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前言
我没有独立的电容触摸按键模块，所以使用正点原子STM32F103ZET6精英版开发板上的电容触摸按键。采用STM32F103C8T6检测电容触摸按键，代码为正点原子精英版开发板移植。
电容触摸按键原理
RC充放电电路原理：
开关闭合瞬间，两端有电压差，有电流流过，电容开始充电，某一时刻充满
RC电路充放电公式:
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。那么公式简化为：
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
电容充电时间与电容大小关系：
B电容值>A电容值
R:外接电容充放电电阻。
Cs:TPAD和PCB间的杂散电容。
Cx:手指按下时，手指和TPAD之间的电容。
开关：电容放电开关，由STM32 IO口代替
摘自ALIENTEK手册
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)。
我们使用 PA6(TIM3 CH1)来检测 TPAD 是否有触摸，在每次检测之前，我们先配置PA6 为推挽输出，将电容 Cs(或 Cs+Cx)放电，然后配置 PA6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 TIM3 CH1 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 defaut 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。
硬件接线
| STM32F103C8T6 | 电容触摸按键 |
| PA6 | TPAD |
| GND | GND |
| 可独立供电，也可单片机给电容触摸按键供电 | |
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Vx,检测到上升沿）。
- 计算充电时间。
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。
驱动代码
代码结构
tpad.h
#ifndef __TPAD_H
#define __TPAD_H
extern uint16_t tpad_default_val;
void TPAD_Reset(void);
uint16_t TPAD_Get_Val(void);
uint16_t TPAD_Get_MaxVal(uint8_t n);
uint8_t TPAD_Init(uint8_t psc);
uint8_t TPAD_Scan(uint8_t mode);
void TIM3_CH1_Cap_Init(uint16_t arr,uint16_t psc);
#endif
tpad.c
#include "stm32f10x.h"
#include "tpad.h"
#include "delay.h"
#include "OLED.h"
#define TPAD_ARR_MAX_VAL 0XFFFF //最大的ARR值
uint16_t tpad_default_val; //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.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(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
*/
//返回值:0,初始化成功;1,初始化失败
uint8_t TPAD_Init(uint8_t psc)
{
uint16_t buf[10];
uint16_t temp;
uint8_t i,j;
TIM3_CH1_Cap_Init(TPAD_ARR_MAX_VAL, psc-1);//主函数设置以12MHz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++)//冒泡排序
{
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;
OLED_ShowNum(1, 1, tpad_default_val,6);
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.6为推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6; //PA6 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_6); //PA.6输出0,电容放电
Delay_ms(5);//等放电完成
TIM_SetCounter(TIM3, 0); //归0
TIM_ClearFlag(TIM3, TIM_FLAG_CC1); //清除捕获标志，为下次检查该标志位做准备
//设置GPIOA.6为浮空输入
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; //浮空输入，电容充电
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
}
//得到定时器捕获值，得到充电时间
//如果超时,则直接返回定时器的计数值.
uint16_t TPAD_Get_Val(void)
{
TPAD_Reset();
while(TIM_GetFlagStatus(TIM3, TIM_IT_CC1) == RESET)//等待捕获上升沿
{
if(TIM_GetCounter(TIM3) > TPAD_ARR_MAX_VAL-500) return TIM_GetCounter(TIM3);//超时了,直接返回CNT的值
};
return TIM_GetCapture1(TIM3);
}
//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
uint16_t TPAD_Get_MaxVal(uint8_t n)
{
uint16_t temp = 0;
uint16_t 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.
/*
调用TPAD Get MaxVal函数获取多次充电中最大的充电时间，跟tpad defaut val比较，如果大于某个闽值tpad default val+TPAD GATE VAL,则认为有触摸动作。
*/
uint8_t TPAD_Scan(uint8_t mode)
{
static uint8_t keyen = 0; //0,可以开始检测;>0,还不能开始检测
uint8_t res = 0;
uint8_t sample = 3; //默认采样次数为3次
uint16_t 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3通道1输入捕获配置
void TIM3_CH1_Cap_Init(uint16_t arr, uint16_t psc)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_ICInitTypeDef TIM3_ICInitStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); //使能TIM3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_6; //PA6 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TIM3
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(TIM3, &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1
TIM3_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1; //CC1S=01 选择输入端 IC1映射到TI3上
TIM3_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising; //上升沿捕获
TIM3_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;
TIM3_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1; //配置输入分频,不分频
TIM3_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x03;//IC1F=0011 配置输入滤波器 8个定时器时钟周期滤波
TIM_ICInit(TIM3, &TIM3_ICInitStructure);//初始化I3 IC1
TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); //使能定时器3
}
main.c
定时器计数频率越高按键的灵敏度越高
#include "stm32f10x.h"
#include "Delay.h"
#include "tpad.h"
#include "LED.h"
#include "OLED.h"
uint8_t Num;
int main(void)
{
OLED_Init();
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_Turn(); //LED1取反
Num++;
OLED_ShowNum(2, 1, Num, 5);
}
Delay_ms(10);
}
}
按键扫描函数
支持连按模式
检测不到按键被按时，两个if不执行，返回0，没有按下；第一次检测到按键按下时，两个if都执行，res = 1，keyen=3，keyen之后为2，返回1，按键按下。 不松手，再次进入扫描按键函数，会和第一次检测到按键按下一样，keyen为2，返回1，按键按下。
uint8_t TPAD_Scan()
{
static uint8_t keyen = 0; //0,可以开始检测;>0,还不能开始检测
uint8_t res = 0;
uint8_t sample = 3; //默认采样次数为3次
uint16_t rval;
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
{
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;
} 不支持连按模式
检测不到按键被按时，三个个if不执行，返回0，没有按下；第一次检测到按键按下时，三个个if都执行，res = 1，keyen=3，keyen之后为2，返回1，按键按下。 不松手，再次进入扫描按键函数时，keyen为2，两个外面if都执行，res=1，不执行，keyen=3，keyen之后为2。一直不松手，res一直为0，keyen为2。只有按下之后再松手，进入该函数直到keyen为0之后，才开始检测
uint8_t TPAD_Scan()
{
static uint8_t keyen = 0; //0,可以开始检测;>0,还不能开始检测
uint8_t res = 0;
uint8_t sample = 3; //默认采样次数为3次
uint16_t rval;
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;
}