触摸控制是怎么实现的？电容式触摸感应原理详解一看就懂

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触摸感应的原理是什么样的呢？怎么样实现触摸控制的呢？欢迎大家留言讨论哦。

触摸感应主要分为：

目前应用最广泛的是电容式触摸感应，下面就给大家揭开电容式触摸感应的面纱。电容式触摸感应顾名思义就是需要电容。电容有什么作用呢？电容可以存储电荷。其实电容式触摸感应就是利用电容存储电荷和电荷可以转移原理来实现的。

首先先分析一下电荷转移是一个怎么样的过程

电荷转移过程示意图如下：

电荷转移过程示意图

说得简单一点就是：电荷通过导体从高电势的一端运动到低电势的一端，最终达到平衡。

电荷转移的过程如下图：

电荷转移的过程

当了解了电荷转移原理，就可以通过电荷转移获得电容值了

当我们知道怎么测出待测电容后，就可以进行电容式触摸感应检测了。

电荷转移的次数稳定

电荷转移的次数变少

现在市场上的各种品牌的单片机基本上都有带电容触摸功能的系列，触摸功能都是硬件实现，并提供软件库给开发工程师使用的。所以大家了解明白基本原理就可以了，也不需要自行用I/O来搭建触摸检测电路来做电容触摸感应检测 。

市场上也有很多电容触摸感应的专用IC可选用，基本不用连接外围元件，直接可以将电容触摸感应转换成电平信号，非常好用。

电容感应按键原理图

当然电容触摸感应也有它的缺点。水、油这些东西对它有很大的影响，用非导体或者戴上手套进行接触没反应了。电容触摸感应按键在PCB布线上也是有很多注意事项和要求的，实现电容触摸感应很容易，但要做出稳定、可靠的电容触摸感应按键还是要有点技术要求的。

后面本头条号@电子产品设计方案会持续分享电容触摸感应PCB布线的经验和其它各种触摸感应的原理和方案。请大家记得时刻关注哦。

单片机实例分享，触摸式电钢琴

我这次带来的是一款触摸式电钢琴，细心的读者可能会注意到，我用的词是“电钢琴”而不是“电子琴”，这两者有区别吗?我的回答是肯定的，因为这正是本作品的亮点所在。用单片机演奏音乐大家肯定都不会陌生，用单片机内部的定时器，送入不同的频率，每一个频率对应着一个音调，然后按照事先编排好的顺序驱动蜂鸣器发声，就可以演奏出音乐了。至于电子琴，只需要把不同的频率映射到对应按键上即可。之所以说是电子琴，是因为这种方法只能演奏出单调的方波音频。想不想让声音不再单调，而是发出动听的钢琴音色呢?如果想的话，请拿出你的热情，打开你的电烙铁开关，跟我一起往下制作吧!

制作所需的元器件如表9.1所示。本着精简制作的原则，笔者用到的都是很普通的元器件，数量也很少，所以硬件制作的难度不是很大。连接部分则是过锡走线加飞线的方法，烙铁温度在350℃左右即可。电路图如图9.1所示，值得说明的一点是，图中的矩阵触摸按键这里只画出了1组，其实有3组，公共端分别与P0.0、P2.2、P2.1连接。剩下部分的电路都很明了，有创造力的朋友看电路图自行发挥就好，新手可以参考一下我的布局。

表9.1 制作所需的元器件

图9.1 电路原理图

先把打印好的琴键图片裁好，用双面胶贴在洞洞板上，如图9.2所示。

图9.2 在洞洞板上贴琴键图片

怎么样，是不是很有电钢琴的样子?你说触摸按键在哪里?别着急，让我请出下面这位特别来宾——钉书针。为了整个制作的美观和手感，触摸点的选取费了我很大的心思，试了很多种导体都无法达到满意的效果，直到有一天无意中把钉书针掉在了洞洞板上，我发现它那细长又导电的身体，长度刚刚好可以插进洞洞板，才有了这个有趣的设计。如图9.3所示，按照琴键的位置插好钉书针，并在背面压紧。

以此类推，完成36个键不会像你想象的那么枯燥，美妙的琴声在等着你。之后用双面胶把扬声器粘在板子正面，并完成扬声器导线、单片机、下载口、拨动开关、耳机插座、LED、功放芯片以及电解电容的焊接。焊接好的样子如图9.4所示。

图9.3 插入钉书钉

图9.4 焊接好的琴键

接下来是触摸按键矩阵与单片机的连接，我的方法是过锡加飞线。先把单片机正下方的一组矩阵按键与两边矩阵的公共端过锡连接到I/O口上(见图9.5)，然后用免刮漆包线把两侧矩阵要与I/O连接的地方同中间过锡部分连接起来(见图9.6)。

