CN208836106U - 一种触摸按键装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种触摸按键装置，其包括触摸按键模块和MCU，其中触摸按键模块用于将触摸通道电容转换为一确定的数值，所述数值随着触摸通道电容的变化而变化；MCU连接至所述触摸按键模块，用于控制触摸按键模块开启转换的时间，转换完成后读取并保存所述数值，然后根据所述数值的变化进行处理，判断触摸按键是否有效。本实用新型的触摸按键装置结构简单，实现容易，其能灵敏度自动调整，从而提高触摸按键的灵敏度，增加触摸的可靠性和精确性。

Description

一种触摸按键装置

技术领域

本实用新型涉及触摸按键领域，具体来说，涉及一种触摸按键装置。

背景技术

随着电子科学技术的不断发展，电容式触摸按键已经越来越多地应用于各种电子产品设计中。传统机械按键输入方式的电路复杂，并且容易磨损、使用寿命短，而电容式触摸按键技术电路简单、操作方便，并且灵敏准确，很好的弥补了机械按键的缺点和不足。

电容式触摸按键应用中通常有多个触摸通道，这些通道在电路板上通过走线汇集到触摸控制装置。受产品形状及元器件布局影响，每个通道的走线长度、周边环境都会有差异，从而导致每个通道的寄生电容不一致。因为触摸通道寄生电容不一致，所以即使通道的感应电极大小形状一致，覆盖电极上的面板材质厚度相同，各触摸通道的灵敏度也会不一致。

通常调整触摸通道的灵敏度有硬件和软件两种方式：(1)硬件方式如图1所示，即在触摸通道上接上到地的电容器件，通过在各通道上增加不同的合适容值的电容器件，可以把各通道上总的电容调整到相同，使得其灵敏度一致(Crn为通道n寄生电容，Cn为通道n增加的电容器件)；(2)软件方式即对各触摸通道设定不同的合适的按键触发阈值，可以使各通道灵敏度一致。

然而，硬件方式需要增加元器件，对成本控制不利；软件方式需要改写触摸控制装置内部程序的设置值。并且两种方式在实际应用中都需要反复的迭代调试，才能把各触摸通道灵敏度调整到一致，很大的增加了触摸应用的难度。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

针对相关技术中的上述技术问题，本实用新型提出一种触摸按键装置，能够根据设定的参考触摸通道和参考触发阈值，然后根据各通道的基值和参考通道触发阈值来计算并设置其它触摸通道的触发阈值，使各触摸通道灵敏度自动调整以保持一致。

为实现上述技术目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种触摸按键装置，其特征在于，包括触摸按键模块和MCU(微处理器)，其中所述触摸按键模块用于将触摸通道电容转换为一确定的数值，所述数值随着触摸通道电容的变化而变化；所述MCU连接至所述触摸按键模块，用于控制触摸按键模块开启转换的时间，转换完成后读取并保存所述数值，然后根据所述数值的变化进行处理，判断触摸按键是否有效。

进一步地，所述触摸按键模块包括开关模块、比较器comp、16位的计数器counter、时钟发生器CLK_GEN，所述开关模块的输出端连接至所述比较器comp的反向输入端，所述比较器comp的正向输入端连接供电电压Vc，所述比较器comp的输出端连接至所述计数器counter的使能端，所述时钟发生器CLK_GEN为所述计数器counter提供时钟信号，所述计数器counter的输出端连接至所述MCU。

进一步地，所述开关模块包括：第一开关Φ1、第二开关Φ2、第三开关Φ3、触摸通道电容Cx和外接参考电容Cmod；所述第一开关Φ1的一端连接参考电压V_REF，另一端连接至所述触摸通道电容Cx的上极板和所述第二开关Φ2的一端；所述第二开关Φ2的另一端连接至所述第三开关Φ3的一端和所述外接参考电容Cmod的上极板；所述触摸通道电容Cx的下极板、所述第三开关Φ3的另一端和所述外接参考电容Cmod的下极板均接地；所述外接参考电容Cmod的上极板连接至所述比较器comp的反向输入端。

进一步地，当第三开关Φ3导通时，外接参考电容Cmod的电压降低到GND，随后第三开关Φ3断开；然后第一开关Φ1导通，触摸通道电容Cx上电压上升到参考电压V_REF后第一开关Φ1断开，接着第二开关Φ2导通，触摸通道电容Cx上电荷与外接参考电容Cmod分享达到相同电压后第二开关Φ2断开，与此同时所述计数器counter开始计数；重复上面的过程，外接参考电容Cmod上电压会持续上升，上升到Vc时比较器comp翻转，计数器counter使能关闭。

进一步地，当手指触摸时，触摸通道电容Cx电容值增加，其等效电阻R_Cx阻值减小，外接参考电容Cmod上电压会更快的上升到Vc，使得计数使能有效时间减短，计数值减小。

