基于Atmel QTouch的ATmega48感應的按鍵設計

作者：時間：2013-11-12 來源：網絡

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1 概述

　　感應按鍵技術，作為一項新興的技術，已經廣泛用于各種產品。尤其是近兩年以來，采用感應按鍵的家電產品呈爆發式增加。目前，市面上的這類產品主要有智能電冰箱、數字液晶電視、熱水器、電熱爐等家電產品。采用感應式按鍵的家電產品，可以設計出靚麗的控制面板，同時，與機械式按鍵相比具有更長的使用壽命。

　　目前，感應按鍵的應用方式主要有兩大類：

　　① 采用專用芯片，比如Quantum（昆騰）公司的感應按鍵芯片QT240、QT1101[1]，以及 Chemtronics（康拓斯）公司的CT1008等。這類芯片內部固化了處理感應按鍵的軟件，能夠對按鍵感應電極（金屬彈簧或導電海綿）的信號進行采集和分析，最終將分析的結果以高低電平形式輸出到應用系統的處理器I/O口。比如，當手靠近感應電極的時候輸出高電平，遠離感應電極的時候輸出低電平。這類芯片外圍需要少量的分立器件，實際使用時要根據應用場合對這些外圍器件的參數進行微調，以達到最佳效果。

　　② 采用集成式芯片。推出這種方式的芯片廠家將處理感應按鍵的軟件部分嵌入到單片機程序中，用戶如果需要用到感應按鍵，只需要在單片機開發環境里將需要的I/O口配置為感應按鍵的輸入口，同時系統通過調用芯片廠家提供的函數庫接口來讀取感應按鍵的結果。基于Atmel公司ATmega系列單片機的感應按鍵就是屬于這種應用方式，它是將其QTouch技術的軟件代碼以庫函數接口形式提供給用戶使用。

2 QTouch技術

　　QTouch技術是Atmel公司觸摸技術部前身Quantum開發的一項技術。所開發的集成電路技術是基于電荷的傳輸電容式感測。QTouch IC檢測用傳感器芯片和簡單按鍵電極之間連接來檢測觸摸，如圖1所示。QTouch器件對未知電容的感測電極充電到已知電位。電極通常是印刷電路板上的一塊銅區域，該電極可以通過金屬彈簧或者導電海綿來延伸應用空間。在1個或多個電荷傳輸周期后測量電荷，就可以確定感測板的電容。在觸摸表面按手指，導致在該點影響電荷流的外部電容，作為一個觸摸記錄；也可確定QTouch微控制器來檢測手指的接近度，而不是絕對觸摸。判斷邏輯中的信號處理使QTouch健全和可靠，同時可以消除靜電脈沖或瞬時無意識觸摸/接近引起的假觸發。

圖1 QTouch技術示意圖

　　QTouch傳感器可以驅動單按鍵或多按鍵。在用多按鍵時，可以為每個按鍵設置一個單獨的靈敏電平。可以用不同大小和形狀的按鍵來滿足功能和審美要求。QTouch技術可以采用兩種模式：正常或“觸摸”模式，以及高靈敏度或“接近”模式。用高靈敏電荷傳輸接近感測來檢測末端用戶接近的手指，用用戶接口中斷電子設備或電氣裝置來啟動系統功能。為了實現良好的電磁兼容，QTouch傳感器采用擴頻調制和稀疏、隨機充電脈沖（脈沖之間具有長延遲）。單個脈沖可以比內部串脈沖間隔短5%或更短。這種方法的優點是交叉傳感器干擾較小，功耗較低，且降低了RF輻射和極化率。QTouch器件對于慢變化（由于老化或環境條件改變）具有自動漂移補償。這些器件不需要線圈、振蕩器、RF元件、專門纜線、RC網絡或大量的分立元件[2]。

3 硬件設計

　　基于ATmega48的感應按鍵，在硬件設計上非常簡單，每路按鍵只需要一個電阻和一個電容即可實現。通常情況下，感應電極一般以銅箔形式分布在印刷電路板上，可以根據具體的應用需要將感應電極設計成不同的尺寸和形狀。同時，采用金屬彈簧或者導電海綿等具有導電功能的介質，能夠將按鍵延伸到合適的長度或高度，如圖2所示。