常用电容触摸按键模块讲解

只看该作者 · 2019-3-31 10:32

电容触摸按键原理

RC充放电电路原理
在模拟及脉冲数字电路中，经常涉及RC电路。在这些电路中，根据电阻R和电容C的取值不同、输入和输出关系以及处理的波形之间的关系，产生了具有不同功能的RC电路，常见的电路应用包括微分电路、积分电路、耦合电路、滤波电路及脉冲分压器。RC电路在模拟电路、脉冲数字电路中得到广泛的应用。RC电路原理是模、数电的必备基础知识。

RC充放电电路如下图所示：

RC充放电电路原理讲解：

图中的开关起初处于开启的状态，电容器C上没有电荷，它两端的电压等于零。
当开关闭合时，压降V1通过R向电容器C充电。在电路接通的瞬间，电容器电压Vt=0，充电电流最大值等于V1/R。
随着电容器两极上电荷的积累，Vt逐渐增大，电阻器R上的电压VR=V1-Vc，充电电流i=(V1-Vc)/R，且随着时间的增大而越来越小，Vt的上升也越来越慢。当Vt=V1时，i=0，充电过程结束。
电容充电时间与电容大小关系
RC电路充放电公式：

Vt = V0+（V1-V0）* [1-exp(-t/RC)]

其中：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。

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)]

由此公式可以看出：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。

在同一副图中画出两条RC电路曲线，已知电容CB>CA，那么充电到达同一临界值Vth所用的时间关系为：TB>TA。

只看该作者 · 2019-3-31 10:34

电容触摸按键

电容触摸按键原理
这里是用的是检测电容充放电时间的方法来判断是否有接触，具体的原理图如下所示：

图中R是外接的电容充电电阻，Cs是没有触摸按下时TPAD与PCB之间的杂散电容。而Cx则是有手指触摸按下的时候，手指与TPAD之间形成的电容，这样的话，有手指触摸按下的时候，电容是Cx+Cs（电容并联相加）。

由之前RC电路的原理讲解，不同的电容，在其他的因素都相同的情况下，充电充电到达同一临界值时需要不同的时间的。电容越大，需要的时间越长。

只看该作者 · 2019-3-31 10:35

本帖最后由 LM莫于 2019-3-31 10:38 编辑

检测电容触摸按键过程
电容触摸按键模块中，电容放电开关，由STM32的IO口代替。具体的电路图如下：

由此可以得到检测电容触摸按键是否被按下的过程：

TPAD引脚设置为推挽输出，输出0，实现电容放电到0。
TPAD引脚设置为浮空输入（IO复位后的状态）,电容开始充电。
同时开启TPAD引脚的输入捕获开始捕获。
等待充电完成（充电到达Vth,检测到上升沿）。
计算充电时间。
输入捕获部分的内容，可以参考学习：【STM32】通用定时器的输入捕获（实例：输入捕获）。

判断依据：没有按下的时候，充电时间为T1（default)。按下TPAD，电容变大，所以充电时间为T2。我们可以通过检测充放电时间，来判断是否按下。如果T2-T1大于某个值（阈值），就可以判断有按键按下。

只看该作者 · 2019-4-26 19:49

通过检测电容的变化量来判断是否有按下