基于嵌入式技术的感应按键设计 (2)

3 硬件设计

基于ATmega48的感应按键，在硬件设计上非常简单，每路按键只需要一个电阻和一个电容即可实现。通常情况下，感应电极一般以铜箔形式分布在印刷电路板上，可以根据具体的应用需要将感应电极设计成不同的尺寸和形状。同时，采用金属弹簧或者导电海绵等具有导电功能的介质，能够将按键延伸到合适的长度或高度，如图2所示。

图2 采用金属弹簧延伸的感应电极

图3 硬件原理图

典型应用情况下，采样电容C1或C2采用22 nF，限流电阻R1或R2采用1 kΩ。但是实际应用系统中需要根据感应按键的灵敏度，对采样电容的容值和限流电阻的阻值进行调整，以达到最佳效果。硬件原理图如图3所示。

4 函数库安装与软件配置

要把ATmega48单片机的I/O口作为感应按键输入口来使用，首先需要安装QTouch函数库Atmel_QTouch_Libraries，目前比较新的函数库版本是4.3。安装完毕后，需要将与单片机对应的库文件加载到工程中。Atmel公司的集成开发环境AVR Studio提供了便捷的设置，新建一个工程后，可在Project→Configuration Options→Libraries界面中添加函数库链接文件。

其次，需要对I/O口进行配置。在工程配置(Project→Configuration Options→Custom Options)界面设置相应的宏定义参数即可，如图4所示。

图4 AVR Studio工程配置界面

D_QTOUCH_：需要使用QTouch函数库。

DSNSK=C和DSNS=C：表示将ATmega48 PC口设置为感应按键口。

DQT_NUM_CHANNELS=4：表示最大可用通道数量。

DQT_DELAY_CYCLES=1：表示采样电容充放电周期时间。

另外，在应用系统源程序中需要加入库函数的头文件。代码如下：

#include "touch_api.h"

5 系统应用

应用流程如图5所示。在系统初始化之后，首先调用config_sensors()函数将需要的I/O口配置成感应按键的采样口，并对各个感应按键的各个状态进行初始化。然后是设置感应参数，这些参数包括按键校准阈值、正向漂移值、负向漂移值、最大连续感应时间等。最后，在应用系统的主程序中，需要周期地调用库函数qt_measuer_channels()对感应信号进行测量，并检测按键的状态。

图5 QTouch应用流程

需要注意的是，感应按键采集使用了系统的一个定时器中断，因此，应用系统中的中断程序会对其造成一定的影响。这就要求在按键感应的过程中，应用系统的中断服务程序的处理时间越短越好。在电容感应工作的时候，中断服务程序处理时间不应该超过1 ms，否则将严重影响感应按键的灵敏度，甚至会导致感应按键失灵。

应用系统程序如下：

int main( void ){

init_system();/*系统初始化*/

config_sensors();/*将I/O口配置成感应按键*/

qt_init_sensing();/*初始化感应传感器*/

qt_set_parameters();/*感应参数设置*/

init_timer_isr();/*用于感应按键的定时器设置*/

qt_filter_callback = 0;/*滤波参数选择*/

__enable_interrupt();/*使能定时器中断*//*应用程序主循环 */

while (1) {

if( time_to_measure_touch ) {

time_to_measure_touch = 0u; /*继续下一个采集周期*/

qt_measure_sensors( current_time_ms_touch );/*感应检测 */

}

KeyBuff = (qt_measure_data.qt_touch_status.sensor_states[0]);/*获取感应按键状态*/

……/*系统应用程序*/

}

}

6 结语

基于Atmel QTouch技术的嵌入式感应按键设计，简化了设计难度，降低了系统的应用成本，节省了印刷电路板的尺寸空间，系统应用稳定，可灵活应用于各类电子产品中。