基于充放電原理的電容式觸摸按鍵設計

與傳統的機械式按鍵相比，電容式觸摸感應按鍵美觀、耐用、壽命長。電容式觸摸感應按鍵實際只是PCB上的一小塊“覆銅焊盤”，與四周“地信號”構成一個感應電容，觸摸該按鍵會影響該電容值。現在檢測電容值的方法有很多種，如電流與電壓相位差檢測、由電容構成的振蕩器頻率檢測、電容橋電荷轉換檢測。而這里則是利用感應電容與電阻構成的RC回路，檢測充放電時間的變化量，不需要專用檢測電路，
成本低廉。

1 檢測原理
電容式觸摸按鍵電路的原理構成如圖1所示，按鍵即是一個焊盤，與地構成一個感應電容，在周圍環境不變的情況下電容值固定為微小值，具有固定的充放電時間，而當有一個導體向電極靠近時，會形成耦合電容，這樣就會改變固有的充放電時間，而手指就是這樣的導體。通過測量充放電時間的改變即可檢測是否有按鍵被按下。充放電時間的計算公式如下：

式中，t，R，C分別為充放電時間，電阻值，電容值；V1為充放電終止電壓值；V2為充放電起始電壓值；Vt為充放電t時刻電容上的電壓值。

首先，開關在斷開的狀態下該按鍵被下拉電阻拉低，電勢為0 V，這時開關閉合開始對按鍵充電，等充滿電穩定后再斷開開關，這時按鍵開始放電，并用定時器記錄這段放電時間為t1，反復該過程。當有手指觸碰按鍵時，放電時間會改變為t2，如圖2所示，由此即可判斷出手指是否觸摸到該按鍵。

2 檢測電路設計
該檢測電路由MSP430F1121A作為主控制器，由JTAG接口在線仿真調試，鍵盤分為單個觸摸按鍵檢測和矩陣觸摸按鍵檢測兩部分，如圖3所示。其占用的單片機資源包括帶有中斷功能的GPIO口和定時計數器。