1  引言

　　感應(yīng)按鍵技術(shù)是一項(xiàng)新興的技術(shù),，如今已經(jīng)被廣泛用于各種產(chǎn)品。特別是近兩年來,，采用感應(yīng)按鍵的家電產(chǎn)品呈現(xiàn)雨后春筍般的繁盛景象,。目前，市面上的這類產(chǎn)品主要有智能電冰箱,、數(shù)字液晶電視,、熱水器、電熱爐等家電產(chǎn)品,。采用感應(yīng)式按鍵的家電產(chǎn)品,，可以設(shè)計(jì)出靚麗的控制面板，同時(shí),，與機(jī)械式按鍵相比具有更長的使用壽命,。

　　目前，感應(yīng)按鍵的應(yīng)用方式主要有兩大類：

　?、?采用專用芯片,，比如昆騰公司的感應(yīng)按鍵芯片QT240、QT1101,，以及康拓斯公司的CT1008等,。這類芯片內(nèi)部固化了處理感應(yīng)按鍵的軟件,，能夠?qū)Π存I感應(yīng)電極（金屬彈簧或?qū)щ姾＞d）的信號進(jìn)行采集和分析,，最終將分析的結(jié)果以高低電平形式輸出到應(yīng)用系統(tǒng)的處理器I/O口。比如，當(dāng)手靠近感應(yīng)電極的時(shí)候輸出高電平,，遠(yuǎn)離感應(yīng)電極的時(shí)候輸出低電平,。這類芯片外圍需要少量的分立器件，實(shí)際使用時(shí)要根據(jù)應(yīng)用場合對這些外圍器件的參數(shù)進(jìn)行微調(diào),，以達(dá)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(yīng)按鍵的軟件部分嵌入到單片機(jī)程序中,，用戶如果需要用到感應(yīng)按鍵，只需要在單片機(jī)開發(fā)環(huán)境里將需要的I/O口配置為感應(yīng)按鍵的輸入口,，同時(shí)系統(tǒng)通過調(diào)用芯片廠家提供的函數(shù)庫接口來讀取感應(yīng)按鍵的結(jié)果,。基于Atmel公司ATmega系列單片機(jī)的感應(yīng)按鍵就是屬于這種應(yīng)用方式,，它是將其QTouch技術(shù)的軟件代碼以庫函數(shù)接口形式提供給用戶使用,。

　　2  QTouch技術(shù)

　　QTouch技術(shù)是Atmel公司觸摸技術(shù)部前身Quantum開發(fā)的一項(xiàng)技術(shù)。所開發(fā)的集成電路技術(shù)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(qū)域,，該電極可以通過金屬彈簧或者導(dǎo)電海綿來延伸應(yīng)用空間。在1個(gè)或多個(gè)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(dǎo)致在該點(diǎn)影響電荷流的外部電容,，作為一個(gè)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(shí)可以消除靜電脈沖或瞬時(shí)無意識觸摸/接近引起的假觸發(fā)。

　　圖1  QTouch技術(shù)示意圖

　　QTouch傳感器可以驅(qū)動單按鍵或多按鍵,。在用多按鍵時(shí),，可以為每個(gè)按鍵設(shè)置一個(gè)單獨(dú)的靈敏電平?？梢杂貌煌笮『托螤畹陌存I來滿足功能和審美要求,。QTouch技術(shù)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(shè)備或電氣裝置來啟動系統(tǒng)功能。為了實(shí)現(xiàn)良好的電磁兼容,，QTouch傳感器采用擴(kuò)頻調(diào)制和稀疏,、隨機(jī)充電脈沖（脈沖之間具有長延遲）。單個(gè)脈沖可以比內(nèi)部串脈沖間隔短5%或更短,。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是交叉?zhèn)鞲衅鞲蓴_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(huán)境條件改變）具有自動漂移補(bǔ)償,。這些器件不需要線圈、振蕩器,、RF元件,、專門纜線、RC網(wǎng)絡(luò)或大量的分立元件,。

　　3  硬件設(shè)計(jì)

　　基于ATmega48的感應(yīng)按鍵,，在硬件設(shè)計(jì)上非常簡單，每路按鍵只需要一個(gè)電阻和一個(gè)電容即可實(shí)現(xiàn),。通常情況下,，感應(yīng)電極一般以銅箔形式分布在印刷電路板上，可以根據(jù)具體的應(yīng)用需要將感應(yīng)電極設(shè)計(jì)成不同的尺寸和形狀,。同時(shí),，采用金屬彈簧或者導(dǎo)電海綿等具有導(dǎo)電功能的介質(zhì)，能夠?qū)存I延伸到合適的長度或高度,，如圖2所示,。

　　圖2  采用金屬彈簧延伸的感應(yīng)電極

　　圖3  硬件原理圖

　　典型應(yīng)用情況下，采樣電容C1或C2采用22 nF,，限流電阻R1或R2采用1 kΩ,。但是實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中需要根據(jù)感應(yīng)按鍵的靈敏度，對采樣電容的容值和限流電阻的阻值進(jìn)行調(diào)整,，以達(dá)到最佳效果,。硬件原理圖如圖3所示。

