當(dāng)前位置:首頁(yè) > 電源 > 功率器件
[導(dǎo)讀]電容式感應(yīng)技術(shù)正在迅速成為面板操作和多媒體交互的全新應(yīng)用技術(shù),其耐用性和降低BOM成本方面的優(yōu)勢(shì),使這種技術(shù)在非接觸式操作界面上得到廣泛的應(yīng)用。本文采用PSoC片上系統(tǒng)

電容式感應(yīng)技術(shù)正在迅速成為面板操作和多媒體交互的全新應(yīng)用技術(shù),其耐用性和降低BOM成本方面的優(yōu)勢(shì),使這種技術(shù)在非接觸式操作界面上得到廣泛的應(yīng)用。本文采用PSoC片上系統(tǒng)芯片,實(shí)現(xiàn)了非接觸式、穩(wěn)定可靠的電容式感應(yīng)按鍵的設(shè)計(jì)。

1 PSoC片上系統(tǒng)

PSoC微處理器由處理器內(nèi)核、系統(tǒng)資源、數(shù)字系統(tǒng)和模擬系統(tǒng)組成。PSoC片上系統(tǒng)包含8個(gè)數(shù)字模塊和12個(gè)模擬模塊。這些模塊都可進(jìn)行配置,用戶(hù)通過(guò)對(duì)這些模塊進(jìn)行配置,定義出用戶(hù)所需要的功能。數(shù)字模塊可配置成定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、串行通信口(UARTS)、CRC發(fā)生器、PWM脈寬調(diào)制等功能模塊。模擬模塊可配置成模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、可編程增益放大器、可編程濾波器、差分比較器等功能模塊。數(shù)字模塊和模擬模塊也可構(gòu)成調(diào)制解調(diào)器、復(fù)雜的馬達(dá)控制器、傳感器信號(hào)的處理電路等[1]。

2 電容式感應(yīng)原理

電容開(kāi)關(guān)是一對(duì)相鄰電極,在電極之間有很小的電容。當(dāng)一個(gè)導(dǎo)體接近兩個(gè)電極時(shí),在電極與導(dǎo)體之間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)耦合電容。在這里,手指就是這個(gè)導(dǎo)體,通常電容開(kāi)關(guān)的形式是一邊接地的電容,導(dǎo)體的存在增加了開(kāi)關(guān)到地之間的電容。檢測(cè)是否有手指靠近,也就是檢測(cè)是否有按鍵按下,可依據(jù)電容的變化來(lái)判斷。檢測(cè)電容變化的方法有很多:電流與電壓相位差檢測(cè)、電容構(gòu)成振蕩器進(jìn)行頻率檢測(cè)、電容橋電荷轉(zhuǎn)換檢測(cè)。因?yàn)殡娙輼螂姾赊D(zhuǎn)換檢測(cè)的方法較適用于大量按鍵掃描和PSoC的性能,所以在此采用該方法進(jìn)行檢測(cè)[2]。

電荷轉(zhuǎn)換電路從概念上來(lái)說(shuō)與R-C充放電電路相似,如圖1所示。電荷轉(zhuǎn)移的優(yōu)點(diǎn)是不需要附加電阻器件。CP感應(yīng)的電容,它的值隨著電極材料上所加導(dǎo)體而改變。Csum是參考總電容。

在檢測(cè)周期開(kāi)始,通過(guò)一個(gè)復(fù)位開(kāi)關(guān)把Csum上的電荷全部放掉。然后通過(guò)單刀雙向開(kāi)關(guān)使Cp工作在非重迭的周期上。在第一半周,Cp連接到VDD充電。當(dāng)CP上的電荷以由CP值決定的速度充到VDD時(shí),開(kāi)關(guān)斷開(kāi),然后把開(kāi)關(guān)連接到Csum,Cp上的電荷轉(zhuǎn)移到Csum中[3]。

在圖1中,因?yàn)镃sum的電容值比Cp大得多,所以Csum上的電壓值在充電的每一周期內(nèi)只有微小的增加。這個(gè)Cp到Csum上的電荷轉(zhuǎn)換周期重復(fù)許多次,以使Csum上積累到一個(gè)大的信號(hào)值。當(dāng)連接到VDD時(shí),電容Cp上的電荷為:

不是Cp上的所有電荷都轉(zhuǎn)移到Csum中。當(dāng)Cp上的電壓跌落到Csum上的預(yù)存電壓時(shí),轉(zhuǎn)換便不再進(jìn)行。為檢測(cè)感應(yīng)的電容值是否有改變,可通過(guò)Cp-Csum的充放電方式,把Csum充到固定的閾值VTH,再計(jì)算到達(dá)這個(gè)閾值時(shí)的周期數(shù)。在任意采樣點(diǎn)n,Csum上的電壓值為:

圖2示出了充放電115ms后的電荷轉(zhuǎn)換波形。其充放頻率為6MHz,所以其轉(zhuǎn)換次數(shù)為700次。

式(2)很明顯是一個(gè)指數(shù)函數(shù),即電壓值Vsum為:

檢測(cè)Cp的變化率,可通過(guò)比較Vsum和VTH得到。即計(jì)算Vsum充到VTH時(shí)的充放電次數(shù)n:

當(dāng)手指靠近時(shí),Cp變成電極感應(yīng)電容和手指接近產(chǎn)生的耦合電容之和CF+P,所以Csum充電到閾值VTH的速度更快,充放電周期數(shù)n也就更?。?/p>

