8.1 電容觸摸簡介

8.1.1 電容觸摸概述

隨著科技的發展，傳統的機械按鍵正在逐步從設備上面消失，這個原因主要有機械按鍵由于是采用機械接觸的方式，壽命比較短，從用戶體驗上看，機械按鍵也顯得操作復雜，對比現在的電容按鍵，電容按鍵具有壽命長，因為不存在機械接觸，占用空間少，以前的機械按鍵在設計外殼的時候需要考慮尺寸，現在換成電容按鍵后這個問題不再需要考慮。

8.1.2 檢測原理

常規的檢測方式一般是通過計算電容放電時間來判斷是否有手指按下，這是因為手指會與線路板的銅箔接觸面上產生電容效應，當手指沒有放在銅箔上的時候，銅箔與PCB之間存在雜散電容，這兩個狀態的電容值差別很大，檢測原理如下圖所示。

在檢測之前首先用開關將電容Cs里面的電荷放盡，然后此時CPU開始計算Cs的充電時間，這一部分是采用捕捉信號來測量，盡管單片機屬于數字電路，但是數字電路的邏輯電平也是有電壓限制的，比如在3.3V供電環境下，當電壓大于2.4V則被認為是邏輯電平1，當電壓小于0.4V則被認為是邏輯電平0，單片機的輸入捕獲功能來判斷輸入信號的電平是否為邏輯電平1，如果檢測到邏輯電平1，則認為電容此時充電達到了2.4V以上，將這個時間記錄下來，當手指放在銅箔上的時候，相當于增加了Cs的容值，此時我們繼續進行輸入捕獲采樣，將這個捕獲的時間記錄下來，兩個時間求差值，這個差值高于某個閾值的時候就可以認為此時手指按下了電容按鍵，用這種方式就可以實現虛擬按鍵的使用了。這種檢測原理實際是采用了在電路分析中學習到的RC電路的零狀態響應來實現的。根據RC電路的零狀態響應可以得出電容的充電公式為

其中Vc表示電容的充電電壓，VDD為RC電路的輸入電壓，R為電阻的阻值，C為充電電容的容值，通過這個公式我們可以反推得到充點電容的容值。也就是說我們可以利用這個公式實現電容的測量。

8.1.3 預備知識

首先我們在進行電容觸摸檢測的時候需要用到STM32的輸入捕獲功能，從這一章開始，關于寄存器文件的添加，驅動文件的添加不再作為重點，重點開始轉為程序的編寫及小算法的編寫。

輸入捕獲的工作原理如下圖所示。

首先設置定時器的輸入通道為上升沿捕獲，檢測到上升沿之后，將計數寄存器CNT中的數據存儲在CCRx1中并清空CNT的數據，然后設置定時器的輸入通道為下降沿捕獲，檢測到下降沿后將計數寄存器CNT中的數據存儲在CCRx2中并清空CNT的數據，此時將CCRx2的值與CCRx1的值做差值就可以得到1個波形中高電平的時間，由于這兩個數值獲取的過程中，會由于高電平時間過長導致定時器產生多次中斷，這個多次中斷的值記為N，此時高電平的時間計算公式如下所示：

其中M為定時器的計數周期，N為定時器的溢出次數，ARR為自動重裝載計數器的值，CCRx2為捕獲到的數據。

8.2 常用寄存器

8.2.1 捕獲/比較寄存器1：TIMx_CCMR1

ICxF[3:0]：輸入捕獲x濾波器（定義輸入采樣頻率及數字濾波器長度）

ICxPSC[1:0]：輸入/捕獲x預分頻器（一旦CCxE=0，則預分頻器復位）

00：每1個事件觸發一次捕獲

   01：每2個事件觸發一次捕獲

   10：每4個事件觸發一次捕獲

   11：每8個事件觸發一次捕獲

CCxS[1:0]：捕獲/比較x選擇（用于定義通道x輸入還是輸出）

00：輸出模式

   01：輸入模式，映射在TI1上

   10：輸入模式，映射在TI2上

   11：輸入模式，映射在TRC上，此模式引用于內部觸發器輸入被選中時

8.2.2 捕獲/比較使能寄存器：TIMx_CCER

CCxP：輸入/捕獲x輸入/輸出極性

通道在輸出模式下

0：高電平有效

   1：低電平有效

通道在輸入模式下

0：不反相，上升沿觸發

   1：反相，下降沿觸發

CCxE：輸入/捕獲x輸入/輸出使能

通道在輸出模式下

0：關閉輸出

   1：開啟輸出

通道在輸入模式下

0：禁止捕獲

   1：使能捕獲