进一步地，所述开关模块具有n个触摸通道，每个触摸通道均具有第一开关(TH1Φ1…THnΦ1)、第二开关(TH1Φ2…THnΦ2)和触摸通道电容(Cr1…Crn)，其中n为大于等于1的正整数。

本实用新型的有益效果：本实用新型的触摸按键装置结构简单，实现容易，通过本实用新型的装置，能够根据设定的参考触摸通道和参考触发阈值，然后根据各通道的基值和参考通道触发阈值来计算并设置其它触摸通道的触发阈值，使各触摸通道灵敏度自动调整以保持一致，从而提高触摸按键的灵敏度，增加触摸的可靠性和精确性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中通过硬件方式调整触摸通道灵敏度的原理图；

图2是根据本实用新型实施例所述的触摸按键装置的原理图；

图3是根据本实用新型实施例所述的触摸按键装置的等效电路图；

图4是根据本实用新型实施例所述的触摸按键模块的电路实现图；

图5是根据本实用新型实施例所述的灵敏度自动调整方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为了方便理解本实用新型的上述技术方案，以下通过具体实施方式上对本实用新型的上述技术方案进行详细说明。

图2示出了本实用新型实施例所述的触摸按键装置的原理图。根据本实用新型实施例所述的一种触摸按键装置100，包括触摸按键模块101和MCU(微处理器)102，其中所述触摸按键模块101用于将触摸通道电容转换为一确定的数值，所述数值随着触摸通道电容的变化而变化；所述MCU102连接至所述触摸按键模块，用于控制触摸按键模块101开启转换的时间，转换完成后读取并保存所述数值，然后根据所述数值的变化进行处理，判断触摸按键是否有效。

如图2所示，优选地，所述触摸按键模块101包括开关模块103、比较器comp、16位的计数器counter、时钟发生器CLK_GEN，所述开关模块103的输出端连接至所述比较器comp的反向输入端，所述比较器comp的正向输入端连接供电电压Vc，所述比较器comp的输出端连接至所述计数器counter的使能端，所述时钟发生器CLK_GEN为所述计数器counter提供时钟信号，所述计数器counter的输出端连接至所述MCU。

优选地，所述开关模块103包括：第一开关Φ1、第二开关Φ2、第三开关Φ3、触摸通道电容Cx和外接参考电容Cmod；所述第一开关Φ1的一端连接参考电压V_REF，另一端连接至所述触摸通道电容Cx的上极板和所述第二开关Φ2的一端；所述第二开关Φ2的另一端连接至所述第三开关Φ3的一端和所述外接参考电容Cmod的上极板；所述触摸通道电容Cx的下极板、所述第三开关Φ3的另一端和所述外接参考电容Cmod的下极板均接地；所述外接参考电容Cmod的上极板连接至所述比较器comp的反向输入端。

优选地，触摸按键模块102将触摸电容转换为计数值的电路操作包括以下步骤：

第一步，当第三开关Φ3导通时，外接参考电容Cmod的电压降低到GND，随后第三开关Φ3断开；

第二步，然后第一开关Φ1导通，触摸通道电容Cx上电压上升到参考电压V_REF后第一开关Φ1断开，接着第二开关Φ2导通，触摸通道电容Cx上电荷与外接参考电容Cmod分享达到相同电压后第二开关Φ2断开，与此同时所述计数器counter开始计数；重复上面的过程，外接参考电容Cmod上电压会持续上升，上升到Vc时比较器comp翻转，计数器counter使能关闭。该过程中第一开关Φ1、第二开关Φ2的开关频率与计数器counter时钟频率同为f，Cx和第一开关Φ1、第二开关Φ2等效于一个充电电阻，其阻值R_Cx＝1/fCx，其等效电路图如图3所示。

优选地，还包括第三步，当手指触摸时，触摸通道电容Cx电容值增加，其等效电阻R_Cx阻值减小，外接参考电容Cmod上电压会更快的上升到Vc，使得计数使能有效时间减短，计数值减小。

图4示出了触摸按键模块的电路实现图。优选地，所述开关模块具有n个触摸通道，每个触摸通道均具有第一开关(TH1Φ1…THnΦ1)、第二开关(TH1Φ2…THnΦ2)和触摸通道电容(Cr1…Crn)，其中n为大于等于1的正整数。

根据触摸按键模块的电路实现图，以及电容充放电公式，可以推导出触摸按键模块的计数值与通道电容关系的公式如下：

由此可以推导得到：

通常在触摸应用中，各触摸通道的感应电极大小形状基本一致，覆盖电极上的面板材质厚度也相同，所以触摸时ΔCx是基本一致的且远小于Cx。把触摸通道没有触摸时得到的基值为N，根据上面公式可以推导得到不同触摸通道在有手指触摸时，计数值变化量的关系：

