前言

    在需要用戶界面的應(yīng)用方案中，傳統(tǒng)的機電開關(guān)正在被電容式觸摸感應(yīng)控制所替代。

    Sino wealth已經(jīng)開發(fā)了一套觸摸感應(yīng)軟件，使得任意一款8位的中穎微控制器都可以作為一個電容式觸摸按鍵控制器使用。通過對由一個電阻和觸摸電極電容組成的RC充放電時間的控制，該觸摸感應(yīng)軟件可以檢測到人手的觸摸。由于電極電容的改變，導(dǎo)致的RC充放電時間的改變，能夠被檢測出來，然后經(jīng)過濾波等，終通過專用的I/O端口。

    在BIOS設(shè)置中有關(guān)于是否更新微代碼

    Microcode Updation [Enabled] : Disabled/Enabled

    MCU（Micro Control Unit）中文名稱為微控制單元，又稱單片微型計算機（Single Chip Microcomputer）或者單片機，是指隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)及其發(fā)展，將計算機的CPU、RAM、ROM、定時計數(shù)器和多種I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片級的計算機，為不同的應(yīng)用場合做不同組合控制。

    1 RC感應(yīng)原理

    RC采樣原理就是通過測量觸摸電極電容的微小變化，來感知人體對電容式觸摸感應(yīng)器（按鍵、滾輪或者滑條）的觸摸。

    電極電容（C）通過一個固定的電阻（R）周期性地充放電。 電容值取決于以下幾個參數(shù)：電極面積（A），絕緣體相對介電常數(shù)，空氣相對濕度，以及兩個電極之間的距離（d）。電容值可由下列公式得出：

　　圖1:RC電壓檢測。

　　固定電壓施加在 ， 的電壓隨著電容值的變化而相應(yīng)增加或者降低， 如圖2所示。

　　圖2：測量充電時間。

    通過計算VOUT的電壓達到閥值VTH所需要的充電時間（TC），來得到電容值（C）。 在觸摸感應(yīng)應(yīng)用中，電容值（C）由兩部分組成：固定電容（電極電容，CX）和當(dāng)人手接觸或者靠近電極時，由人手帶來的電容（感應(yīng)電容，CT）。電極電容應(yīng)該盡可能的小，以保證檢測到人手觸摸。利用該原理，就可以檢測到手指是否觸摸了電極。

　　圖3：觸摸感應(yīng)。

    2 硬件實現(xiàn)

    圖4由R1，R2以及電容電極（CX）和手指電容（CT）并聯(lián)的電容（大約5pF） 形成一個RC網(wǎng)絡(luò)，通過對該RC網(wǎng)絡(luò)充放電時間的測量，可以檢測到人手的觸摸。 所有電極共享一個“負載I/O”引腳。電阻R1和R2盡量靠近MCU放置。電容R1（阻值在幾百歐到幾兆歐之間）是主要電容，用于調(diào)節(jié)觸摸檢測的靈敏度。

　　圖4：電容觸摸感應(yīng)實現(xiàn)實例。

    3 軟件實現(xiàn)

    充電時間測量原理

    為了保證健壯的電容觸摸感應(yīng)的應(yīng)用，充電時間的測量需要足夠的。

    采用一個簡單的定時器（無需IC功能）和一系列簡單的軟件操作，即定時地檢查感應(yīng)I/O端口上的電壓是否達到閥值。

    基本測量

    使用普通定時器進行充電時間的測量。對電容充電開始之前，定時器的計數(shù)器數(shù)值被記錄下來。當(dāng)采樣I/O端口上的電壓達到某個閥值（VTH）時，再次記錄定時器計數(shù)器的值。二者之差就是 充電或者放電的時間。

　　圖5：定時器計數(shù)器值。

　　過采樣

　　過采樣的目的是以CPU時鐘的，對輸入電壓達到高電平和低電平（VIH和VIL）的時間測量。 為了跨越所有的取值范圍，每次測量都比上測量延遲一個CPU時鐘周期的時間。 為了跨越所有的取值范圍，測量的次數(shù)是和MCU核相關(guān)的。圖6說明了這個概念的應(yīng)用情況。

　　圖6：輸入電壓測量。

　　輸入電壓測量的原理

　　為了提高在電壓和溫度變動情況下的穩(wěn)定性，對電極會進行連續(xù)兩次的測量：次測量對電容的充電時間，直到輸入電壓升至VIH。第二次測量電容的放電時間，直到輸入電壓降至VIL。下圖以及以下的表格詳細說明了對感應(yīng)電極（感應(yīng)I/O）和負載I/O引腳上的操作流程。

　　圖7：電容充放電時間測量。　

　　表2 電容充放電測量步驟

　　觸摸的效果

　　電極的電容值（CX）取決于以下幾個主要因素：電極的形狀、大小，觸摸感應(yīng)控制器到電極之間的 布線（尤其是地耦合），以及介電面板的材料和厚度。因此，RC充放電時間直接和CX有關(guān)。圖8說明了這種“觸摸的效果”。 時間（即達到了VIH電平的時刻）比長；同樣對于降至VIL電平的時間也比長。

　　圖8：觸摸效果實例。

　　多次測量以及高頻噪聲的去除

　　為了提高測量的度，并去除高頻噪聲，有必要對VIH和VIL進行多次的測量，然后再決定是否有按鍵被有效“觸摸”。

　　圖9：測量的種類。

　　注意：下圖說明了去除噪聲的實例。如果測量次數(shù)（N）設(shè)置為4，那么對一個電極的完整測量將包括4次正確的“連續(xù)組測量”（BGs）。

　　圖10：實例1。

　　圖11 顯示了有一些噪聲使得某些測量無效的情況（即r1和r2）。 在這個例子中，連續(xù)組測量BG3重復(fù)了好幾次，直到其中的所有測量都有效，該次組測量才算通過。這樣就需要較多的時間來完成完整的測量。

　　圖11：實例2。

　　圖12顯示了有很多噪聲，使得無效的組測量次數(shù)達到了限制（比如20）。這樣的話，整個電極測量都無效。這個例子中，達到了無效的組測量次數(shù)的限制，因此停止對該電極的測量。

　　圖12：實例3。