　　4  函數(shù)庫安裝與軟件配置

　　要把ATmega48單片機(jī)的I/O口作為感應(yīng)按鍵輸入口來使用,，首先需要安裝QTouch函數(shù)庫Atmel_QTouch_Libraries,，目前比較新的函數(shù)庫版本是4.3。安裝完畢后,，需要將與單片機(jī)對應(yīng)的庫文件加載到工程中,。Atmel公司的集成開發(fā)環(huán)境AVR Studio提供了便捷的設(shè)置，新建一個(gè)工程后,，可在Project→Configuration Options→Libraries界面中添加函數(shù)庫鏈接文件,。

　　其次,，需要對I/O口進(jìn)行配置。在工程配置（Project→Configuration Options→Custom Options）界面設(shè)置相應(yīng)的宏定義參數(shù)即可,，如圖4所示。

　　圖4  AVR Studio工程配置界面

　　D_QTOUCH_：需要使用QTouch函數(shù)庫,。

　　DSNSK=C和DSNS=C：表示將ATmega48 PC口設(shè)置為感應(yīng)按鍵口,。

　　DQT_NUM_CHANNELS=4：表示最大可用通道數(shù)量。

　　DQT_DELAY_CYCLES=1：表示采樣電容充放電周期時(shí)間,。

　　另外,，在應(yīng)用系統(tǒng)源程序中需要加入庫函數(shù)的頭文件。代碼如下：

　　#include "touch_api.h"

　　5  系統(tǒng)應(yīng)用

　　應(yīng)用流程如圖5所示,。在系統(tǒng)初始化之后,，首先調(diào)用config_sensors（）函數(shù)將需要的I/O口配置成感應(yīng)按鍵的采樣口，并對各個(gè)感應(yīng)按鍵的各個(gè)狀態(tài)進(jìn)行初始化,。然后是設(shè)置感應(yīng)參數(shù),，這些參數(shù)包括按鍵校準(zhǔn)閾值、正向漂移值,、負(fù)向漂移值,、最大連續(xù)感應(yīng)時(shí)間等。最后,，在應(yīng)用系統(tǒng)的主程序中,，需要周期地調(diào)用庫函數(shù)qt_measuer_channels（）對感應(yīng)信號進(jìn)行測量，并檢測按鍵的狀態(tài),。

　　圖5  QTouch應(yīng)用流程

　　需要注意的是,，感應(yīng)按鍵采集使用了系統(tǒng)的一個(gè)定時(shí)器中斷，因此,，應(yīng)用系統(tǒng)中的中斷程序會對其造成一定的影響,。這就要求在按鍵感應(yīng)的過程中，應(yīng)用系統(tǒng)的中斷服務(wù)程序的處理時(shí)間越短越好,。在電容感應(yīng)工作的時(shí)候,，中斷服務(wù)程序處理時(shí)間不應(yīng)該超過1 ms，否則將嚴(yán)重影響感應(yīng)按鍵的靈敏度,，甚至?xí)?dǎo)致感應(yīng)按鍵失靈,。

　　應(yīng)用系統(tǒng)程序如下：

　　int main（ void ）{

　　init_system（）；/*系統(tǒng)初始化*/

　　config_sensors（）,；/*將I/O口配置成感應(yīng)按鍵*/

　　qt_init_sensing（）,；/*初始化感應(yīng)傳感器*/

　　qt_set_parameters（）；/*感應(yīng)參數(shù)設(shè)置*/

　　init_timer_isr（）,；/*用于感應(yīng)按鍵的定時(shí)器設(shè)置*/

　　qt_filter_callback = 0;/*濾波參數(shù)選擇*/

　　__enable_interrupt（）,；/*使能定時(shí)器中斷*//*應(yīng)用程序主循環(huán) */

　　while （1） {

　　if（ time_to_measure_touch ） {

　　time_to_measure_touch = 0u; /*繼續(xù)下一個(gè)采集周期*/

　　qt_measure_sensors（ current_time_ms_touch ）,；/*感應(yīng)檢測 */

　　}

　　KeyBuff = （qt_measure_data.qt_touch_status.sensor_states[0]）；/*獲取感應(yīng)按鍵狀態(tài)*/

　　……/*系統(tǒng)應(yīng)用程序*/

　　}

　　}

　　6 結(jié)語

　　基于Atmel QTouch技術(shù)的嵌入式感應(yīng)按鍵設(shè)計(jì),，簡化了設(shè)計(jì)難度,，降低了系統(tǒng)的應(yīng)用成本，節(jié)省了印刷電路板的尺寸空間,，系統(tǒng)應(yīng)用穩(wěn)定,，可靈活應(yīng)用于各類電子產(chǎn)品中。