一种基于PSoC的电容感应式触摸按键系统的设计与实现

发布时间：2020-08-13 01:00

【摘要】： 触摸按键只需要一个薄薄的铜箔层来做按键,所以它使按键厚度几乎为零。由于没有了按键的厚度和重量,易于实现超轻超薄的设计,成为当前消费类产品发展的一个方向。目前已经有的触摸按键的检测技术,包括:电阻性薄膜测量?场效应检测?和电容感应式检测。但是,电阻性薄膜测量和场效应检测这两种触摸检测技术都有一定的缺陷,譬如高成本,高损耗率等,不便于在消费类产品上大规模应用。电容感应式(CapSense)触摸按键检测技术,是最近才出现的一个新的研究方向,迄今为止还没有成熟的公开的设计方案。国外目前有采用ASIC芯片来实现电容感应检测,但是,采用ASIC芯片的实现方式,设计不够灵活且按键数目受限不易扩展。本论文基于PSoC(Programmable System on chip,可编程片上系统)这种通用芯片,采用软件和硬件相结合的设计方式,设计和实现了一个低成本,设计灵活而且易实现易扩展的电容感应式触摸按键系统,易于在消费类产品方向大批量应用和推广。本文首先了解和分析了电容感应的原理,也介绍了PSoC芯片的结构和特点。根据电容感应的原理,设计了系统的整体方案,并利用PSoC内部的硬件资源具体设计了硬件对感应电容的检测电路,研究并给出了该硬件系统的信号处理流程和算法。同时设计完成软件部分,包括设计软件系统的处理流程和按键判定算法。其中,通过采用输入模拟复用的设计,实现了按键的可扩展性;对软硬件采取模块化的设计,且预留出参数调整的接口,所以可以很方便的进行调试,升级,或者将该系统移植到其他类似应用上,充分保证了方案的易实现性。通过实验了解到,按键和周边PCB布局设计对感应电容和检测电路的输出结果都有直接的影响,所以通过大量实验,给出了他们相互关系的统计模型。并且通过测试,发现了在实际应用中可能出现的噪声干扰等问题,实验给出通过软件和硬件手段解决问题的方法。最后,通过实际应用对系统作了验证测试,并分析了本文研究的系统在滚动条和触摸板方面的衍伸应用的思路,对此项电容感应式触摸按键技术的发展方向提出了展望。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TP368.11
【图文】：

感应电容

第二章理论基础与分析本章将介绍电容感应检测的基本原理，作为第三章方案研因为本论文采用了基于 PSoC 的软硬件相结合的设计方式和特点是本文触摸按键系统实现的基础，所以也着重介绍了念和结构特点，以及它和其他 MCU 及 SoC 芯片的比较，有助设计和软硬件实现过程，和它的低成本易实现的特点。2.1 电容感应检测基本原理和分析电容感应检测的基本原理是：两个相邻的金属导体间会产用 PCB 上的铜箔做成按键形状,就形成一个电容性的开关。指触摸)会使电容性开关上的电容发生改变,会比平常时候的电容持续充放电和检测充电电压的改变, 即能检测到电容的导电元件的接入,即是否有手指触摸。

结构图,结构图,引脚

12图 2-2 PSoC 结构图Figure 2-2 PSoC architecturePSoC 核心包括 24MHz、4MIPS 的 8 位哈佛架构的 CPU，带有 16KB 程序存储，还带有 1KB 的 SRAM，可用于数据存储，此外还具备 2KB 的闪存仿真。PSoC GPIO 提供到 CPU、器件数字和模拟资源的连接。每个引脚的八个选项中进行选择，这就使外部接口具有极大的灵活度。每个引脚和低级系统中断，并能自上一次读之后进行改变。数字系统包括 4 个数字 PSoC 块。每个块都是 8 位资源，可单独使他块结合使用，形成 8 位、16 位、2 4 位和 32 位外围。数字块还可通线连接至 GPIO，将任何信号路由给任意引脚。数字块可任意配置成: 实计数器，CRC 校验, UART，SPI，IIC，红外通信等。这种可配置性使受到固定外围设控制器的限制。模拟系统包括 6 个可配置的块，每个块都具备运算放大器，可创信号流。模拟外设非常灵活，经过用户定制后可支持如下具体的应用要

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第三章设计与实现本章主要根据电容感应的原理，设计电容感应式触摸按键系统的系统方案, 并采用 PSoC 的软硬件结合的设计方式，具体实现了硬件和软件方案，包括按键的硬件设计，PSoC 内部的硬件检测电路设计和软件算法设计。在按键硬件设计部分，详细介绍了在设计和实现过程中需要注意的 PCB 布线和按键尺寸设计等设计细节和解决噪声干扰等问题的方法。3.1 电容感应式触摸按键系统的系统设计1、系统组成

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