【连载】【ALIENTEK 战舰STM32开发板】STM32开发指南--第十六章 电容触摸按键实验

正点原子-90136

<span class="postbody" id="post_body_64888">第十六章电容触摸按键实验

上一章，我们介绍了STM32的输入捕获功能及其使用。这一章，我们将向大家介绍如何通过输入捕获功能，来做一个电容触摸按键。在本章中，我们将用TIM5的通道2（PA1）来做输入捕获，并实现一个简单的电容触摸按键，通过该按键控制DS1的亮灭。从本章分为如下几个部分：
16.1 电容触摸按键简介
16.2 硬件设计
16.3 软件设计
16.4 下载验证
16.1 电容触摸按键简介

触摸按键相对于传统的机械按键有寿命长、占用空间少、易于操作等诸多优点。大家看看如今的手机，触摸屏、触摸按键大行其道，而传统的机械按键，正在逐步从手机上面消失。本章，我们将给大家介绍一种简单的触摸按键：电容式触摸按键。
我们将利用战舰STM32开发板上的触摸按键（TPAD），来实现对DS1的亮灭控制。这里TPAD其实就是战舰STM32开发板上的一小块覆铜区域，实现原理如图16.1.1所示：

 

 
 

图16.1.1 电容触摸按键原理

       这里我们使用的是检测电容充放电时间的方法来判断是否有触摸，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则是有手指按下的时候，手指与TPAD之间形成的电容。图中的开关是电容放电开关（由实际使用时，由STM32的IO代替）。
       先用开关将Cs（或Cs+Cx）上的电放尽，然后断开开关，让R给Cs（或Cs+Cx）充电，当没有手指触摸的时候，Cs的充电曲线如图中的A曲线。而当有手指触摸的时候，手指和TPAD之间引入了新的电容Cx，此时Cs+Cx的充电曲线如图中的B曲线。从上图可以看出，A、B两种情况下，Vc达到Vth的时间分别为Tcs和Tcs+Tcx。
       其中，除了Cs和Cx我们需要计算，其他都是已知的，根据电容充放电公式：

Vc=V0*(1-e^(-t/RC))

       其中Vc为电容电压，V0为充电电压，R为充电电阻，C为电容容值，e为自然底数，t为充电时间。根据这个公式，我们就可以计算出Cs和Cx。利用这个公式，我们还可以把战舰开发板作为一个简单的电容计，直接可以测电容容量了，有兴趣的朋友可以捣鼓下。
       在本章中，其实我们只要能够区分Tcs和Tcs+Tcx，就已经可以实现触摸检测了，当充电时间在Tcs附近，就可以认为没有触摸，而当充电时间大于Tcs+Tx时，就认为有触摸按下（Tx为检测阀值）。
       本章，我们使用PA1(TIM5_CH2)来检测TPAD是否有触摸，在每次检测之前，我们先配置PA1为推挽输出，将电容Cs（或Cs+Cx）放电，然后配置PA1为浮空输入，利用外部上拉电阻给电容Cs(Cs+Cx)充电，同时开启TIM5_CH2的输入捕获，检测上升沿，当检测到上升沿的时候，就认为电容充电完成了，完成一次捕获检测。
在MCU每次复位重启的时候，我们执行一次捕获检测（可以认为没触摸），记录此时的值，记为tpad_default_val，作为判断的依据。在后续的捕获检测，我们就通过与tpad_default_val的对比，来判断是不是有触摸发生。
关于输入捕获的配置，在上一章我们已经有详细介绍了，这里我们就不再介绍。至此，电容触摸按键的原理介绍完毕。
16.2 硬件设计

本实验用到的硬件资源有：
1）  指示灯DS0和DS1
2）  定时器TIM5
3）  触摸按键TPAD
前面两个之前均有介绍，我们需要通过TIM5_CH2（PA1）采集TPAD的信号，所以本实验需要用跳线帽短接多功能端口（P14）的TPAD和ADC，以实现TPAD连接到PA1。如图16.2.1所示：

 

 
 

