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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)解決方案(an)都是這些領域的(de)首選(xuan)人機(ji)界面(mian)。穩健(jian)可靠的(de)電(dian)(dian)容性(xing)觸摸解決方案(an)正(zheng)在(zai)取(qu)代傳統的(de)電(dian)(dian)阻性(xing)滑塊(kuai)、機(ji)械(xie)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(ji)于“電荷(he)轉移”的(de)電容性觸摸捕獲(huo)可采(cai)用下列兩種方法(fa)來(lai)實現(xian)。

第一(yi)(yi)種方案是將一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)電(dian)(dian)容未知(zhi)的(de)感測電(dian)(dian)極充(chong)電(dian)(dian)至已知(zhi)電(dian)(dian)勢。該電(dian)(dian)極通常(chang)是PCB板上的(de)一(yi)(yi)塊銅區(qu)域。最(zui)終(zhong)電(dian)(dian)荷(he)(he)會(hui)被轉移(yi)到一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)測量電(dian)(dian)路。在完成一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)或多個(ge)(ge)(ge)“充(chong)電(dian)(dian)與轉移(yi)”周期后對電(dian)(dian)荷(he)(he)進行測量，可以確定(ding)感測板的(de)電(dian)(dian)容。把手指(zhi)放(fang)在觸摸(mo)表面會(hui)產生(sheng)外部電(dian)(dian)容，因(yin)而影(ying)響(xiang)接(jie)觸點的(de)電(dian)(dian)荷(he)(he)流(liu)。這就是一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)觸摸(mo)操作。

第二種(zhong)方案(an)采用了(le)一(yi)(yi)對感測電(dian)(dian)(dian)(dian)極：一(yi)(yi)個(ge)是(shi)發射(she)(she)電(dian)(dian)(dian)(dian)極，由(you)邏(luo)輯(ji)脈沖電(dian)(dian)(dian)(dian)荷(he)以(yi)間歇模式來驅動；另(ling)一(yi)(yi)個(ge)是(shi)接收電(dian)(dian)(dian)(dian)極，經(jing)由(you)覆蓋板電(dian)(dian)(dian)(dian)介質與發射(she)(she)極耦合(he)。當手指觸摸(mo)覆蓋板時(shi)，場耦合(he)減小(xiao)，觸摸(mo)因此被(bei)檢測到(dao)。這種(zhong)驅動、接收和(he)處理(li)邏(luo)輯(ji)被(bei)內置在微控制器(MCU)中，故只需(xu)極少(shao)的外部組件(jian)。

兩種方案(an)都有其獨(du)特(te)的(de)優勢，分(fen)別(bie)適合特(te)定(ding)的(de)應用。

觸摸功能

       來(lai)自基于“電荷轉移”的電容性觸(chu)(chu)摸(mo)(mo)捕獲方案(an)的觸(chu)(chu)摸(mo)(mo)功能可以分為(wei)觸(chu)(chu)摸(mo)(mo)屏、觸(chu)(chu)摸(mo)(mo)按鍵、滑塊和(he)滑輪。

       觸(chu)摸(mo)(mo)屏功能支持(chi)無限次數的觸(chu)摸(mo)(mo)，極大地改(gai)(gai)善了用戶(hu)體驗，并改(gai)(gai)變了用戶(hu)與電子產品的交互方式。內置的手(shou)勢以及能夠(gou)忽略無意(yi)識(shi)操作使(shi)得用戶(hu)界面(mian)既直(zhi)觀又可靠(kao)。觸(chu)摸(mo)(mo)屏能夠(gou)識(shi)別手(shou)寫筆(bi)、指甲和手(shou)套(tao)的觸(chu)摸(mo)(mo)，為手(shou)持(chi)設備提供了簡便的文(wen)本(ben)輸入方式。

       觸(chu)摸(mo)(mo)(mo)按鍵(jian)、滑(hua)塊和滑(hua)輪一(yi)(yi)般適用(yong)(yong)于(yu)單個用(yong)(yong)戶觸(chu)摸(mo)(mo)(mo)，并采用(yong)(yong)算法來確定觸(chu)摸(mo)(mo)(mo)狀態和位置，它與信(xin)號強度無(wu)關，這一(yi)(yi)特性使得觸(chu)摸(mo)(mo)(mo)檢測(ce)精確可靠。觸(chu)摸(mo)(mo)(mo)按鍵(jian)、滑(hua)塊和滑(hua) 輪 功(gong)能可以(yi)兩種(zhong)方式集成在產品設計中(zhong)：固定功(gong)能器件(jian)方案；MCU觸(chu)摸(mo)(mo)(mo)軟件(jian)庫(ku)(Touch library)方案。

       開發人員按(an)不同產(chan)品設計的(de)具體要求(qiu)來選擇所需的(de)觸摸功能和解決方案。

       觸摸按鍵(jian)、滑塊(kuai)和滑輪的典型(xing)使(shi)用環境(jing)見表1。

       典型的電(dian)容(rong)性(xing)觸摸傳感(gan)器(qi)通過各個(ge)通道(dao)(dao)(dao)連接(jie)至MCU。圖3所示為使(shi)用一(yi)(yi)個(ge)通道(dao)(dao)(dao)的接(jie)近按鍵傳感(gan)器(qi)、使(shi)用一(yi)(yi)個(ge)通道(dao)(dao)(dao)的觸摸按鍵傳感(gan)器(qi)和使(shi)用一(yi)(yi)組三個(ge)通道(dao)(dao)(dao)的滑塊/滑輪傳感(gan)器(qi)。MCU端口引(yin)腳可用作(zuo)觸摸傳感(gan)器(qi)通道(dao)(dao)(dao)引(yin)腳。

