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[麦麦茶水间] 【每周分享】使用CVD技术实现按键和滑条触摸控制

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 楼主| mxkw0514 发表于 2025-4-8 10:19 | 显示全部楼层 |阅读模式
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Touch, MCU, mplab, 嵌入式, 工业控制, Microchip
本帖最后由 mxkw0514 于 2025-4-11 09:39 编辑

#申请原创# @21小跑堂
触摸技术按照维度来分，有1D、2D和3D触摸技术（如图1），1D触摸技术的对象主要有按键、滑条、滑轮等；2D触摸技术的对象主要是触摸屏，是对x，y坐标的判断；3D触摸技术主要应用在手势的识别场景。


图1 Touch技术的分类

触摸技术根据工作原理来划分，包括自容式和互容式技术，自容式就是某个引脚自发自收，互容式技术是一个引脚激励另外一个引脚接受信号进行检测。


图2 自容和互容技术示意图

触摸技术基于检测的物理量来划分，涵盖了电阻式触摸、电感式触摸和电容式触摸技术等，目前来看，电容式技术是用得最多的，在低成本、高可靠性和干扰能力等方面有较大的优势。


图3 电容式静电场感应

目前很多通用型单片机内部都集成了Touch外设（如图4），在汽车电子、消费类电子和工业控制领域扮演者重要的角色，既降低了外部元器件的使用，缩小了PCB的尺寸，又减少了生产成本，提高了产品的竞争力和公司效益。

图4 通用MCU的Touch检测

刚好手上有一块DIP封装的PIC单片机，今天打算利用PIC单片机内部的Touch外设来做一个触摸按键和触摸滑条。PIC单片机的Touch外设是一个CVD（Capative Voltage Divide）电路，在早些年的PIC单片机中，就是一个HCVD外设，在最新的PIC单片机中，CVD电路被放在了ADCC外设中，不过就是PIC单片机中没有硬件CVD电路，只要有ADC外设，还是能基于官方的mTouch库实现软件CVD算法。既然谈到了CVD技术，那么就来简单介绍一下。

打开PIC单片机的数据手册，直接搜索CVD关键词，就能很快定位到CVD的框图，这个框图以及工作原理如图5所示。总的来说，就是利用外部等效触摸电容和内部采样电容之间的来回充放电，利用来回充放电的差分电压为触摸进行判断和检测。采样保持电容和外部触摸等效电容在一个周期的充放电波形图如图6所示。

图5 CVD技术原理

图6 CVD充放电波形示意图

使用示波器的探头捕捉了Touch Sensor上的实际充放电波形如图7所示，与图6中的外部等效电容的充放电波形示意图（红色虚线）基本一致。ADCC一次性在硬件上进行16次充放电并进行硬件上的处理计算，大大降低了软件上资源的消耗。

图7 实测CVD充放电波形图

今天使用手上的PIC单片机加一个Touch小板（如图8），来实现LED灯的触摸控制。Touch小板包含了两个Button和一个Wheel，该小板的PCB三维图如图9所示，如果想学习Touch的布局和布线，可以从官方网站下载这个PCB源文件。
图8 触摸控制电路板

图9 按键+滑条触摸小板

在熟悉了前面讲述的CVD的工作原理之后，就可以使用官方的mTouch库来编写程序了，首先，利用MPLAB的MCC插件（如图10）来建立Button和Wheel对象，编辑相应的Touch引脚，设置单片机的配置字，通过MCC插件生成底层代码。然后，基于MCC生成的Touch driver程序来编写应用层代码，实现对Button和Wheel触摸事件的检测和判断，实现对LED灯的控制；最后，利用MPLAB软件和PICkit工具对应用层程序调试、编译何下载。

图10 Touch外设的可视化配置界面

触摸事件检测和LED灯控制放在的主程序的While循环中，内层任务实现是采用轮询的机理。的仍无Button事件的判断和任务的处理使用了if和else语句，Whell事件的处理稍微复杂一点，主要是使用状态机对手在滑轮上的位置的检测和判断。
复制
  1. #include "mcc_generated_files/mcc.h"
    


  2. 

  3. void main(void)
    

  4. {
    

  5.     // initialize the device
    

  6.     SYSTEM_Initialize();
    


  7. 

  8.     // Enable the Global Interrupts
    

  9.     INTERRUPT_GlobalInterruptEnable();
    


  10. 

  11.     // Enable the Peripheral Interrupts
    

  12.     INTERRUPT_PeripheralInterruptEnable();
    


  13. 

  14.     while (1)
    

  15.     {
    

  16.         // Add your application code
    

  17.         if(MTOUCH_Service_Mainloop())
    

  18.         {
    

  19.             /* Button API*/
    

  20.             if (MTOUCH_Button_isPressed(0))
    

  21.             {
    

  22.                 /* process if button is pressed */
    

  23.                 /* LED_SetHigh();*/
    

  24.                 Button_LED1_SetLow() ;
    

  25.             }
    

  26.             else
    

  27.             {
    

  28.                 /* process if button is not pressed */
    

  29.                 /* LED_SetLow();*/
    

  30.                Button_LED1_SetHigh() ;
    

  31.             
    

  32.             }
    

  33.         }
    

  34.         
    

