电容式触摸按键系统及其微控制单元技术方案

本发明专利技术揭示了一种电容式触摸按键系统及其微控制单元，其包括：比较器，正向输入端耦接一参考信号；开关电路，包括第一逻辑控制开关、第二逻辑控制开关与第三逻辑控制开关，其中第一逻辑控制开关和第二逻辑控制开关以相同频率交替呈现闭合和断开状态，第三逻辑控制开关受控于比较器的输出信号；充电时间数据处理模块，信号连接比较器的输出端；比较器的负向输入端耦接一充放电电容端，且通过第一逻辑控制开关与第二逻辑控制开关耦接一电源供应端，且通过第三逻辑控制开关耦接一接地端，且通过第二逻辑控制开关耦接多个触摸按键端。该系统外围电路简单，电路成本低，解决了现有电容式触摸按键系统温漂大，成本高，调节复杂等问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及触摸按键制造领域，特别是涉及一种基于微控制单元的电容式触摸按 键系统及其微控制单元。
技术介绍
触摸控制根据其原理不同，可以分为电波式、电阻式、光学式、电容式、电感式和电 磁式等多种控制方式。每种控制方式有其各自的优缺点和适用场合。其中电容式触摸按键 由于其电路相对简单，只需要一个微处理器和一些外围电路就可实现对按键的触摸检测和 控制，因而适用于许多家用电器。电容式触摸按键的基本原理就是一个不断充电和放电的张弛振荡器。如果不触摸 开关，张弛振荡器有一个固定的充放电周期，频率是可以测量的。如果用手指接触开关，就 会增加触摸按键等效电容，充放电周期就会变长，频率就会相应减少。所以，通过测量充放 电周期或频率的变化，就可以侦测触摸动作。现有的电容式触摸按键系统，为了实现充放电电路，需利用若干个电阻和至少一 个充放电电容来实现外围电路，例如，申请号为200810006684.0的中国专利申请便揭露了 一种由电阻及充放电电容构成的外围电路。这种外围电路由于采用了较多的元器件，往往 会带来温漂大，成本高，调节复杂等问题。另外，触摸按键的性能优劣的关键评判标准是抗干扰能力和灵敏度。现有的触摸 按键系统是对按键等效电容的绝对值进行数据值的转换(例如，电容数字转换，CDC)及处 理，并以此作为判键的基准。而实验表明，印刷电路板(PCB)本身的杂散电容和布局会直接 影响到等效电容的取值大小，继而影响到判键的灵敏度。因此，采用基于触摸按键等效电容 绝对值的判键方法的代价是对PCB板更高的要求和在软件处理上更加复杂的调整算法(例 如，基于杂散电容偏置值的调整算法)。可见，现有的电容式触摸按键系统，外围电路除按键以外，还需要若干电阻和充放 电电容，这种外围电路较为复杂，且带来了温漂大，成本高，调节复杂等问题。另外，现有的 电容式触摸按键系统采用基于触摸按键等效电容绝对值的判键方法，其对PCB板的要求较 高，且在软件处理上需要更加复杂的调整算法，因而对软件资源的要求也较高，故而系统在 功能实现上难度大且成本高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种电容式触摸按键系统，以解决现有电容式触摸按键系 统由于外围电路复杂而导致的温漂大，成本高，调节复杂等问题。为解决以上技术问题，本专利技术提供一种电容式触摸按键微控制单元，其包括比较 器，其正向输入端耦接一参考信号；开关电路，包括第一逻辑控制开关、第二逻辑控制开关 与第三逻辑控制开关，其中第一逻辑控制开关和第二逻辑控制开关以相同频率交替呈现闭 合和断开状态，第三逻辑控制开关受控于比较器的输出信号；充电时间数据处理模块，信号连接所述比较器的输出端；所述比较器的负向输入端耦接一充放电电容端；所述比较器的 负向输入端通过第一逻辑控制开关与第二逻辑控制开关耦接一电源供应端；所述比较器的 负向输入端通过第三逻辑控制开关耦接一接地端；所述比较器的负向输入端通过第二逻辑 控制开关耦接多个触摸按键端。进一步的，所述的电容式触摸按键微控制单元还包括时钟延时模块，连接于所述 比较器输出端与充电时间数据处理模块之间，且比较器的输出信号通过该时钟延时模块后 控制所述第三逻辑控制开关。进一步的，所述参考信号为多档位可调信号。进一步的，所述第一逻辑控制开关和第二逻辑控制开关受控于同一个时钟信号。本专利技术另提供一种电容式触摸按键系统，包括微控制单元和外围电路，所述外围 电路包括多个触摸按键和一充放电电容；所述微控制单元包括比较器，其正向输入端耦 接一参考信号；开关电路，包括第一逻辑控制开关、第二逻辑控制开关与第三逻辑控制开 关，其中第一逻辑控制开关和第二逻辑控制开关以相同频率交替呈现闭合和断开状态，第 三逻辑控制开关受控于比较器的输出信号；充电时间数据处理模块，信号连接所述比较器 的输出端；所述比较器的负向输入端通过第一逻辑控制开关与第二逻辑控制开关耦接一电 源供应端；所述比较器的负向输入端通过第三逻辑控制开关耦接一接地端；所述比较器的 负向输入端通过第二逻辑控制开关耦接所述多个触摸按键及所述充放电电容。