图16.2.1 TPAD与STM32连接原理图

       硬件设置（用跳线帽短接多功能端口的ADC和TPAD即可）好之后，下面我们开始软件设计。
 
16.3 软件设计

软件设计我们在之前的工程上面增加，首先在HARDWARE文件夹下新建TPAD的文件夹。然后打开USER文件夹下的工程，新建一个tpad.c的文件和tpad.h的头文件，保存在TAPD文件夹下，并将TPAD文件夹加入头文件包含路径。
我们在tpad.c里输入如下代码：
#define TPAD_ARR_MAX_VAL 0XFFFF  //最大的ARR值     
vu16 tpad_default_val=0;//空载的时候(没有手按下),计数器需要的时间
//初始化触摸按键
//获得空载的时候触摸按键的取值.
//systick:系统时钟频率
//返回值:0,初始化成功;1,初始化失败
u8 TPAD_Init(u8 systick)
{
       u16 buf[10];
       u16 temp;
       u8 j,i;
       TIM5_CH2_Cap_Init(TPAD_ARR_MAX_VAL,systick-1);//以1Mhz的频率计数
       for(i=0;iCRL|=0X00000030;       //复用功能输出      
       GPIOA->ODR&=~(1CNT=0;                          //归零    
       GPIOA->CRL&=0XFFFFFF0F;   //PA1  输入 
       GPIOA->CRL|=0X00000040;       //复用功能输出      
}
//得到定时器捕获值
//如果超时,则直接返回定时器的计数值.
//返回值：捕获值/计数值（超时的情况下返回）
u16 TPAD_Get_Val(void)
{                            
       TPAD_Reset();
       while((TIM5->SR&0X04)==0)//等待捕获上升沿
       {
              if(TIM5->CNT>TPAD_ARR_MAX_VAL-500)return TIM5->CNT;
//超时了,直接返回CNT的值
       };   
       return TIM5->CCR2;      
}       
//读取n次,取最大值
//n：连续获取的次数
//返回值：n次读数里面读到的最大读数值
u16 TPAD_Get_MaxVal(u8 n)
{
       u16 temp=0;
       u16 res=0;
       while(n--)
       {
              temp=TPAD_Get_Val();//得到一次值
              if(temp>res)res=temp;
       };
       return res;
} 
//扫描触摸按键
//mode:0,不支持连续触发(按下一次必须松开才能按下一次);1,支持连续触发(可以一直按下)
//返回值:0,没有按下;1,有按下;                                                                    
#define TPAD_GATE_VAL   80   
//触摸的门限值,也就是必须大于tpad_default_val+TPAD_GATE_VAL,才认为是有效触摸.
u8 TPAD_Scan(u8 mode)
{
       static u8 keyen=0;  //0,可以开始检测;>0,还不能开始检测      
       u8 res=0;
       u8 sample=3;         //默认采样次数为3次 
       u16 rval;
       if(mode)
       {
              sample=6;       //支持连按的时候，设置采样次数为6次
              keyen=0; //支持连按      
       }
       rval=TPAD_Get_MaxVal(sample);
       if(rval>(tpad_default_val+TPAD_GATE_VAL))
//大于tpad_default_val+TPAD_GATE_VAL,有效
       {                                       
             rval=TPAD_Get_MaxVal(sample);             
              if((keyen==0)&&(rval>(tpad_default_val+TPAD_GATE_VAL)))
//大于tpad_default_val+TPAD_GATE_VAL,有效
              {
                     res=1;
              }       
              //printf("r:%d\r\n",rval);                                                                         
              keyen=5;                      //至少要再过5次之后才能按键有效  
       }else if(keyen>2)keyen=2;   
//如果检测到按键松开,则直接将次数将为2,以提高响应速度
       if(keyen)keyen--;         
       return res;
}
//定时器2通道2输入捕获配置 
//arr：自动重装值
//psc：时钟预分频数
void TIM5_CH2_Cap_Init(u16 arr,u16 psc)
{
       //此部分需手动修改 IO口设置 
      RCC->APB1ENR|=1ARR=arr;               //设定计数器自动重装值//刚好1ms   
       TIM5-&gtSC=psc;                //预分频器,1M的计数频率

<span lang="EN-US">       TIM5->CCMR1|=1

zykzyk-93033

不错。

bigvan2012

学习了！！！谢谢！