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标题: NucleoF429 基础应用3：GPIO Touch Key（触摸按键）-1 [打印本页]

作者: look_w 时间: 2018-1-24 20:21 标题: NucleoF429 基础应用3：GPIO Touch Key（触摸按键）-1

这里先不说触摸（Touch）按键的优缺点，只从GPIO实现Touch Key的方法上来讲下这个Demo。Touch Key的实现方式有多种，效果和稳定性也相差很大。有些是硬件上专门做了设计，且有不少是有专利的。记得ST有支持Touch Key的型号，也有对应的库，但没用过。进入正题-->1、Touch Key 硬件原理：
Touch Key检测的原理网络上也有许多，方法各异，此文中的Touch Key 如下图：

实现原理是将Touch Pad 和人体等效为一个电容，Touch Pad的电容固定，和一个电阻并联到GND。IO输出High后，再转为Input，Touch Pad上的电荷通过电阻放电，只要Touch Pad的等效电容和电阻阻值不变，放电时间就是固定的。当有触摸时，人体等效电容相当于并联到了Touch Pad上，总的等效电容增大，放电时间增加，通过判断这个增加的“电容”大小，就能判断是否有触摸。如下图：红色的曲线为无触摸时的放电曲线，放电时间为t0，蓝色曲线为有触摸时的放电曲线，放电时间为t1，两者的差值为Δt。由Δt的大小可判断是否有触摸。VIL是IO读到低电平的阈值

下面是实际测量的电容放电波形：

可以看到，放电时间在10us左右（330K下拉电阻，有触摸时大概增加5us左右），这还是加了示波器探头的放电时间，如果不加探头，时间大概小一半，
下图是一个简易的Touch Pad。铜箔大小越1cm2，覆盖了透明胶带。下拉330K电阻，铜箔等效电容估计个位数pF。

以上是硬件方面和检测的原理。下面来看如何检测这个电容变化量？
2、Touch Key 软件原理：
   2.1、电路原理知道了，电容放电的波形也看到了，如何检测变化量呢？用ADC？有无触摸的电压变化量在mV级别，时间为us级别，用多大速度和分辨率的ADC暂且不管，主要是有很多MCU并不具备ADC模块，如果外接满足这个要求的ADC还不如用一颗触摸芯片来的简单。测量电压行不通，那就测量时间吧。（以下的方法可以等效为一个简易的ADC）
   上面有提到，有无触摸，放电波形会有5us的变化量。5us对于几十MHz的MCU来说能做太多事了。我这里采用的方法并不是采用中断，因为5us的变化量测量得需要上MHz的中断且获得的数据变化也不明显，所以我采用了do while（Loop）方式，IO输出High充电完成转为Input，通过电阻放电，直到IO读到低电平，在放电期间，放一个计数器，基本是以一条指令的时间来计数的，而且获得的数据变化量够大，便于后期计算，比如10MHz主频执行单周期指令计数，1us计数10次，5us计数50次，还可以连续做多次充放电，将计数累加，有无触摸就会有上百次的计数值变化，完全可以被检测出来。这是我的计数函数，在IO设置为Input后，查询IO是否为低，并且做计数，函数中连续做了16次累加，因为整个while循环中，执行while判断的时间是最长的，所以减少while判断可以计数更多的值，我的TouchKey是在PE0上，如果为High，计数值递增为1，如果换作其他IO时，在读到值之后做相应的移位，使每次递增为1即可，
/*----------------------------------------------------------------------------*/uint16_t Get_Touch_Value(void){  //HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_10,GPIO_PIN_SET);  Touch_Count = 0;  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0;  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;  HAL_GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStruct);  //while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOE,GPIO_PIN_0)) //2  while(GPIOE->IDR & GPIO_PIN_0) //1  {  Touch_Count +=(GPIOE->IDR & GPIO_PIN_0);  Touch_Count +=(GPIOE->IDR & GPIO_PIN_0);  Touch_Count +=(GPIOE->IDR & GPIO_PIN_0);  Touch_Count +=(GPIOE->IDR & GPIO_PIN_0);  Touch_Count +=(GPIOE->IDR & GPIO_PIN_0);  Touch_Count +=(GPIOE->IDR & GPIO_PIN_0);  Touch_Count +=(GPIOE->IDR & GPIO_PIN_0);  Touch_Count +=(GPIOE->IDR & GPIO_PIN_0);  Touch_Count +=(GPIOE->IDR & GPIO_PIN_0);  Touch_Count +=(GPIOE->IDR & GPIO_PIN_0);  Touch_Count +=(GPIOE->IDR & GPIO_PIN_0);  Touch_Count +=(GPIOE->IDR & GPIO_PIN_0);  Touch_Count +=(GPIOE->IDR & GPIO_PIN_0);  Touch_Count +=(GPIOE->IDR & GPIO_PIN_0);  Touch_Count +=(GPIOE->IDR & GPIO_PIN_0);  Touch_Count +=(GPIOE->IDR & GPIO_PIN_0);  }  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0;  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;  HAL_GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStruct);  HAL_GPIO_WritePin(GPIOE,GPIO_PIN_0,GPIO_PIN_SET);  //HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_10,GPIO_PIN_RESET);  return Touch_Count;}
2.2、因为手指本身有干扰，并且手指与Touch Pad的接触面积也不固定，导致增量时间时刻在变化，必须要经过滤波处理，如下图中的Touch按下部分，波形有杂波，在Touch隔离物较厚时，干扰问题会更严重且数据变化量较小，不经过滤波处理，误触发的几率会很大。

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