ALIENTEK电容按键按键的介绍与驱动代码

前言

电容触摸按键原理

硬件接线

检测电容触摸按键过程

驱动代码

tpad.h

tpad.c

main.c

按键扫描函数

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;
}