發(fā)布時(shí)間：2020-08-13 01:00

【摘要】： 觸摸按鍵只需要一個(gè)薄薄的銅箔層來(lái)做按鍵,所以它使按鍵厚度幾乎為零。由于沒(méi)有了按鍵的厚度和重量,易于實(shí)現(xiàn)超輕超薄的設(shè)計(jì),成為當(dāng)前消費(fèi)類產(chǎn)品發(fā)展的一個(gè)方向。 目前已經(jīng)有的觸摸按鍵的檢測(cè)技術(shù),包括:電阻性薄膜測(cè)量?場(chǎng)效應(yīng)檢測(cè)?和電容感應(yīng)式檢測(cè)。但是,電阻性薄膜測(cè)量和場(chǎng)效應(yīng)檢測(cè)這兩種觸摸檢測(cè)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(fèi)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(cè)技術(shù),是最近才出現(xiàn)的一個(gè)新的研究方向,迄今為止還沒(méi)有成熟的公開(kāi)的設(shè)計(jì)方案。國(guó)外目前有采用ASIC芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)電容感應(yīng)檢測(cè),但是,采用ASIC芯片的實(shí)現(xiàn)方式,設(shè)計(jì)不夠靈活且按鍵數(shù)目受限不易擴(kuò)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(jì)方式,設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一個(gè)低成本,設(shè)計(jì)靈活而且易實(shí)現(xiàn)易擴(kuò)展的電容感應(yīng)式觸摸按鍵系統(tǒng),易于在消費(fèi)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(diǎn)。根據(jù)電容感應(yīng)的原理,設(shè)計(jì)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(jì)了硬件對(duì)感應(yīng)電容的檢測(cè)電路,研究并給出了該硬件系統(tǒng)的信號(hào)處理流程和算法。同時(shí)設(shè)計(jì)完成軟件部分,包括設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)的處理流程和按鍵判定算法。其中,通過(guò)采用輸入模擬復(fù)用的設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了按鍵的可擴(kuò)展性;對(duì)軟硬件采取模塊化的設(shè)計(jì),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(jí),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(shí)現(xiàn)性。通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解到,按鍵和周邊PCB布局設(shè)計(jì)對(duì)感應(yīng)電容和檢測(cè)電路的輸出結(jié)果都有直接的影響,所以通過(guò)大量實(shí)驗(yàn),給出了他們相互關(guān)系的統(tǒng)計(jì)模型。并且通過(guò)測(cè)試,發(fā)現(xiàn)了在實(shí)際應(yīng)用中可能出現(xiàn)的噪聲干擾等問(wèn)題,實(shí)驗(yàn)給出通過(guò)軟件和硬件手段解決問(wèn)題的方法。 最后,通過(guò)實(shí)際應(yīng)用對(duì)系統(tǒng)作了驗(yàn)證測(cè)試,并分析了本文研究的系統(tǒng)在滾動(dòng)條和觸摸板方面的衍伸應(yīng)用的思路,對(duì)此項(xiàng)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號(hào)】：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(cè)的基本原理，作為第三章方案研因?yàn)楸菊撐牟捎昧嘶?PSoC 的軟硬件相結(jié)合的設(shè)計(jì)方式和特點(diǎn)是本文觸摸按鍵系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，所以也著重介紹了念和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及它和其他 MCU 及 SoC 芯片的比較，有助設(shè)計(jì)和軟硬件實(shí)現(xiàn)過(guò)程，和它的低成本易實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)。2.1 電容感應(yīng)檢測(cè)基本原理和分析電容感應(yīng)檢測(cè)的基本原理是：兩個(gè)相鄰的金屬導(dǎo)體間會(huì)產(chǎn)用 PCB 上的銅箔做成按鍵形狀,就形成一個(gè)電容性的開(kāi)關(guān)。指觸摸)會(huì)使電容性開(kāi)關(guān)上的電容發(fā)生改變,會(huì)比平常時(shí)候的電容持續(xù)充放電和檢測(cè)充電電壓的改變, 即能檢測(cè)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(chǔ)，還帶有 1KB 的 SRAM，可用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，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(gè)引腳的八個(gè)選項(xiàng)中進(jìn)行選擇，這就使外部接口具有極大的靈活度。每個(gè)引腳和低級(jí)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(gè)數(shù)字 PSoC 塊。每個(gè)塊都是 8 位資源，可單獨(dú)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(hào)路由給任意引腳。數(shù)字塊可任意配置成: 實(shí)計(jì)數(shù)器，CRC 校驗(yàn), 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(gè)可配置的塊，每個(gè)塊都具備運(yùn)算放大器，可創(chuàng)信號(hào)流。模擬外設(shè)非常靈活，經(jīng)過(guò)用戶定制后可支持如下具體的應(yīng)用要

第三章 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)本章主要根據(jù)電容感應(yīng)的原理，設(shè)計(jì)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(jì)方式，具體實(shí)現(xiàn)了硬件和軟件方案，包括按鍵的硬件設(shè)計(jì)，PSoC 內(nèi)部的硬件檢測(cè)電路設(shè)計(jì)和軟件算法設(shè)計(jì)。在按鍵硬件設(shè)計(jì)部分，詳細(xì)介紹了在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過(guò)程中需要注意的 PCB 布線和按鍵尺寸設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)和解決噪聲干擾等問(wèn)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(jì)1、系統(tǒng)組成

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本文編號(hào)：2791278