(hua)塊和滑(hua)輪(lun)一般適用于單個用戶觸(chu)(chu)摸(mo)，并采用算(suan)法來確(que)定(ding)觸(chu)(chu)摸(mo)狀態和位(wei)置，它與(yu)信號(hao)強度無關，這一特性使(shi)得(de)觸(chu)(chu)摸(mo)檢(jian)測精確(que)可靠。觸(chu)(chu)摸(mo)按(an)(an)鍵、滑(hua)塊和滑(hua) 輪(lun) 功(gong)能可以兩種方(fang)式集(ji)成在產品設計(ji)中：固定(ding)功(gong)能器件(jian)方(fang)案(an)；MCU觸(chu)(chu)摸(mo)軟件(jian)庫(Touch library)方(fang)案(an)。

       開發(fa)人(ren)員按不同(tong)產品設計(ji)的具體要(yao)求來選擇(ze)所需(xu)的觸摸功能和解決(jue)方案(an)。

       觸摸按鍵、滑塊和滑輪(lun)的典型使(shi)用環(huan)境(jing)見表1。

       典型(xing)的(de)電容(rong)性觸摸傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)通(tong)過各個通(tong)道連接至MCU。圖3所示為使(shi)用(yong)(yong)(yong)一(yi)個通(tong)道的(de)接近按鍵傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)、使(shi)用(yong)(yong)(yong)一(yi)個通(tong)道的(de)觸摸按鍵傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)和使(shi)用(yong)(yong)(yong)一(yi)組三個通(tong)道的(de)滑塊/滑輪傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)。MCU端(duan)口引(yin)腳(jiao)可(ke)用(yong)(yong)(yong)作觸摸傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)通(tong)道引(yin)腳(jiao)。

固定功能器件方案

       目前市場上提供(gong)的解(jie)決方(fang)案之一(yi)是(shi)固定(ding)(ding)功(gong)能(neng)觸(chu)(chu)摸(mo)(mo)器件，所謂“固定(ding)(ding)功(gong)能(neng)”是(shi)指(zhi)一(yi)組只(zhi)用(yong)于處理(li)觸(chu)(chu)摸(mo)(mo)傳感(gan)器的器件。因(yin)此(ci)，固定(ding)(ding)功(gong)能(neng)器件就是(shi)一(yi)種(zhong)專(zhuan)用(yong)的觸(chu)(chu)摸(mo)(mo)微控(kong)制器解(jie)決方(fang)案。固定(ding)(ding)功(gong)能(neng)觸(chu)(chu)摸(mo)(mo)器件可(ke)提供(gong)單通道或多通道支(zhi)持，其觸(chu)(chu)摸(mo)(mo)傳感(gan)器排列通常是(shi)按(an)照(zhao)用(yong)作(zuo)按(an)鍵(jian)、滑塊、滑輪還是(shi)這(zhe)些功(gong)能(neng)的固定(ding)(ding)組合而預先配置好的。

       固定功能器(qi)件一般(ban)會利用串行接(jie)口來(lai)向主(zhu)微控制器(qi)更新(xin)觸摸狀態信息(xi)，該接(jie)口通常(chang)是一個(ge)I2C兼容接(jie)口。或是采用SPI、USART和(he)位(wei)觸發(bit banging)等其它接(jie)口技術。固定功能器(qi)件的(de)觸摸狀態報告往往包(bao)括(kuo)接(jie)近按鍵或觸摸按鍵的(de)開(kai)關(ON/OFF)狀態，滑(hua)塊的(de)線性觸摸定位(wei)值(zhi)(zhi)，以及滑(hua)輪的(de)觸摸角(jiao)度(du)定位(wei)值(zhi)(zhi)。

       此外(wai)，固(gu)定功(gong)能觸(chu)摸(mo)(mo)(mo)器件(jian)還具有一項(xiang)額外(wai)的(de)(de)功(gong)能，即器件(jian)引(yin)腳(jiao)上可(ke)輸出(chu)頻(pin)閃和脈沖(chong)來(lai)顯示(shi)某(mou)種(zhong)結果(guo)，而無需(xu)采(cai)用(yong)串行接口。這意味著按鍵(jian)的(de)(de)開關(guan)狀(zhuang)態或滑塊、滑輪的(de)(de)位置信息并非固(gu)定功(gong)能觸(chu)摸(mo)(mo)(mo)器件(jian)唯一的(de)(de)輸出(chu)信息。而對(dui)這些數據進行二(er)級處理而獲(huo)得的(de)(de)二(er)級數據輸出(chu)，可(ke)以滿足應(ying)用(yong)的(de)(de)需(xu)求。例如，在電器的(de)(de)功(gong)率控制中，觸(chu)摸(mo)(mo)(mo)按鍵(jian)狀(zhuang)態信息可(ke)以轉換(huan)為一個經(jing)過(guo)編(bian)程的(de)(de)自動關(guan)斷延時，以觸(chu)發脈沖(chong)的(de)(de)形式輸出(chu)到器件(jian)的(de)(de)某(mou)個引(yin)腳(jiao)上，最后關(guan)斷電器。

        固(gu)(gu)定(ding)功能(neng)器件的(de)特性如(ru)下：是(shi)可用(yong)的(de)電(dian)容(rong)性觸(chu)摸(mo)解(jie)決方案(an)；固(gu)(gu)定(ding)功能(neng)微(wei)(wei)控(kong)制器可帶(dai)有在(zai)出(chu)廠已(yi)編程的(de)固(gu)(gu)件；相比微(wei)(wei)控(kong)制器觸(chu)摸(mo)軟(ruan)件庫(ku)方案(an)，把固(gu)(gu)定(ding)功能(neng)方案(an)集成(cheng)到產品(pin)設計(ji)中(zhong)所(suo)需(xu)的(de)工作量比較(jiao)小；輸出(chu)接口和傳感器排列方面的(de)用(yong)戶可配置性有限；因為是(shi)由主(zhu)微(wei)(wei)控(kong)制器完成(cheng)主(zhu)要(yao)的(de)應用(yong)任務(wu)，而加(jia)入固(gu)(gu)定(ding)功能(neng)觸(chu)摸(mo)器件旨在(zai)增加(jia)電(dian)容(rong)性觸(chu)摸(mo)支持，所(suo)以這種方案(an)需(xu)要(yao)在(zai)設計(ji)中(zhong)加(jia)入額(e)外(wai)的(de)微(wei)(wei)控(kong)制器。