进一步的，所述微控制单元还包括时钟延时模块，连接于所述比较器输出端与充 电时间数据处理模块之间，且比较器的输出信号通过该时钟延时模块后控制所述第三逻辑 控制开关。进一步的，所述参考信号为多档位可调信号。进一步的，所述第一逻辑控制开关和第二逻辑控制开关受控于同一个时钟信号。进一步的，所述充放电电容为可调电容。进一步的，所述充放电电容的可调范围为2. 2nF至44nF。本专利技术的按键系统与传统的按键系统相比，外围电路简单，无需利用电阻即可实 现，温漂小，调节简单，成本低。附图说明图1为本专利技术一实施例所提供的电容式触摸按键系统的微控制单元的结构框图；图2为本专利技术一实施例所提供的触摸按键的外围电路的一种接线方式示意图；图3为本专利技术一较佳实施例所提供的电容式触摸按键系统的微控制单元的结构 框图；图4，其为本专利技术一实施例所提供的电容式触摸按键判键方法的流程示意图。 具体实施例方式为使本专利技术的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作 进一步的说明。本专利技术基于电容的充放电原理，在电容式触摸按键系统的微控制单元内集成了三 个逻辑控制开关，通过这些逻辑控制开关的开与闭来控制外围电路中的充放电电容的充电与放电，从而无需在外围电路设置电阻，减少了外围电路的复杂度，解决了现有电容式触摸 按键系统温漂大，成本高，调节复杂等问题。具体请参考图1，其为本专利技术一实施例所提供的电容式触摸按键系统的结构框图。 如图所示，该系统的微控制单元(MCU) 100包括比较器110、开关电路120和充电时间数据处 理模块130。其中开关电路120包括第一逻辑控制开关SW1、第二逻辑控制开关SW2与第三 逻辑控制开关SW3，其中第一逻辑控制开关SWl和第二逻辑控制开关SW2以相同频率交替呈 现闭合和断开状态，第三逻辑控制开关SW3受控于比较器110的输出信号。比较器的正向 输入端耦接一参考信号Vref ；其负向输入端耦接一充放电电容端PADC ；并通过第一逻辑控 制开关SWl与第二逻辑控制开关SW2耦接一电源供应端，通过第三逻辑控制开关SW3耦接 一接地端，通过第二逻辑控制开关SW2耦接多个触摸按键端PAD。充电时间数据处理模块 130信号连接比较器110的输出端，以处理充放电电容220的充电时间。以上电容式触摸按键系统基于电容的充放电原理，由微控制单元100内部的第一 逻辑控制开关SW1、第二逻辑控制开关SW2和触摸按键等效电容Cxn组成等效电阻Rx，与充 放电电容220构成RC充放电电路，由内建比较器110的输出状态控制内部第三逻辑控制开 关SW3，实现充放电电容220的放电。其中，在触摸按键功能打开后，正常工作的情况下，第 三逻辑控制开关SW3的高电平维持时间即为按键前后充放电电容220的充电时间，也是SW3 维持断开状态的时间。请参考图2，其为以上触摸按键的外围电路的一种接线方式实例，其中TKl至TK20 代表其外围20个触摸按键，C为外围充放电电容。从图中可以看出，采用以上结构后，外围 电路无需再设置电阻，电路成本低，且大大简化了外围电路的布局和设计。而且，微控制单 元内部功能电路实现简单，仅需三个逻辑控制开关，一个比较器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电容式触摸按键微控制单元，其特征是，包括：比较器，其正向输入端耦接一参考信号；开关电路，包括第一逻辑控制开关、第二逻辑控制开关与第三逻辑控制开关，其中第一逻辑控制开关和第二逻辑控制开关以相同频率交替呈现闭合和断开状态，第三逻辑控制开关受控于比较器的输出信号；充电时间数据处理模块，信号连接所述比较器的输出端；所述比较器的负向输入端耦接一充放电电容端；所述比较器的负向输入端通过第一逻辑控制开关与第二逻辑控制开关耦接一电源供应端；所述比较器的负向输入端通过第三逻辑控制开关耦接一接地端；所述比较器的负向输入端通过第二逻辑控制开关耦接多个触摸按键端。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：荆玉珂，许成珅，曹中信，黄智，
申请(专利权)人：中颖电子有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]