ARM单片机触摸传感器原理和应用（1）

1、触摸感的概念

在电子电器系统中触摸传感器用于人机界面（HMI）中。

与使用机械开关不同，通过触摸手指在表面上实现操作。 有三种方法：

电容开关： 电极放置在非导电板后面 检测到电容的变化 电阻式触摸开关： 用户的指尖连接两个电极 检测到指尖的电阻 压电触摸开关： 通过推动/弯曲压电材料产生电压 检测到电压变化 TSC（触摸感应控制器）外设基于电容开关方法 - 当人触摸传感器区域的表面时，电容会发生变化。

基本TSC工作模式描述：

触摸感应是一种技术，它允许设备通过检测用户手指的接触来响应。这种技术广泛应用于各种人机交互界面，如智能手机、平板电脑、自动取款机和其他电子设备。触摸感应技术主要有三种实现方式：

• 电容式开关：在这种方法中，一个电极被放置在非导电面板的后面。当用户的手指触摸表面时，由于人体是导电的，它会改变电极和手指之间形成的电容。这个电容变化可以被传感器检测到，从而触发一个信号。

• 电阻式触摸开关：这里使用两个电极，当用户的指尖触摸屏幕时，它们之间的电阻会降低，从而形成一个电路。这个电阻的变化可以被检测到，用来识别触摸事件。

• 压电触摸开关：在这种类型的开关中，当施加压力时，压电材料会变形并产生电压。这个电压的变化可以被检测到，并且可以用来确定触摸的位置。

TSC（触摸感应控制器）是一种特别设计用来处理电容式触摸感应的硬件。当人触摸传感器区域的表面时，由于人体和传感器之间的电容变化，TSC可以检测到这种变化，并通过其内置的电路产生响应。这种基于电容变化的检测机制，使得TSC非常适合用于需要精确和快速响应的触摸界面应用中。

2. 术语和原理

2.1 术语

以下是与触摸感应最相关的缩写描述：
• 采集模式
  - CT: 电荷转移采集原理。
• 触摸感应MCU外设
  - TSC: 触摸感应控制器外设。
  - 组：同时采集的通道集合。
  - 通道：基本采集单元。
  - 群组：1到3个通道加上一个采样电容（Cs）的集合。
• 传感器
  - Touchkey或TKey: 单通道传感器。
  - 线性传感器：电极以线性方式排列的多通道传感器。
  - 旋转传感器：电极以圆形方式排列的多通道传感器。
  - 有源屏蔽：沿着传感器轨迹或围绕传感器本身/传感器轨迹的铜平面运行的轨迹。
  有源屏蔽与传感器类似地被驱动。在不降低灵敏度的情况下提高噪声鲁棒性。
• MCU触摸相关软件
  - TSL: 触摸感应库。
  - Delta: 测量值与参考值之间的差异。
  - Measure或meas: 在通道上测量到的当前信号。
  - Reference或ref: 基于一系列测量值的平均值的参考信号。
  - DTO: 检测超时。超时由TSLPRM_DTO定义。请参阅tsl_conf.h文件中的TSLPRM_DTO。
  - DXS: 检测排除系统。排除系统由TSLPRM_USE_DXS定义。请参阅tsl_conf.h文件中的TSLPRM_USE_DXS。
  - ECS: 环境变化系统。请参阅tsl_conf.h文件中的TSLPRM_ECS_DELAY。
• 涉及的硬件
  - Cx: 传感器电容（典型值为几皮法）。
  - Cp: 寄生电容（典型值为几皮法）。
  - Ct: 等效触摸电容。
  - Cs/Cskey/Csshield: 采样电容（典型值从2.2到100纳法）。
  - Rs/Rskey/Rsshield: 串联电阻，ESD保护（典型值从100欧姆到10千欧）。

2.2 原理

MCU触摸感应特性基于电荷转移。
表面电荷转移采集原理包括对传感器电容（Cx）进行充电，并将积累的电荷转移到采样电容（Cs）中。
这个序列重复进行，直到Cs上的电压达到VIH。
达到阈值所需的电荷转移次数是电极电容大小的直接表示。当传感器被触摸时，传感器到地的电容增加。这意味着C电压在计数较少的情