【RC电路原理】
- 开关闭合,电容充电,直至电容两端电压=V1
- RC电路充放电公式:Vt = V0+(V1-V0)* [1-exp(-t/RC)]
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:Vt= V1* [1-exp(-t/RC)]
- 结论: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。
【电容触摸按键原理】
- R:外接电容充放电电阻。
① Cs:TPAD和PCB间的杂散电容。
(杂散电容:是电路中电子元件之间或电路模块之间,由于相互靠近所形成的电容)。
② Cx:手指按下时,手指和TPAD之间的电容。
③ 开关:电容放电开关,由STM32 IO口代替。 - 按键按下时,Cx与Cs并联,其总电容=Cx+Cs,电容值变大,充放电时间变长
检测电容触摸按键过程:
- 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(充电到底Vx,检测到上升沿)。
- 计算充电时间。
PS: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,就可以判断有按键按下。
【硬件连接】
【库函数】
说明:对于不同的平台,区别主要是定时器底层相关以及IO口初始化。
- void TPAD_Reset(void)函数:复位TPAD
设置IO口为推挽输出输出0,电容放电。等待放电完成之后,设置为浮空 输入,从而开始充电。同时把计数器的CNT设置为0。 - TPAD_Get_Val()函数:获取一次捕获值(得到充电时间)
复位TPAD,等待捕获上升沿,捕获之后,得到定时器的值,计算充电时间。 - TPAD_Get_MaxVal()函数:
多次调用TPAD_Get_Val函数获取充电时间。获取最大的值。 - TPAD_Init()函数:初始化TPAD
在系统启动后,初始化输入捕获。先10次调用TPAD_Get_Val()函数获取10次充电时间,然后获取中间N(N=8或者6)次的平均值,作为在没有电容触摸按键按下的时候的充电时 间缺省值 tpad_default_val。 - TPAD_Scan()函数:扫描TPAD
调用TPAD_Get_MaxVal函数获取多次充电中最大的充电时间,跟 tpad_default_val比较,如果大于某个阈值tpad_default_val+TPAD_GATE_VAL,则认为有触摸动作。 - void TIM5_CH2_Cap_Init(u16 arr,u16 psc)//输入捕获通道初始化
可以使用任何一个定时器。M3使用定时器5,M4使用的定时器2。
【程序思路】
【代码范例】
Tpad.c
#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.
//返回值:0,初始化成功;1,初始化失败
u8 TPAD_Init(u8 psc)
{
u16 buf[10];
u16 temp;
u8 j,i;
TIM5_CH2_Cap_Init(TPAD_ARR_MAX_VAL,psc-1);//以1Mhz的频率计数
for(i=0;i<10;i++)//连续读取10次
{
buf[i]=TPAD_Get_Val();
delay_ms(10);
}
for(i=0;i<9;i++)//排序
{
for(j=i+1;j<10;j++)
{
if(buf[i]>buf[j])//升序排列
{
temp=buf[i];
buf[i]=buf[j];
buf[j]=temp;
}
}
}
temp=0;
for(i=2;i<8;i++)temp+=buf[i];//取中间的6个数据进行平均
tpad_default_val=temp/6;
printf("tpad_default_val:%d\r\n",tpad_default_val);
if(tpad_default_val>TPAD_ARR_MAX_VAL/2)return 1;//初始化遇到超过TPAD_ARR_MAX_VAL/2的数值,不正常!
return 0;
}
//复位一次
void TPAD_Reset(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //使能PA端口时钟
//设置GPIOA.1为推挽使出
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1; //PA1 端口配置
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_1); //PA.1输出0,放电
delay_ms(5);
TIM_SetCounter(TIM5,0); //归0
TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_IT_CC2|TIM_IT_Update); //清除中断标志
//设置GPIOA.1为浮空输入
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING; //浮空输入
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
}
//得到定时器捕获值
//如果超时,则直接返回定时器的计数值.
u16 TPAD_Get_Val(void)
{
TPAD_Reset();
while(TIM_GetFlagStatus(TIM5, TIM_IT_CC2) == RESET)//等待捕获上升沿
{
if(TIM_GetCounter(TIM5)>TPAD_ARR_MAX_VAL-500)return TIM_GetCounter(TIM5);//超时了,直接返回CNT的值
};
return TIM_GetCapture2(TIM5);
}
//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 100 //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
{
if(keyen==0)res=1; //keyen==0,有效
//printf("r:%d\r\n",rval);
keyen=3; //至少要再过3次之后才能按键有效
}
if(keyen)keyen--;
return res;
}
//定时器2通道2输入捕获配置
void TIM5_CH2_Cap_Init(u16 arr,u16 psc)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_ICInitTypeDef TIM5_ICInitStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM5, ENABLE); //使能TIM5时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //使能PA端口时钟
//设置GPIOA.1为浮空输入
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1; //PA1 端口配置
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //速度50MHz
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING; //浮空输入
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //设置为浮空输入
//初始化TIM5
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设定计数器自动重装值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //预分频器
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //TIM向上计数模式
TIM_TimeBaseInit(TIM5, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
//初始化通道2
TIM5_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_2; //CC1S=01 选择输入端 IC2映射到TI5上
TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising; //上升沿捕获
TIM5_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;
TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1; //配置输入分频,不分频
TIM5_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x03;//IC2F=0011 配置输入滤波器 8个定时器时钟周期滤波
TIM_ICInit(TIM5, &TIM5_ICInitStructure);//初始化I5 IC2
TIM_Cmd(TIM5,ENABLE ); //使能定时器5
}
main.c
int main(void)
{
u8 t=0;
delay_init(); //延时函数初始化
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级,2位响应优先级
uart_init(115200); //串口初始化为115200
LED_Init(); //LED端口初始化
TPAD_Init(6); //初始化触摸按键
while(1)
{
if(TPAD_Scan(0)) //成功捕获到了一次上升沿(此函数执行时间至少15ms)
{
LED1=!LED1; //LED1取反
}
t++;
if(t==15)
{
t=0;
LED0=!LED0; //LED0取反,提示程序正在运行
}
delay_ms(10);
}
}