【摘要】： 觸摸按鍵只需要一個薄薄的銅箔層來做按鍵,所以它使按鍵厚度幾乎為零。由于沒有了按鍵的厚度和重量,易于實現(xiàn)超輕超薄的設(shè)計,成為當(dāng)前消費類產(chǎn)品發(fā)展的一個方向。 目前已經(jīng)有的觸摸按鍵的檢測技術(shù),包括:電阻性薄膜測量?場效應(yīng)檢測?和電容感應(yīng)式檢測。但是,電阻性薄膜測量和場效應(yīng)檢測這兩種觸摸檢測技術(shù)都有一定的缺陷,譬如高成本,高損耗率等,不便于在消費類產(chǎn)品上大規(guī)模應(yīng)用。 電容感應(yīng)式(CapSense)觸摸按鍵檢測技術(shù),是最近才出現(xiàn)的一個新的研究方向,迄今為止還沒有成熟的公開的設(shè)計方案。國外目前有采用ASIC芯片來實現(xiàn)電容感應(yīng)檢測,但是,采用ASIC芯片的實現(xiàn)方式,設(shè)計不夠靈活且按鍵數(shù)目受限不易擴展。 本論文基于PSoC(Programmable System on chip,可編程片上系統(tǒng))這種通用芯片,采用軟件和硬件相結(jié)合的設(shè)計方式,設(shè)計和實現(xiàn)了一個低成本,設(shè)計靈活而且易實現(xiàn)易擴展的電容感應(yīng)式觸摸按鍵系統(tǒng),易于在消費類產(chǎn)品方向大批量應(yīng)用和推廣。 本文首先了解和分析了電容感應(yīng)的原理,也介紹了PSoC芯片的結(jié)構(gòu)和特點。根據(jù)電容感應(yīng)的原理,設(shè)計了系統(tǒng)的整體方案,并利用PSoC內(nèi)部的硬件資源具體設(shè)計了硬件對感應(yīng)電容的檢測電路,研究并給出了該硬件系統(tǒng)的信號處理流程和算法。同時設(shè)計完成軟件部分,包括設(shè)計軟件系統(tǒng)的處理流程和按鍵判定算法。其中,通過采用輸入模擬復(fù)用的設(shè)計,實現(xiàn)了按鍵的可擴展性;對軟硬件采取模塊化的設(shè)計,且預(yù)留出參數(shù)調(diào)整的接口,所以可以很方便的進(jìn)行調(diào)試,升級,或者將該系統(tǒng)移植到其他類似應(yīng)用上,充分保證了方案的易實現(xiàn)性。通過實驗了解到,按鍵和周邊PCB布局設(shè)計對感應(yīng)電容和檢測電路的輸出結(jié)果都有直接的影響,所以通過大量實驗,給出了他們相互關(guān)系的統(tǒng)計模型。并且通過測試,發(fā)現(xiàn)了在實際應(yīng)用中可能出現(xiàn)的噪聲干擾等問題,實驗給出通過軟件和硬件手段解決問題的方法。 最后,通過實際應(yīng)用對系統(tǒng)作了驗證測試,并分析了本文研究的系統(tǒng)在滾動條和觸摸板方面的衍伸應(yīng)用的思路,對此項電容感應(yīng)式觸摸按鍵技術(shù)的發(fā)展方向提出了展望。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號】：TP368.11
【圖文】：

第二章 理論基礎(chǔ)與分析本章將介紹電容感應(yīng)檢測的基本原理，作為第三章方案研因為本論文采用了基于 PSoC 的軟硬件相結(jié)合的設(shè)計方式和特點是本文觸摸按鍵系統(tǒng)實現(xiàn)的基礎(chǔ)，所以也著重介紹了念和結(jié)構(gòu)特點，以及它和其他 MCU 及 SoC 芯片的比較，有助設(shè)計和軟硬件實現(xiàn)過程，和它的低成本易實現(xiàn)的特點。2.1 電容感應(yīng)檢測基本原理和分析電容感應(yīng)檢測的基本原理是：兩個相鄰的金屬導(dǎo)體間會產(chǎn)用 PCB 上的銅箔做成按鍵形狀,就形成一個電容性的開關(guān)。指觸摸)會使電容性開關(guān)上的電容發(fā)生改變,會比平常時候的電容持續(xù)充放電和檢測充電電壓的改變, 即能檢測到電容的導(dǎo)電元件的接入,即是否有手指觸摸。

12圖 2-2 PSoC 結(jié)構(gòu)圖Figure 2-2 PSoC architecturePSoC 核心包括 24MHz、4MIPS 的 8 位哈佛架構(gòu)的 CPU，帶有 16KB 程序存儲，還帶有 1KB 的 SRAM，可用于數(shù)據(jù)存儲，此外還具備 2KB 的閃存仿真。PSoC GPIO 提供到 CPU、器件數(shù)字和模擬資源的連接。每個引腳的八個選項中進(jìn)行選擇，這就使外部接口具有極大的靈活度。每個引腳和低級系統(tǒng)中斷，并能自上一次讀之后進(jìn)行改變。數(shù)字系統(tǒng)包括 4 個數(shù)字 PSoC 塊。每個塊都是 8 位資源，可單獨使他塊結(jié)合使用，形成 8 位、16 位、2 4 位和 32 位外圍。數(shù)字塊還可通線連接至 GPIO，將任何信號路由給任意引腳。數(shù)字塊可任意配置成: 實計數(shù)器，CRC 校驗, UART，SPI，IIC，紅外通信等。這種可配置性使受到固定外圍設(shè)控制器的限制。模擬系統(tǒng)包括 6 個可配置的塊，每個塊都具備運算放大器，可創(chuàng)信號流。模擬外設(shè)非常靈活，經(jīng)過用戶定制后可支持如下具體的應(yīng)用要

第三章 設(shè)計與實現(xiàn)本章主要根據(jù)電容感應(yīng)的原理，設(shè)計電容感應(yīng)式觸摸按鍵系統(tǒng)的系統(tǒng)方案, 并采用 PSoC 的軟硬件結(jié)合的設(shè)計方式，具體實現(xiàn)了硬件和軟件方案，包括按鍵的硬件設(shè)計，PSoC 內(nèi)部的硬件檢測電路設(shè)計和軟件算法設(shè)計。在按鍵硬件設(shè)計部分，詳細(xì)介紹了在設(shè)計和實現(xiàn)過程中需要注意的 PCB 布線和按鍵尺寸設(shè)計等設(shè)計細(xì)節(jié)和解決噪聲干擾等問題的方法。3.1 電容感應(yīng)式觸摸按鍵系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計1、系統(tǒng)組成

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本文編號：2791278