?MSP430電容觸摸?是指使用MSP430微控制器(MCU)實(shí)現(xiàn)的電容觸摸感應(yīng)技術(shù)。MSP430系列MCU以其低功耗和豐富的外設(shè)模塊著稱，特別適用于電容觸摸應(yīng)用。其中，MSP430FR2512是一款超低功耗的MCU，采用CapTIvate?觸摸技術(shù)，適用于1至16個(gè)電容式按鈕或接近感應(yīng)功能的成本敏感型應(yīng)用?1。

MSP430電容觸摸技術(shù)主要通過感知電容的變化來檢測(cè)手指的接近或觸摸動(dòng)作。當(dāng)手指觸摸電極時(shí)，電極上的電容值會(huì)發(fā)生變化，這種變化可以通過MCU內(nèi)部的檢測(cè)電路捕捉和測(cè)量。例如，PIN Relaxation Oscillator方式通過測(cè)量震蕩頻率的變化來判斷觸摸事件的發(fā)生?2。

MSP430電容觸摸技術(shù)廣泛應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品中，從小型電燈開關(guān)到大型平板電腦、觸摸桌等。其低功耗和簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)的特性使得它在需要人機(jī)交互且對(duì)功耗有嚴(yán)格要求的設(shè)備中尤為適用?2。MSP430電容觸摸技術(shù)的優(yōu)勢(shì)低功耗?：MSP430系列MCU在觸摸喚醒狀態(tài)下功耗極低，僅為4 μA，而在休眠狀態(tài)下更是可以達(dá)到36 nA?1?？垢蓴_能力強(qiáng)?：支持金屬觸摸和防水設(shè)計(jì)，能夠抵抗電磁干擾、油、水和油脂等環(huán)境影響?1設(shè)計(jì)靈活?：支持自電容和互電容電極的混合使用，能夠?qū)崿F(xiàn)多點(diǎn)觸控功能?1。?易于使用?：CapTIvate Design Center提供了PC GUI，工程師可以無需編寫代碼即可實(shí)時(shí)設(shè)計(jì)和調(diào)整電容式按鈕?1。

電容觸摸技術(shù)作為一種實(shí)用、時(shí)尚的人機(jī)交互方式，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到各種電子產(chǎn)品，小到電燈開關(guān)，大到平板電腦、觸摸桌等。隨之而來的是考驗(yàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)者如何發(fā)揮智慧，在把產(chǎn)品用戶界面設(shè)計(jì)得方便簡(jiǎn)潔的同時(shí)，又能呈現(xiàn)產(chǎn)品絢麗的外觀，從而帶來良好的用戶體驗(yàn)。

LED顯示由于界面友好，可以實(shí)時(shí)反映觸摸的位置信息，在電容觸摸產(chǎn)品設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用。本設(shè)計(jì)正是利用了大量的LED來實(shí)現(xiàn)呼吸燈、軌跡燈的特效，可以為例如燈光、音量、溫度等帶有調(diào)節(jié)功能的產(chǎn)品提供設(shè)計(jì)參考。

德州儀器的MSP430系列單片機(jī)以低功耗和外設(shè)模塊的豐富性而著稱，而針對(duì)電容觸摸應(yīng)用，MSP430的PIN RO電容觸摸檢測(cè)方式支持IO口直接連接檢測(cè)電極，不需要任何外圍器件，極大的簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，而本設(shè)計(jì)文檔中使用的MSP430G2XX5更支持多達(dá)32個(gè)IO口，可驅(qū)動(dòng)24個(gè)以上的LED燈，達(dá)到理想的顯示效果。

1.電容觸摸轉(zhuǎn)輪實(shí)現(xiàn)方案

MSP430電容觸摸轉(zhuǎn)輪方案通過4個(gè)IO口完成4個(gè)通道的電容檢測(cè)，配合特殊的電極圖形，就可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)輪的設(shè)計(jì)。

1.1 電容觸摸實(shí)現(xiàn)原理

MSP430根據(jù)型號(hào)的不同支持多種電容觸摸檢測(cè)方式，有RC震蕩、比較器、PIN RO， 本設(shè)計(jì)使用的是PIN Relaxation Oscillator方式，芯片管腳內(nèi)部檢測(cè)電路由施密特觸發(fā)器、反向器，以及一個(gè)電阻組成，震蕩信號(hào)經(jīng)過施密特觸發(fā)器變成脈沖信號(hào)，再通過反向器反饋回RC電路，通過Timer_A對(duì)施密特觸發(fā)器的輸出進(jìn)行記數(shù)，再通過設(shè)置測(cè)量窗口Gate獲得記數(shù)的結(jié)果。當(dāng)手指觸摸電極，電極上的C產(chǎn)生變化，導(dǎo)致震蕩頻率改變，這樣在定長(zhǎng)的測(cè)量窗口就能獲得不同的記數(shù)結(jié)果，一旦差值超過門限，結(jié)合一定的濾波算法判斷就可以觸發(fā)觸摸事件。