這樣,檢測(cè)是否有鍵按下就簡(jiǎn)化成了檢測(cè)周期數(shù)的變化率Δn=n-nF+P。當(dāng)Δn>nTH時(shí),表明有手指靠近。

3 電容式非接觸按鍵的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 電容式非接觸按鍵的硬件電路設(shè)計(jì)

電容式非接觸按鍵的硬件電路如圖3所示。該設(shè)計(jì)中,通過(guò)PSoC芯片CY8C2714循環(huán)檢測(cè)感應(yīng)電極的狀態(tài)來(lái)判斷是否有按鍵按下。該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單,感應(yīng)電極不需要附加任何元器件。I/O口P0.2-P0.6共連接4個(gè)按鍵感應(yīng)電極,芯片通過(guò)內(nèi)部硬件配置和軟件算法,對(duì)感應(yīng)電機(jī)上是否有手指按下進(jìn)行檢測(cè)。另外,PSoC芯片可外接ISSP接口實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)編程[4]。

3.2 電容式非接觸按鍵的軟件實(shí)現(xiàn)

非接觸按鍵的檢測(cè),須通過(guò)比較器、充電電流源和復(fù)位開(kāi)關(guān)組成一個(gè)張弛振蕩器,來(lái)對(duì)按鍵電極電容充放電。PSoC內(nèi)部用戶(hù)模塊配置如圖4所示。比較器占用一個(gè)模擬模塊。它的同相輸入端多路模擬開(kāi)關(guān)連接到I/O口上,反相輸入端接內(nèi)部參考電壓VBG作為電容充電閾值VTH,與同時(shí)輸入端進(jìn)行比較。輸出端連接比較邏輯輸出總線(xiàn)0??偩€(xiàn)與通用輸出口連通,再把通用輸出口4和通用輸入口4連接在一起,作為PWM的時(shí)鐘輸入線(xiàn)。PWM脈寬調(diào)制模塊占用1個(gè)數(shù)字模塊,其時(shí)鐘輸入連到比較器的輸出,PWM的輸出連接到定時(shí)器的捕獲腳。1個(gè)16位定時(shí)器占用2個(gè)數(shù)字模塊,對(duì)PWM輸出的脈沖進(jìn)行定時(shí)。

非接觸式感應(yīng)按鍵的實(shí)現(xiàn)過(guò)程為:首先設(shè)置I/O口的輸出驅(qū)動(dòng)模式,開(kāi)始掃描按鍵,把按鍵連接到模擬多通道輸入口,使能振蕩器。當(dāng)Cp上的電壓線(xiàn)性增加到閾值時(shí),比較器輸出高電平。刷新定時(shí)器和PWM的周期數(shù),重設(shè)計(jì)數(shù)值,置完成標(biāo)志位。當(dāng)掃描完成,停止PWM,定時(shí)器中斷服務(wù)完成。最后根據(jù)電容感應(yīng)原理,計(jì)算出定時(shí)器的周期數(shù)來(lái)判斷是否有按鍵按下。在本設(shè)計(jì)中,如式(5)所示,選取Csum值,使充放電周期數(shù)n=1000次時(shí),Vsum到達(dá)VTH。當(dāng)檢測(cè)到n F+P<800,即Δn>nTH=200時(shí),認(rèn)為有按鍵下。

結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)中,基于PSoC片上系統(tǒng)芯片的非接觸式感應(yīng)按鍵界面,有著非接觸、可靠和設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。這種方便、靈活的操作界面已在家電和控制系統(tǒng)中得到了應(yīng)用和推廣,所以關(guān)于電容式感應(yīng)按鍵技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)是嵌入式系統(tǒng)中的一個(gè)研究熱點(diǎn)。

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機(jī)構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀(guān)點(diǎn),本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實(shí)性等。需要轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系該專(zhuān)欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車(chē)的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫?dú)角獸公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國(guó)汽車(chē)技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車(chē)工程師從創(chuàng)意到認(rèn)證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車(chē)。 SODA V工具的開(kāi)發(fā)耗時(shí)1.5...

關(guān)鍵字: 汽車(chē) 人工智能 智能驅(qū)動(dòng) BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來(lái)越多用戶(hù)希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運(yùn)行,同時(shí)企業(yè)卻面臨越來(lái)越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險(xiǎn),如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報(bào)道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對(duì)日本游戲市場(chǎng)的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國(guó)國(guó)際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)開(kāi)幕式在貴陽(yáng)舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國(guó)國(guó)際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱(chēng),數(shù)字世界的話(huà)語(yǔ)權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機(jī) 衛(wèi)星通信

要點(diǎn): 有效應(yīng)對(duì)環(huán)境變化,經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)穩(wěn)中有升 落實(shí)提質(zhì)增效舉措,毛利潤(rùn)率延續(xù)升勢(shì) 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長(zhǎng) 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力 堅(jiān)持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運(yùn)營(yíng)商 數(shù)字經(jīng)濟(jì)

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺(tái)與中國(guó)電影電視技術(shù)學(xué)會(huì)聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會(huì)上宣布正式成立。 活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng) NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長(zhǎng)三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會(huì)上,軟通動(dòng)力信息技術(shù)(集團(tuán))股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)"軟通動(dòng)力")與長(zhǎng)三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