可见，ΔN就可以作为通道的触发阈值，因此在MCU的程序中可设定一个参考触摸通道和其触发阈值，然后根据各通道的基值和参考通道触发阈值来计算并设置其它触摸通道的触发阈值，使各触摸通道灵敏度保持一致。

利用上述触摸按键装置，本实用新型的实施例还提供了一种灵敏度自动调整方法。具体如图5所示，根据本实用新型实施例所述的灵敏度自动调整方法包括以下步骤：

S1、对触摸按键装置上电复位初始化，配置触摸模块参数；

优选地，所述步骤S1中配置触摸模块参数是通过在MCU中设定一个参考触摸通道，包括有参考通道基值Ns和参考通道触发阈值ΔNs。

S2、使能化触摸模块，轮流开启各触摸通道，获取各触摸通道的基值；

S3、计算参考通道基值平方Ns²、一通道基值平方N1²，然后N1²乘以参考通道触发阈值再除以Ns²的商，即为一通道的触发阈值；

优选地，所述步骤S3中计算一通道的触发阈值是根据触摸模块计数值和电容充放电关系进行推导出来的，根据各触摸通道的基值和参考通道触发阈值来计算并设置其它触摸通道的触发阈值，使各触摸通道的灵敏度保持一致。

S4、重复步骤S3的计算过程，得到所有触摸通道的触发阈值并存储；

S5、进入触摸扫描控制及状态控制处理；

S6、检查参考所有的触摸通道是否都处于稳定态，若是则返回步骤S3，若否则返回步骤S5。

综上所述，借助于本实用新型的上述技术方案，通过本实用新型的装置及方法，能够根据设定的参考触摸通道和参考触发阈值，然后根据各通道的基值和参考通道触发阈值来计算并设置其它触摸通道的触发阈值，使各触摸通道灵敏度自动调整以保持一致。本实用新型的触摸按键装置结构简单，实现容易，其能灵敏度自动调整以保持一致，从而提高触摸按键的灵敏度，增加触摸的可靠性和精确性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种触摸按键装置，其特征在于，包括触摸按键模块和MCU(微处理器)，

其中所述触摸按键模块用于将触摸通道电容转换为一确定的数值，所述数值随着触摸通道电容的变化而变化；

所述MCU连接至所述触摸按键模块，用于控制触摸按键模块开启转换的时间，转换完成后读取并保存所述数值，然后根据所述数值的变化进行处理，判断触摸按键是否有效。

2.根据权利要求1所述的一种触摸按键装置，其特征在于，所述触摸按键模块包括开关模块、比较器comp、16位的计数器counter、时钟发生器CLK_GEN，

所述开关模块的输出端连接至所述比较器comp的反向输入端，所述比较器comp的正向输入端连接供电电压Vc，所述比较器comp的输出端连接至所述计数器counter的使能端，所述时钟发生器CLK_GEN为所述计数器counter提供时钟信号，所述计数器counter的输出端连接至所述MCU。

3.根据权利要求2所述的一种触摸按键装置，其特征在于，所述开关模块包括：第一开关Φ1、第二开关Φ2、第三开关Φ3、触摸通道电容Cx和外接参考电容Cmod；

所述第一开关Φ1的一端连接参考电压VREF，另一端连接至所述触摸通道电容Cx的上极板和所述第二开关Φ2的一端；所述第二开关Φ2的另一端连接至所述第三开关Φ3的一端和所述外接参考电容Cmod的上极板；所述触摸通道电容Cx的下极板、所述第三开关Φ3的另一端和所述外接参考电容Cmod的下极板均接地；所述外接参考电容Cmod的上极板连接至所述比较器comp的反向输入端。

4.根据权利要求3所述的一种触摸按键装置，其特征在于，当第三开关Φ3导通时，外接参考电容Cmod的电压降低到GND，随后第三开关Φ3断开；

然后第一开关Φ1导通，触摸通道电容Cx上电压上升到参考电压VREF后第一开关Φ1断开，接着第二开关Φ2导通，触摸通道电容Cx上电荷与外接参考电容Cmod分享达到相同电压后第二开关Φ2断开，与此同时所述计数器counter开始计数；重复上面的过程，外接参考电容Cmod上电压会持续上升，上升到Vc时比较器comp翻转，计数器counter使能关闭。

5.根据权利要求4所述的一种触摸按键装置，其特征在于，当手指触摸时，触摸通道电容Cx电容值增加，其等效电阻RCx阻值减小，外接参考电容Cmod上电压会更快的上升到Vc，使得计数使能有效时间减短，计数值减小。

6.根据权利要求5所述的一种触摸按键装置，其特征在于，所述开关模块具有n个触摸通道，每个触摸通道均具有第一开关(TH1Φ1…THnΦ1)、第二开关(TH1Φ2…THnΦ2)和触摸通道电容(Cr1…Crn)，其中n为大于等于1的正整数。