1.2 轉(zhuǎn)輪算法

將4個(gè)按鍵電極按照鋸齒狀交叉就形成了一個(gè)轉(zhuǎn)輪的電極，轉(zhuǎn)輪的大小根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的需要可進(jìn)行適當(dāng)?shù)目s放，設(shè)計(jì)適合30mm左右直徑的轉(zhuǎn)輪。

當(dāng)用戶在轉(zhuǎn)輪上操作的時(shí)候，在手指對(duì)應(yīng)位置的電極會(huì)獲得最高的信號(hào)值，手指臨近的通道會(huì)有相對(duì)高的信號(hào)值，離手指最遠(yuǎn)的通道檢測(cè)到的信號(hào)值最小。

這時(shí)可以利用不同通道上信號(hào)值的不同計(jì)算出手指在轉(zhuǎn)輪或滑條上的位置。位置計(jì)算步驟如下：

a.用排序方法找出4 個(gè)電極中信號(hào)最大的電極

index = Dominant_Element(groupOfElements, &measCnt[0]);

b.將找到的這個(gè)電極的信號(hào)加上相鄰電極的信號(hào)

position = measCnt[index] + measCnt[index+1] + measCnt[index-1];

相加后的結(jié)果如果大于門限，就認(rèn)為有觸摸事件產(chǎn)生，繼續(xù)后續(xù)的位置計(jì)算。 把前后信號(hào)相加的原因是手指在操作的過程中有可能處于兩個(gè)電極中間，這樣兩個(gè)電極上得到的信號(hào)都不會(huì)很高，需要把信號(hào)相加才可以與門限做比較。

減少覆層的厚度;

增大Tx與Rx電極間的間距。需注意，雖然增大間距會(huì)減小CRT，從而在某種程度上提高檢測(cè)距離和靈敏度，但若手指無法同時(shí)觸及Tx與Rx，則靈敏度會(huì)相應(yīng)降低。通常，自感與互感型電容檢測(cè)時(shí)，手指觸摸產(chǎn)生的電容變化約為1pF。然而，自感的base電容(即觸摸前的電容值)往往高于互感的base電容。因此，互感型方案在靈敏度方面表現(xiàn)更佳，但同時(shí)也更易受到噪聲的干擾。在實(shí)際應(yīng)用中，自感型方案因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而得到廣泛應(yīng)用，而互感型方案則更多被用于矩陣按鍵，以支持超出電容觸摸IO口數(shù)的按鍵數(shù)量(自感型方案按鍵數(shù)受限)。

TI的電容觸摸感應(yīng)技術(shù)CapTIvate?，其核心原理在于電荷的轉(zhuǎn)移與采集。該技術(shù)包含兩大步驟：首先，為傳感器電容充電;隨后，將積累的電荷精準(zhǔn)轉(zhuǎn)移至內(nèi)部采樣電容。這一過程將持續(xù)進(jìn)行，直至兩側(cè)的電壓達(dá)到內(nèi)部比較器的觸發(fā)閾值。值得注意的是，達(dá)到這一閾值所需的電荷轉(zhuǎn)移次數(shù)，直接反映了傳感器電容的大小。當(dāng)人手觸摸電容傳感器時(shí)，其電容值會(huì)發(fā)生變化，這進(jìn)而導(dǎo)致達(dá)到閾值所需的電荷轉(zhuǎn)移次數(shù)發(fā)生改變。MCU通過監(jiān)測(cè)這一差異，便能感知觸摸事件的發(fā)生。

此外，MSP430微控制器內(nèi)部采用電流鏡技術(shù)，精細(xì)控制的輸入電流與的放電電流的比例關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)的有效放大，進(jìn)一步拓展了量程范圍。對(duì)于自感檢測(cè)而言，傳感器電容與Tx I/O口的對(duì)地電容相等。通過充放電過程，將傳感器電容中的電荷轉(zhuǎn)移至內(nèi)部采樣電容。而互感檢測(cè)則略有不同，其傳感器電容由Tx與Rx兩I/O口之間的互電容決定。盡管互感檢測(cè)的電路結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，但其本質(zhì)仍是對(duì)地充放電。通過保持充放電前后對(duì)地電容兩端電壓的恒定，確保僅對(duì)互電容進(jìn)行電荷轉(zhuǎn)移，從而提高了檢測(cè)的準(zhǔn)確性。