[51单片机]

CH554小封装低功耗USB触摸按键MCU

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东撒撒|  楼主 | 2017-3-22 17:19 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 东撒撒 于 2017-3-22 17:27 编辑

一、摘要
       CH554系列内置USB全速主从控制器和电容式触摸检测通道,可用于各种USB主机和设备应用;6通道触摸信号输入定时自动采样,最多支持互电容方式15个触摸按键,电容测量范围5pF-150pF,本文档主要关注触摸使用时的检测电路、触摸PCB画法和绝缘体选择等几个方面。
二、总体概述
    电容式开关主要是由2片相邻的电路极板构成,根据物理原理,2片极板之间会产生电容。如果手指等导体靠近这些极板,通道固有的电容会和手指与PCB产生的电容耦合。将手指置于触摸按键上时,电容量会升高;移开手指,电容量则会降低,通过测量电容量就可以判断手指的碰触。所以触摸按键使用关键点是电路构成,绝缘介质选择和软件处理。                                                                                                                                                                  1.png          
                                                      触摸按键固有电容   手指的耦合电容
    PCB固有电容主要包含2个部分,寄生电容和感应电容;寄生电容一般是由于PCB走线或者与其他器件之间相互关系产生的电容,一般是比较大的;感应电容是触摸按键PCB画图产生的电容(2pF~20pF);理论上应该尽量减小寄生电容,否则电容量超出测量范围,会导致无**常使用触摸按键,如何减小寄生电容在下文会提到。
(1)、检测模式:自电容和互电容方式
以CH554评估板画法为例;
自电容方式,通道对GND电容:
2.png
互电容方式,通道对通道电容:
3.png
PCB按键直连检测通道,无须添加其他器件,外围电路简单。原理图按照普通按键画法就可以,主要是PCB画图不同,原理图如下:
4.png
(2)、开关灵敏度影响因素
·尺寸、形状和在PCB上的开关放置位置。
·连接在PCB和使用者手指之间的材料。
·连接到开关与MCU之间连线参数。

上述这些条件,对触摸式感应开关的灵敏度都有直接的影响,因此必须正确设计感应开关。
(3)、触摸感应开关的PCB图形
下图给出了触摸感应开关的12种PCB设计图形。这些感应开关具有不同的形状与尺寸,我们将其排列成三列(A~C)、四行(1~4),其中A列与C列的尺寸是20mmX20mm,B列的尺寸是15mmX15mm。

注:数据来自网络,只是为了说明不同PCB对触摸按键电容的影响和大小对应关系,数值不做参考。
  
行/列
  
A
B
C
1
8.4
4.8
6.4
2
8.4
4.8
6.4
3
3.9
2.5
3.1
4
2.2
1.1
1.9
                         5.png                                           
在设计触摸感应电容时需要考虑两个主要因素,一个是感应电容的尺寸,另一个是其形状,当然与触摸开关上面覆盖的绝缘材料特性与厚度也有关系。
(4)、不同材料的影响

在许多产品中,PCB上的开关不能直接被使用者触摸到。从美观与对电路板的保护角度考虑,通常在PCB与使用者之间会隔着一层塑料或玻璃制品。
下表给出了在感应开关与使用手指之间采用不同材料、不同厚度对感应电容影响的百分比。
  
材料
  
介质常量
空气
1
木质
2
有机玻璃(亚克力)
3
ABS
4
玻璃(陶瓷)
6
玻璃(标准)
4.6~8.0
·开关PCB图形的设计,可以直接参考CH554评估板原理图。
·PCB与手指间的感应电容改变大小与使用材料薄厚有关。
·材料介质常数会直接影响触摸按键的感应电容。
·控制开关与其他电容之间的电容值,例如,走线或其他电容,在静态或动态时,使得MCU能直接检测到电容量的改变。
(5)、走线长度
另外一个重要因素是连接在触摸开关与MCU之间走线的长度对开关的影响作用。
走线越长对开关的寄生电容效用越明显,过大的寄生电容会使开关不能正常工作。如果寄生电容太大,当手指与触摸开关接触时,过大的寄生电容使MCU不能检测到开关状态的变化。通常,根据不同的开关图形与所用的材料不同,触摸开关感应电容一般在2~20PF。
在设计触摸感应开关系统时,一个比较安全的准则是感应电容量改变0.5%时,MCU能检测到。

(6)、供电电压VDD的影响
确保芯片供电稳定。
(7)、触摸感应开关设计
·触摸感应盘(即触摸感应电极)的面积越大,灵敏度越高,面积大小决定了最高灵敏度。为了保证足够的灵敏度,触摸盘建议一般设计为10mm*10mm以上。
·介质材料及厚度:介质的厚度越薄,灵敏度越高,介质材料的介质常量,空气最低,标准玻璃最高。
·PCB板触摸盘正面、背面不铺地,灵敏度有较大幅度提升,但同时降低了抗干扰能力。一般建议在保证灵敏度的情况下触摸盘周围铺地,以提高抗干扰能力。
·尽量保证各触摸走线长度一致。
·感应走线与铺地的距离d1至少保持1mm以上,感应走线与感应走线之间的间距保持在1mm以上,感应走线尽量避免与其它感应走线平行,防止触摸之间相互干扰。

·触摸盘与触摸盘边距保证在5mm以上。
6.png

三、硬件设计

        CH554触摸键盘扫描驱动电路,硬件如下图:
7.png
        CH554提供更小10脚贴片封装(MSOP10)

CH554是增强型51内核的全速(12Mbps)USB单片机,内置晶振,芯片外围也足够简洁。
8.png
芯片资源如下图:
9.png
四、软件设计
软件主要包括以下方面:

(1)、触摸功能开启
10.png
(2)、中断或查询按键检测
11.png
五、可拓展功能
六、应用场合

应用于各种消费电子触摸产品,如智能家居灯光控制开关,台灯控制开关等。



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dirtwillfly| | 2017-3-22 19:35 | 显示全部楼层
感谢分享

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WCHCN| | 2017-4-5 09:15 | 显示全部楼层
超高性价比,超小封装的 USB  DEVICE单片机 ,带触摸按键   最小封装为MSOP10,可以做进USB线中

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WCHCN| | 2017-4-5 09:19 | 显示全部楼层
CH554 触摸芯片已可提供测试板测试,有需求的可以直接联系球球索取,1258305301

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WCHCN| | 2017-9-19 10:06 | 显示全部楼层
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junyee| | 2017-10-1 07:17 | 显示全部楼层
低于1元 带USB的型号是哪个?

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siberan123| | 2017-10-16 16:30 | 显示全部楼层
junyee 发表于 2017-10-1 07:17
低于1元 带USB的型号是哪个?

上面有联系方式,问问看

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junyee| | 2017-10-17 15:35 | 显示全部楼层
siberan123 发表于 2017-10-16 16:30
上面有联系方式,问问看

问了,听说只是试样不要量,一副爱买不买的样子.
从此一生黑

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WCHCN| | 2017-10-21 09:52 | 显示全部楼层

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ddllxxrr| | 2017-10-21 10:07 | 显示全部楼层
好东东,以后键盘都是电路板了

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