图9.5 洞洞板焊接面的过锡

图9.6 用免刮漆包线进行飞线连接

到这里，原本硬件制作部分就应该完成了，但是在后期测试的过程中，总会有上电时乱响的情况。仔细思考后，发现了问题所在：因为触摸按键是基于增强型51单片机的I/O口高阻状态(下文会详细介绍)，这种状态对电流的波动很敏感，会受到电源杂波的干扰。所以在正极和地之间加了一个0.1μF电容，效果有很大好转。顺便一提，使用电池供电效果最好。

到此就剩下载程序了，可以到qq群657864614下载相关程序，然后用STC-ISP软件下载到单片机里。注意，如果单片机是新的或者上一次使用连接了晶体振荡器的话，要先连接好晶体振荡器才能下载程序。软件设置如图9.7所示。

图9.7 软件设置

如果我现在结尾，肯定有人说我不地道，因为大家最想听的软件原理我还没有说明。别急，听我娓娓道来。

先说触摸吧，前面提到I/O口的高阻状态，在这种状态下I/O口对电流很敏感，那是不是只要接触I/O口，就能用人体的生物电完成触摸了呢?哎，好事多磨，虽然它很敏感，但是生物电的强度还是不能稳定地被感应。怎么办呢?冷静下来想一想，只要再请一个强推状态的I/O口来帮忙就好办了。所谓强推状态，就是比普通准双向I/O口上拉能力强很多的一种状态。这样，在我们同时触碰这两个I/O时，强推I/O口的电流就通过皮肤流入高阻状态的I/O口，从而读到电平变化，实现触摸操作。

这么好用的功能怎么设置呢，大家可以参照STC数据手册里的设置方法。当我们用C语言设置I/O状态时，只需向P*M1、P*M0赋值(0x开头的16进制格式)即可，如图9.8所示。

图9.8 用C语言设置功能

接下来到了发音部分。把要播放的音频先在电脑上用专业的音频软件转换成 ASCII Test 数据，稍加改造变成数组后放入单片机 60KB 的 ROM 里，配合 PWM 解码程序，一个在你进门时甜美地说出“你好，欢迎光临”，一个则是在你触摸琴键后发出钢琴的音色。

专业的音频软件有很多，我用的是一款名为“Adobe Audition 3.0”的软件。简洁的界面、强大的功能，都是我选择它的原因。接下来要讲的是使用方法，准备好从网上下载到的音频，你可以用鼠标拖入音轨中，也可以对着一条空音轨单击“右键→插入→音频”来把你的音频放入音轨中。这时音轨可能没有紧贴前端，这样会制造出一段空白音频，这部分不但影响正常工作，还很占空间，用右键点住它向前拖动，直到与前端紧贴，如图9.9所示。

之后双击“音频”，进入编辑模式。在这个模式下，我们要做的是删除空白和扩大音量。向上滚动滑轮，让时间间隔变小，前端的空白就会变得明显，去除它的原因跟上面一样。我们用左键框选出空白部分，然后单击“右键→剪切”来删除空白，如图9.10所示。

图9.9 Adobe Audition3.0界面

图9.10 删除空白音频

随后按“Ctrl+A”快捷键全选波形，单击左边效果栏里的“放大”，调整好合适的放大倍数后，单击“确认”，以完成放大操作，见图9.11。

图9.11 扩大音量

单击左上角的“文件→另存为”，这时会弹出一个选择格式和保存路径的窗口，下方的保存类型我们选择“ACW波形(*.wav)”，单击下方的选项，滤波器处改为“PCM”，属性处改为“8.000kHz，8位，单声道”，然后“确定→保存”，如果弹出窗口点击确定即可，见图9.12。这样就把音频转成了8位单声道，为后面的数据表文件做好了准备。

图9.12 保存音频文件

接下来软件会自动载入刚刚保存的音频，再单击左上角的“文件→另存为”，在弹出的窗口里选择“ASCII 文本数据(*.txt)”，然后单击下方的选项，把两个勾选框的对勾都点掉，再单击“确定→保存”，就完成了ASCII Test数据的转换，如图9.13所示。

图9.13 ASCII Test数据转换

这样重复36次之后，我们就得到了36个音调的8位音频数据了。打开电钢琴的工程文件，在程序的C语言文件下方有36个用音调名命名的数据表文件。只要把刚刚生成的数据复制到对应数据表中就大功告成了。

不过要注意开始处数组的定义和每个数据后的逗号，编译器可不会被你的急切所打动。我这里只是抛砖引玉，感兴趣的话可以在网上找到更多乐器的音色，让它变得更好玩、更强大。在茶余饭后悄悄拿出它，为家人弹奏一曲。简单的儿歌，或者经典的旋律，不管你音乐水平的高低，总能在家人欢乐的笑声中感受到电子制作带给你的幸福!

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