嵌入式单片机基础篇（十一）之电容触摸按键

stm32F1电容触摸按键详解

1、RC充放电电路原理：
在这里插入图片描述

（1）如上图所示，当开关关闭时，电容经过电阻R充电，最开始的瞬间电流为最大值V1/R，随后随着Vt越来越大，电流变小，电容充电速度变慢，当V1=Vt时，电流为0
（2）RC电路充放电公式：Vt = V0+（V1-V0）* [1-exp(-t/RC)]
V0 为电容上的初始电压值；
V1 为电容最终可充到或放到的电压值；
Vt 为t时刻电容上的电压值。
R 为充电电阻
C 为电容容值
e 为自然底数
t 为充电时间
如果V0为0，也就是从0V开始充电。那么公式简化为：Vt= V1* [1-exp(-t/RC)]
结论：同样的条件下，电容值C跟时间值t成正比关系，电容越大，充电到达某个临界值的时间越长。
2、电容触摸按键原理：
在这里插入图片描述

R:外接电容充放电电阻。
Cs:TPAD和PCB间的杂散电容。
Cx:手指按下时，手指和TPAD之间的电容。
开关：电容放电开关，由STM32 IO口代替。
电容触摸按键原理简而言之就是，当手指按下触摸按键的时候，相当于充电电容增大，那么所需的充电时间就变长，根据电容充电时间的差异来判断是否按下了触摸按键
上图的开关作用是，当开关闭合时，电容放电，当开关断开时，电容充电。用IO口代替的话是需要先将IO口配置成推挽输出，再将IO口置低电平0，来实现电容放电，再将IO口配置成浮空输入，相当于断开开关，此时电容开始充电
3、程序实现：

触摸按键程序与原理#define TPAD_ARR_MAX_VAL 	0XFFFF	//最大的ARR值
vu16 tpad_default_val=0;//空载的时候(没有手按下),计数器需要的时间
第一步：初始化，也就是先放电后充电
void TPAD_Reset(void)
{GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);	 //使能PA端口时钟//设置GPIOA.1为推挽使出GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;				 //PA1 端口配置GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; 		 //推挽输出GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_1);						 //PA.1输出0,放电delay_ms(5);TIM_SetCounter(TIM5,0);		//归0TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_IT_CC2|TIM_IT_Update); //清除中断标志//设置GPIOA.1为浮空输入GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;	 //浮空输入GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
}
第二步：输入捕获，上升沿捕获
//定时器2通道2输入捕获配置
void TIM5_CH2_Cap_Init(u16 arr,u16 psc)
{GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure; TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;TIM_ICInitTypeDef  TIM5_ICInitStructure;RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM5, ENABLE);	 //使能TIM5时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);	 //使能PA端口时钟//设置GPIOA.1为浮空输入GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;				 //PA1 端口配置GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;	//速度50MHzGPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;	 //浮空输入GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);	 //设置为浮空输入//初始化TIM5  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设定计数器自动重装值   TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; 	//预分频器 	   TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //设置时钟分割:TDTS = Tck_timTIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式TIM_TimeBaseInit(TIM5, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位//初始化通道2 TIM5_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_2; //CC1S=01 	选择输入端 IC2映射到TI5上TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;	//上升沿捕获TIM5_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI; TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;	 //配置输入分频,不分频 TIM5_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x03;//IC2F=0011 配置输入滤波器 8个定时器时钟周期滤波TIM_ICInit(TIM5, &TIM5_ICInitStructure);//初始化I5 IC2TIM_Cmd(TIM5,ENABLE ); 	//使能定时器5
}
第三步，捕获时间，也就是从0开始到达上升沿的时间
u16 TPAD_Get_Val(void)
{				   TPAD_Reset();while(TIM_GetFlagStatus(TIM5, TIM_IT_CC2) == RESET)//等待捕获上升沿{if(TIM_GetCounter(TIM5)>TPAD_ARR_MAX_VAL-500)return TIM_GetCounter(TIM5);//超时了,直接返回CNT的值};	return TIM_GetCapture2(TIM5);	  
}
第四步，获取时间最大值
u16 TPAD_Get_MaxVal(u8 n)
{u16 temp=0;u16 res=0;while(n--){temp=TPAD_Get_Val();//得到一次值if(temp>res)res=temp;};return res;
}
第五步，获取未按下时的0到上升沿的时间，排序取中间平均
u8 TPAD_Init(u8 psc)
{u16 buf[10];u16 temp;u8 j,i;TIM5_CH2_Cap_Init(TPAD_ARR_MAX_VAL,psc-1);//以1Mhz的频率计数 for(i=0;i<10;i++)//连续读取10次{				 buf[i]=TPAD_Get_Val();delay_ms(10);	    }				    for(i=0;i<9;i++)//排序{for(j=i+1;j<10;j++){if(buf[i]>buf[j])//升序排列{temp=buf[i];buf[i]=buf[j];buf[j]=temp;}}}temp=0;for(i=2;i<8;i++)temp+=buf[i];//取中间的6个数据进行平均tpad_default_val=temp/6;if(tpad_default_val>TPAD_ARR_MAX_VAL/2)return 1;//初始化遇到超过TPAD_ARR_MAX_VAL/2的数值,不正常!return 0;		     	    					   
}
第六步，扫描并判断是否触摸按键
//mode:0,不支持连续触发(按下一次必须松开才能按下一次);1,支持连续触发(可以一直按下)
//返回值:0,没有按下;1,有按下;										  
#define TPAD_GATE_VAL 	100	//触摸的门限值,也就是必须大于tpad_default_val+TPAD_GATE_VAL,才认为是有效触摸.
u8 TPAD_Scan(u8 mode)
{static u8 keyen=0;	//0,可以开始检测;>0,还不能开始检测	 u8 res=0;u8 sample=3;		//默认采样次数为3次	 u16 rval;if(mode){sample=6;		//支持连按的时候，设置采样次数为6次keyen=0;		//支持连按	  }rval=TPAD_Get_MaxVal(sample); if(rval>(tpad_default_val+TPAD_GATE_VAL))//大于tpad_default_val+TPAD_GATE_VAL,有效{							 if(keyen==0)res=1;		//keyen==0,有效 //printf("r:%d\r\n",rval);		     	    					   keyen=3;				//至少要再过3次之后才能按键有效   } if(keyen)keyen--;		   							   		     	    					   return res;
}	
第七步，主函数int main(void){	u8 t=0;  	delay_init();	    	 //延时函数初始化	  NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级，2位响应优先级LED_Init();			     //LED端口初始化TPAD_Init(6);			//初始化触摸按键while(1){					  						  		 if(TPAD_Scan(0))	//成功捕获到了一次上升沿(此函数执行时间至少15ms){LED1=!LED1;		//LED1取反}t++;if(t==15)		 {t=0;LED0=!LED0;		//LED0取反,提示程序正在运行}delay_ms(10);}}