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选用PSoC片上体系芯片的非触摸式感应按键界面设计

采用PSoC片上系统芯片的非接触式感应按键界面设计,本文采用PSoc片上系统芯片,实现了非接触式、稳定可靠的电容式感应按键的设计。 1 PSoC片上系统 PSoC微处理器由处理器内核、系统资源、数字系

本文选用PSoc片上体系芯片,完成了非触摸式、安稳牢靠的电容感应按键的规划。

1 PSoC片上体系

PSoC微处理器由处理器内核、体系资源、数字体系和模仿体系组成。PSoC片上体系包括8个数字模块和12个模仿模块。这些模块都可进行装备,用户经过对这些模块进行装备,定义出用户所需求的功用。数字模块可装备成定时器、计数器、串行通信口(UARTS)、CRC发生器、PWM脉宽调制等功用模块。模仿模块可装备成模数转化器、数模转化器、可编程增益放大器、可编程滤波器、差分比较器等功用模块。数字模块和模仿模块也可构成调制解调器、杂乱的马达控制器、传感器信号的处理电路等。

2 电容感应原理

电容开关是一对相邻电极,在电极之间有很小的电容。当一个导体挨近两个电极时,在电极与导体之间会发生一个耦合电容。在这里,手指便是这个导体,一般电容开关的方法是一边接地的电容,导体的存在添加了开关到地之间的电容。检测是否有手指挨近,也便是检测是否有按键按下,可根据电容的改动来判别。检测电容改动的办法有许多:电流与电压相位差检测、电容构成振荡器进行频率检测、电容桥电荷转化检测。由于电容桥电荷转化检测的办法较适用于很多按键扫描和PSoC的功能,所以在此选用该办法进行检测。

电荷转化电路从概念上来说与R-C充放电电路类似,如图1所示。电荷转移的长处是不需求附加电阻器材。CP感应电容,它的值跟着电极资料上所加导体而改动。Csum是参阅总电容

在检测周期开端,经过一个复位开关把Csum上的电荷悉数放掉。然后经过单刀双向开关使Cp作业在非重迭的周期上。在第一半周,Cp连接到VDD充电。当CP上的电荷以由CP值决议的速度充到VDD时,开关断开,然后把开关连接到Csum,Cp上的电荷转移到Csum中。

在图1中,由于Csum的电容值比Cp大得多,所以Csum上的电压值在充电的每一周期内只要细小的添加。这个Cp到Csum上的电荷转化周期重复许屡次,以使Csum上堆集到一个大的信号值。当连接到VDD时,电容Cp上的电荷为:

Q=CV (1)

不是Cp上的一切电荷都转移到Csum中。当Cp上的电压跌落到Csum上的预存电压时,转化便不再进行。为检测感应的电容值是否有改动,可经过Cp-Csum的充放电方法,把Csum充到固定的阈值VTH,再核算抵达这个阈值时的周期数。在恣意采样点n,Csum上的电压值为:

图2示出了充放电115ms后的电荷转化波形。其充放频率为6MHz,所以其转化次数为700次。

式(2)很明显是一个指数函数,即电压值Vsum为:

检测Cp的改动率,可经过比较Vsum和VTH得到。即核算Vsum充到VTH时的充放电次数n:

当手指挨近时,Cp变成电极感应电容和手指挨近发生的耦合%&&&&&%之和CF+P,所以Csum充电到阈值VTH的速度更快,充放电周期数n也就更小:

这样,检测是否有键按下就简化成了检测周期数的改动率Δn=n-nF+P。当Δn>nTH时,标明有手指挨近。

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