  35.         /* Button API*/
    

  36.         if (MTOUCH_Button_isPressed(1))
    

  37.         {
    

  38.             /* process if button is pressed */
    

  39.             /* LED_SetHigh();*/
    

  40.            Butto_LED2_SetLow() ;
    

  41.         }
    

  42.         else
    

  43.         {
    

  44.             /* process if button is not pressed */
    

  45.             /* LED_SetLow();*/
    

  46.            Butto_LED2_SetHigh() ;
    

  47.         }
    

  48.         
    

  49.         if(MTOUCH_Slider_isPositionChanged(0))
    

  50.         {
    

  51.             uint8_t sliderPostion = MTOUCH_Slider_Position_Get(0);
    

  52.             sliderPostion = sliderPostion >> 5;
    

  53.             // process slider position
    

  54.             switch(sliderPostion)
    

  55.             {
    

  56.                 case 0:
    

  57.                     Slider_LED1_SetHigh();
    

  58.                     Slider_LED2_SetHigh();
    

  59.                     Slider_LED3_SetHigh();
    

  60.                     Slider_LED4_SetHigh();
    

  61.                     Slider_LED5_SetHigh();
    

  62.                     Slider_LED6_SetHigh();
    

  63.                     break;
    

  64.                 case 1:
    

  65.                     Slider_LED1_SetHigh();
    

  66.                     Slider_LED2_SetHigh();
    

  67.                     Slider_LED3_SetHigh();
    

  68.                     Slider_LED4_SetHigh();
    

  69.                     Slider_LED5_SetLow();
    

  70.                     Slider_LED6_SetLow();
    

  71.                     break;
    

  72.                 case 2:
    

  73.                     Slider_LED1_SetHigh();
    

  74.                     Slider_LED2_SetHigh();;
    

  75.                     Slider_LED3_SetHigh();
    

  76.                     Slider_LED4_SetLow();
    

  77.                     Slider_LED5_SetLow();
    

  78.                     Slider_LED6_SetLow();
    

  79.                     break;
    

  80.                 case 3:
    

  81.                     Slider_LED1_SetHigh();
    

  82.                     Slider_LED2_SetHigh();
    

  83.                     Slider_LED3_SetHigh();
    

  84.                     Slider_LED4_SetLow();
    

  85.                     Slider_LED5_SetLow();
    

  86.                     Slider_LED6_SetLow();
    

  87.                     break;
    

  88.                 case 4:
    

  89.                     Slider_LED1_SetHigh();
    

  90.                     Slider_LED2_SetHigh();
    

  91.                     Slider_LED3_SetLow();
    

  92.                     Slider_LED4_SetLow();
    

  93.                     Slider_LED5_SetLow();
    

  94.                     Slider_LED6_SetLow();
    

  95.                     break;
    

  96.                 case 5:
    

  97.                     Slider_LED1_SetHigh();
    

  98.                     Slider_LED2_SetLow();
    

  99.                     Slider_LED3_SetLow();
    

  100.                     Slider_LED4_SetLow();
    

  101.                     Slider_LED5_SetLow();
    

  102.                     Slider_LED6_SetLow();
    

  103.                     break;
    

  104.                 case 6:
    

  105.                     Slider_LED1_SetLow();
    

  106.                     Slider_LED2_SetLow();
    

  107.                     Slider_LED3_SetLow();
    

  108.                     Slider_LED4_SetLow();
    

  109.                     Slider_LED5_SetLow();
    

  110.                     Slider_LED6_SetLow();
    

  111.                     break;
    

  112.                 case 7:
    

  113.                     break;
    

  114.                 default:
    

  115.                     Slider_LED1_SetHigh();
    

  116.                     Slider_LED2_SetHigh();
    

  117.                     Slider_LED3_SetHigh();
    

  118.                     Slider_LED4_SetHigh();
    

  119.                     Slider_LED5_SetHigh();
    

  120.                     Slider_LED6_SetHigh();
    

  121.                     break;
    

  122.             }
    

  123.             
    

  124.         }
    


  125. 

  126.     }
    

  127. }

按键和滑条触摸板的实现效果如下所示，编写的应用层的程序如下所示。Button每按下一次，控制一个LED灯的点亮；Whell从上到下划过，LED灯点亮的数量逐渐增加，往上划过，LED灯逐渐熄灭。



使用Touch调试助手可以获取单片机上传的触摸信号值，可以结合实际应用产品对Touch的相关参数进行设置和调试。从图11可以看到两个重要的参数，一个Deviation，是是实际的经过量化的信号值；另外一个是Threhold，这是事先设置的判断阈值，可以通过改变判断阈值来调节Touch的灵敏度。



图11 Touch调试助手


MCC插件生成的driver方便了用户的代码编写工作量，缩减了开发时间，但是研究一下CVD工作原理还是比较有意思的。由于本人水平有限，在Touch技术的分享上难免存在纰漏，希望专业领域内的朋友批评指正。





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21小跑堂 打赏了 80.00 元 2025-04-11
理由：恭喜通过原创审核！期待您更多的原创作品~~

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21小跑堂
从触摸识别的工作原理出发，借助PIC单片机内部的Touch外设和Touch调试助手开发滑条触摸控制。实现效果较好，原理介绍清晰。  发表于 2025-4-11 14:45

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wuliangu 发表于 2025-4-22 18:34 | 显示全部楼层
学习了, 感谢楼主的分享!
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