前言

在需要用户界面的应用方案中，传统的机电开关正在被电容式触摸感应控制所替代。

Sino wealth已经开发了一套触摸感应软件，使得任意一款8位的中颖微控制器都可以作为一个电容式触摸按键控制器使用。通过对由一个电阻和触摸电极电容组成的RC充放电时间的控制，该触摸感应软件可以检测到人手的触摸。由于电极电容的改变，导致的RC充放电时间的改变，能够被检测出来，然后经过滤波等，最终通过专用的I/O端口。

在BIOS设置中有关于是否更新微代码

Microcode Updation [Enabled] : Disabled/Enabled

MCU（Micro Control Unit）中文名称为微控制单元，又称单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）或者单片机，是指随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的CPU、RAM、ROM、定时计数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。

1 RC感应原理

RC采样原理就是通过测量触摸电极电容的微小变化，来感知人体对电容式触摸感应器（按键、滚轮或者滑条）的触摸。

电极电容（C）通过一个固定的电阻（R）周期性地充放电。 电容值取决于以下几个参数：电极面积（A），绝缘体相对介电常数，空气相对湿度，以及两个电极之间的距离（d）。电容值可由下列公式得出：

　　图1:RC电压检测。

　　固定电压施加在 ， 的电压随着电容值的变化而相应增加或者降低， 如图2所示。

　　图2：测量充电时间。

通过计算VOUT的电压达到阀值VTH所需要的充电时间（TC），来得到电容值（C）。 在触摸感应应用中，电容值（C）由两部分组成：固定电容（电极电容，CX）和当人手接触或者靠近电极时，由人手带来的电容（感应电容，CT）。电极电容应该尽可能的小，以保证检测到人手触摸。利用该原理，就可以检测到手指是否触摸了电极。

　　图3：触摸感应。

2 硬件实现

图4由R1，R2以及电容电极（CX）和手指电容（CT）并联的电容（大约5pF） 形成一个RC网络，通过对该RC网络充放电时间的测量，可以检测到人手的触摸。 所有电极共享一个“负载I/O”引脚。电阻R1和R2尽量靠近MCU放置。电容R1（阻值在几百欧到几兆欧之间）是主要电容，用于调节触摸检测的灵敏度。

　　图4：电容触摸感应实现实例。

3 软件实现

充电时间测量原理

为了保证健壮的电容触摸感应的应用，充电时间的测量需要足够的精确。

采用一个简单的定时器（无需IC功能）和一系列简单的软件操作，即定时地检查感应I/O端口上的电压是否达到阀值。

基本测量

使用普通定时器进行充电时间的测量。对电容充电开始之前，定时器的计数器数值被记录下来。当采样I/O端口上的电压达到某个阀值（VTH）时，再次记录定时器计数器的值。二者之差就是 充电或者放电的时间。

　　图5：定时器计数器值。

　　过采样

　　过采样的目的是以CPU时钟的精度，对输入电压达到高电平和低电平（VIH和VIL）的时间测量。 为了跨越所有的取值范围，每次测量都比上一次测量延迟一个CPU时钟周期的时间。 为了跨越所有的取值范围，测量的次数是和MCU核相关的。图6说明了这个概念的应用情况。

　　图6：输入电压测量。

　　输入电压测量的原理

　　为了提高在电压和温度变动情况下的稳定性，对电极会进行连续两次的测量：第一次测量对电容的充电时间，直到输入电压升至VIH。第二次测量电容的放电时间，直到输入电压降至VIL。下图以及以下的表格详细说明了对感应电极（感应I/O）和负载I/O引脚上的操作流程。

　　图7：电容充放电时间测量。　

　　表2 电容充放电测量步骤

　　触摸的效果

　　电极的电容值（CX）取决于以下几个主要因素：电极的形状、大小，触摸感应控制器到电极之间的 布线（尤其是地耦合），以及介电面板的材料和厚度。因此，RC充放电时间直接和CX有关。图8说明了这种“触摸的效果”。 时间（即达到了VIH电平的时刻）比长；同样对于降至VIL电平的时间也比长。

　　图8：触摸效果实例。

　　多次测量以及高频噪声的去除

　　为了提高测量的精确度，并去除高频噪声，有必要对VIH和VIL进行多次的测量，然后再决定是否有按键被有效“触摸”。

　　图9：测量的种类。

　　注意：下图说明了去除噪声的实例。如果测量次数（N）设置为4，那么对一个电极的完整测量将包括4次正确的“连续组测量”（BGs）。

　　图10：实例1。

　　图11 显示了有一些噪声使得某些测量无效的情况（即r1和r2）。 在这个例子中，连续组测量BG3重复了好几次，直到其中的所有测量都有效，该次组测量才算通过。这样就需要较多的时间来完成一次完整的测量。

　　图11：实例2。

　　图12显示了有很多噪声，使得无效的组测量次数达到了最大限制（比如20）。这样的话，整个电极测量都无效。这个例子中，达到了无效的组测量次数的最大限制，因此停止对该电极的测量。

　　图12：实例3。