基于嵌入式技術的感應按鍵設計 (2)

3 硬件設計

基于ATmega48的感應按鍵，在硬件設計上非常簡單，每路按鍵只需要一個電阻和一個電容即可實現。通常情況下，感應電極一般以銅箔形式分布在印刷電路板上，可以根據具體的應用需要將感應電極設計成不同的尺寸和形狀。同時，采用金屬彈簧或者導電海綿等具有導電功能的介質，能夠將按鍵延伸到合適的長度或高度，如圖2所示。

圖2 采用金屬彈簧延伸的感應電極

圖3 硬件原理圖

典型應用情況下，采樣電容C1或C2采用22 nF，限流電阻R1或R2采用1 kΩ。但是實際應用系統(tǒng)中需要根據感應按鍵的靈敏度，對采樣電容的容值和限流電阻的阻值進行調整，以達到最佳效果。硬件原理圖如圖3所示。

4 函數庫安裝與軟件配置

要把ATmega48單片機的I/O口作為感應按鍵輸入口來使用，首先需要安裝QTouch函數庫Atmel_QTouch_Libraries，目前比較新的函數庫版本是4.3。安裝完畢后，需要將與單片機對應的庫文件加載到工程中。Atmel公司的集成開發(fā)環(huán)境AVR Studio提供了便捷的設置，新建一個工程后，可在Project→Configuration Options→Libraries界面中添加函數庫鏈接文件。

其次，需要對I/O口進行配置。在工程配置(Project→Configuration Options→Custom Options)界面設置相應的宏定義參數即可，如圖4所示。

圖4 AVR Studio工程配置界面

D_QTOUCH_：需要使用QTouch函數庫。

DSNSK=C和DSNS=C：表示將ATmega48 PC口設置為感應按鍵口。

DQT_NUM_CHANNELS=4：表示最大可用通道數量。

DQT_DELAY_CYCLES=1：表示采樣電容充放電周期時間。

另外，在應用系統(tǒng)源程序中需要加入庫函數的頭文件。代碼如下：

#include "touch_api.h"

5 系統(tǒng)應用

應用流程如圖5所示。在系統(tǒng)初始化之后，首先調用config_sensors()函數將需要的I/O口配置成感應按鍵的采樣口，并對各個感應按鍵的各個狀態(tài)進行初始化。然后是設置感應參數，這些參數包括按鍵校準閾值、正向漂移值、負向漂移值、最大連續(xù)感應時間等。最后，在應用系統(tǒng)的主程序中，需要周期地調用庫函數qt_measuer_channels()對感應信號進行測量，并檢測按鍵的狀態(tài)。

圖5 QTouch應用流程

需要注意的是，感應按鍵采集使用了系統(tǒng)的一個定時器中斷，因此，應用系統(tǒng)中的中斷程序會對其造成一定的影響。這就要求在按鍵感應的過程中，應用系統(tǒng)的中斷服務程序的處理時間越短越好。在電容感應工作的時候，中斷服務程序處理時間不應該超過1 ms，否則將嚴重影響感應按鍵的靈敏度，甚至會導致感應按鍵失靈。

應用系統(tǒng)程序如下：

int main( void ){

init_system();/*系統(tǒng)初始化*/

config_sensors();/*將I/O口配置成感應按鍵*/

qt_init_sensing();/*初始化感應傳感器*/

qt_set_parameters();/*感應參數設置*/

init_timer_isr();/*用于感應按鍵的定時器設置*/

qt_filter_callback = 0;/*濾波參數選擇*/

__enable_interrupt();/*使能定時器中斷*//*應用程序主循環(huán) */

while (1) {

if( time_to_measure_touch ) {

time_to_measure_touch = 0u; /*繼續(xù)下一個采集周期*/

qt_measure_sensors( current_time_ms_touch );/*感應檢測 */

}

KeyBuff = (qt_measure_data.qt_touch_status.sensor_states[0]);/*獲取感應按鍵狀態(tài)*/

……/*系統(tǒng)應用程序*/

}

}

6 結語

基于Atmel QTouch技術的嵌入式感應按鍵設計，簡化了設計難度，降低了系統(tǒng)的應用成本，節(jié)省了印刷電路板的尺寸空間，系統(tǒng)應用穩(wěn)定，可靈活應用于各類電子產品中。