Cortex-M4核Kinetis平臺(tái)的電容式觸摸鍵盤設(shè)計(jì)
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2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
由于采用了帶有專用電容觸控功能即TSI模塊的MCU，因此簡(jiǎn)化了硬件電路的設(shè)計(jì)。一方面減少了開發(fā)成本，另一方面也降低了硬件電路的復(fù)雜性，增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和魯棒性。本系統(tǒng)采用飛思卡爾最新推出的基于Cortex-M4核的Kinetis系列MCU，具體型號(hào)為MK60DX256VLQ 100，支持DSP擴(kuò)展指令集，內(nèi)部資源豐富，除了具有TSI模塊外還具有一個(gè)USB OTG模塊、一個(gè)SDHC模塊和一個(gè)以太網(wǎng)模塊等資源，便于本鍵盤系統(tǒng)以后的擴(kuò)展應(yīng)用，其中TSI模塊主要特點(diǎn)為：
◆支持1 6個(gè)電容式觸摸感應(yīng)通道，并且每個(gè)通道都配有獨(dú)立的計(jì)數(shù)結(jié)果寄存器；
◆擁有可配置的上下閾值寄存器，自動(dòng)檢測(cè)并比較外部電極的電容值變化；
◆支持不同工作模式下配置掃描周期；
◆支持在MCU低功耗休眠模式下的電容觸摸喚醒功能；
◆支持溫度和工作電壓自動(dòng)補(bǔ)償；
◆擁有可編程外部電極和內(nèi)部電容振蕩器。
2．1 電容觸控接口設(shè)計(jì)
外接電極與MCU的基本連接方式如圖3所示，內(nèi)置TSI模塊接口極大地簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)，只需簡(jiǎn)單地把外部電極通過一個(gè)限流電阻串聯(lián)到相應(yīng)的TSI模塊通道上即可。限流電阻主要是為了防止電極與MCU之間的充放電電流過大而損害MC，限流電阻的大小根據(jù)實(shí)際情況而定。根據(jù)實(shí)際需要和布線方便，這里選擇了4個(gè)電極分別連接到MCU TSI模塊的0通道、6通道、7通道和8通道。本文引用地址：http://www.antipu.com.cn/article/176416.htm
2．2 觸摸鍵盤PCB布局設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的電容式觸摸鍵盤PCB布局如圖4所示，利用帶有絕緣漆的覆銅板作為電極板，并采用4塊三角形狀覆銅拼接組合成方形觸摸鍵盤，同時(shí)該4塊三角覆銅分別引出相應(yīng)的接口至TSI模塊的4個(gè)通道。該設(shè)計(jì)充分利用了電容式觸摸感應(yīng)技術(shù)的特點(diǎn)，沒計(jì)靈活，儀采用4個(gè)TSI模塊通道實(shí)現(xiàn)了9個(gè)觸摸按鍵的功能，即每一個(gè)按鍵都是由不同的電極板組合構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)9種按鍵識(shí)別功能，節(jié)省了空間，降低了設(shè)計(jì)復(fù)雜程度，具體組合分配如表1所列。
由該分配表可知4個(gè)通道實(shí)現(xiàn)了9種不同的組合，通過軟件算法上相應(yīng)的處理就可以得到9種按鍵響應(yīng)。另外需要注意的是，在實(shí)際PCB設(shè)計(jì)時(shí)，4塊電檄板到TSI模塊相應(yīng)引腳的走線要盡量短，以減少不必要的電容效應(yīng)，同時(shí)也降低環(huán)境噪聲的影響。
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