固定功能器件方案

       目前市場上(shang)提供的解決方案之一是(shi)(shi)(shi)固定功(gong)(gong)能(neng)(neng)觸(chu)摸器(qi)件(jian)，所謂“固定功(gong)(gong)能(neng)(neng)”是(shi)(shi)(shi)指(zhi)一組只用(yong)于(yu)處理觸(chu)摸傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)的器(qi)件(jian)。因此，固定功(gong)(gong)能(neng)(neng)器(qi)件(jian)就(jiu)是(shi)(shi)(shi)一種(zhong)專(zhuan)用(yong)的觸(chu)摸微(wei)控制器(qi)解決方案。固定功(gong)(gong)能(neng)(neng)觸(chu)摸器(qi)件(jian)可(ke)提供單通(tong)道(dao)或多通(tong)道(dao)支(zhi)持，其觸(chu)摸傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)排列通(tong)常是(shi)(shi)(shi)按照用(yong)作按鍵、滑(hua)塊、滑(hua)輪還是(shi)(shi)(shi)這些(xie)功(gong)(gong)能(neng)(neng)的固定組合而預(yu)先配置好的。

       固定(ding)功能器(qi)件(jian)一般(ban)會利用串行(xing)接口(kou)來向主微控制(zhi)器(qi)更新觸(chu)(chu)摸(mo)狀態(tai)信息，該接口(kou)通(tong)常是(shi)一個I2C兼容接口(kou)。或是(shi)采(cai)用SPI、USART和(he)位觸(chu)(chu)發(bit banging)等(deng)其它接口(kou)技術。固定(ding)功能器(qi)件(jian)的觸(chu)(chu)摸(mo)狀態(tai)報告往往包括接近(jin)按鍵或觸(chu)(chu)摸(mo)按鍵的開關(guan)(ON/OFF)狀態(tai)，滑塊的線(xian)性觸(chu)(chu)摸(mo)定(ding)位值(zhi)，以(yi)及滑輪(lun)的觸(chu)(chu)摸(mo)角(jiao)度定(ding)位值(zhi)。

       此外，固定(ding)功(gong)(gong)能(neng)(neng)觸(chu)摸器件(jian)(jian)還具有一(yi)項額外的(de)功(gong)(gong)能(neng)(neng)，即器件(jian)(jian)引(yin)腳上可(ke)(ke)輸(shu)出頻閃和脈沖來顯示某種(zhong)結果，而(er)(er)無需(xu)采用串行接口(kou)。這意味著按(an)鍵(jian)的(de)開關狀態(tai)或滑塊、滑輪的(de)位置(zhi)信(xin)息(xi)并非固定(ding)功(gong)(gong)能(neng)(neng)觸(chu)摸器件(jian)(jian)唯一(yi)的(de)輸(shu)出信(xin)息(xi)。而(er)(er)對這些(xie)數據進行二級處理而(er)(er)獲得的(de)二級數據輸(shu)出，可(ke)(ke)以(yi)滿(man)足應用的(de)需(xu)求(qiu)。例如(ru)，在電(dian)器的(de)功(gong)(gong)率控制中，觸(chu)摸按(an)鍵(jian)狀態(tai)信(xin)息(xi)可(ke)(ke)以(yi)轉換(huan)為(wei)一(yi)個經過(guo)編程的(de)自動關斷延時，以(yi)觸(chu)發脈沖的(de)形式輸(shu)出到器件(jian)(jian)的(de)某個引(yin)腳上，最(zui)后關斷電(dian)器。

        固定(ding)(ding)功(gong)(gong)能(neng)器(qi)(qi)件的(de)特性(xing)如下(xia)：是(shi)(shi)可(ke)用的(de)電(dian)(dian)容性(xing)觸摸解決方(fang)案；固定(ding)(ding)功(gong)(gong)能(neng)微(wei)控(kong)(kong)制(zhi)器(qi)(qi)可(ke)帶有在出(chu)廠已(yi)編程的(de)固件；相比微(wei)控(kong)(kong)制(zhi)器(qi)(qi)觸摸軟件庫方(fang)案，把固定(ding)(ding)功(gong)(gong)能(neng)方(fang)案集成到產品(pin)設計(ji)中所(suo)需(xu)的(de)工作量比較小；輸出(chu)接口和傳感器(qi)(qi)排列方(fang)面的(de)用戶(hu)可(ke)配(pei)置性(xing)有限；因為是(shi)(shi)由主微(wei)控(kong)(kong)制(zhi)器(qi)(qi)完(wan)成主要的(de)應用任務，而(er)加入固定(ding)(ding)功(gong)(gong)能(neng)觸摸器(qi)(qi)件旨在增加電(dian)(dian)容性(xing)觸摸支持，所(suo)以這種方(fang)案需(xu)要在設計(ji)中加入額外的(de)微(wei)控(kong)(kong)制(zhi)器(qi)(qi)。