?MSP430電容觸摸?是指使用MSP430微控制器(MCU)實現(xiàn)的電容觸摸感應(yīng)技術(shù)。MSP430系列MCU以其低功耗和豐富的外設(shè)模塊著稱，特別適用于電容觸摸應(yīng)用。其中，MSP430FR2512是一款超低功耗的MCU，采用CapTIvate?觸摸技術(shù)，適用于1至16個電容式按鈕或接近感應(yīng)功能的成本敏感型應(yīng)用?1。

MSP430電容觸摸技術(shù)主要通過感知電容的變化來檢測手指的接近或觸摸動作。當(dāng)手指觸摸電極時，電極上的電容值會發(fā)生變化，這種變化可以通過MCU內(nèi)部的檢測電路捕捉和測量。例如，PIN Relaxation Oscillator方式通過測量震蕩頻率的變化來判斷觸摸事件的發(fā)生?2。

MSP430電容觸摸技術(shù)廣泛應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品中，從小型電燈開關(guān)到大型平板電腦、觸摸桌等。其低功耗和簡化電路設(shè)計的特性使得它在需要人機(jī)交互且對功耗有嚴(yán)格要求的設(shè)備中尤為適用?2。MSP430電容觸摸技術(shù)的優(yōu)勢低功耗?：MSP430系列MCU在觸摸喚醒狀態(tài)下功耗極低，僅為4 μA，而在休眠狀態(tài)下更是可以達(dá)到36 nA?1?？垢蓴_能力強(qiáng)?：支持金屬觸摸和防水設(shè)計，能夠抵抗電磁干擾、油、水和油脂等環(huán)境影響?1設(shè)計靈活?：支持自電容和互電容電極的混合使用，能夠?qū)崿F(xiàn)多點觸控功能?1。?易于使用?：CapTIvate Design Center提供了PC GUI，工程師可以無需編寫代碼即可實時設(shè)計和調(diào)整電容式按鈕?1。

電容觸摸技術(shù)作為一種實用、時尚的人機(jī)交互方式，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到各種電子產(chǎn)品，小到電燈開關(guān)，大到平板電腦、觸摸桌等。隨之而來的是考驗產(chǎn)品設(shè)計者如何發(fā)揮智慧，在把產(chǎn)品用戶界面設(shè)計得方便簡潔的同時，又能呈現(xiàn)產(chǎn)品絢麗的外觀，從而帶來良好的用戶體驗。

LED顯示由于界面友好，可以實時反映觸摸的位置信息，在電容觸摸產(chǎn)品設(shè)計中得到廣泛應(yīng)用。本設(shè)計正是利用了大量的LED來實現(xiàn)呼吸燈、軌跡燈的特效，可以為例如燈光、音量、溫度等帶有調(diào)節(jié)功能的產(chǎn)品提供設(shè)計參考。

德州儀器的MSP430系列單片機(jī)以低功耗和外設(shè)模塊的豐富性而著稱，而針對電容觸摸應(yīng)用，MSP430的PIN RO電容觸摸檢測方式支持IO口直接連接檢測電極，不需要任何外圍器件，極大的簡化了電路設(shè)計，而本設(shè)計文檔中使用的MSP430G2XX5更支持多達(dá)32個IO口，可驅(qū)動24個以上的LED燈，達(dá)到理想的顯示效果。

1.電容觸摸轉(zhuǎn)輪實現(xiàn)方案

MSP430電容觸摸轉(zhuǎn)輪方案通過4個IO口完成4個通道的電容檢測，配合特殊的電極圖形，就可實現(xiàn)轉(zhuǎn)輪的設(shè)計。

1.1 電容觸摸實現(xiàn)原理

MSP430根據(jù)型號的不同支持多種電容觸摸檢測方式，有RC震蕩、比較器、PIN RO， 本設(shè)計使用的是PIN Relaxation Oscillator方式，芯片管腳內(nèi)部檢測電路由施密特觸發(fā)器、反向器，以及一個電阻組成，震蕩信號經(jīng)過施密特觸發(fā)器變成脈沖信號，再通過反向器反饋回RC電路，通過Timer_A對施密特觸發(fā)器的輸出進(jìn)行記數(shù)，再通過設(shè)置測量窗口Gate獲得記數(shù)的結(jié)果。當(dāng)手指觸摸電極，電極上的C產(chǎn)生變化，導(dǎo)致震蕩頻率改變，這樣在定長的測量窗口就能獲得不同的記數(shù)結(jié)果，一旦差值超過門限，結(jié)合一定的濾波算法判斷就可以觸發(fā)觸摸事件。

1.2 轉(zhuǎn)輪算法

將4個按鍵電極按照鋸齒狀交叉就形成了一個轉(zhuǎn)輪的電極，轉(zhuǎn)輪的大小根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計的需要可進(jìn)行適當(dāng)?shù)目s放，設(shè)計適合30mm左右直徑的轉(zhuǎn)輪。

當(dāng)用戶在轉(zhuǎn)輪上操作的時候，在手指對應(yīng)位置的電極會獲得最高的信號值，手指臨近的通道會有相對高的信號值，離手指最遠(yuǎn)的通道檢測到的信號值最小。

這時可以利用不同通道上信號值的不同計算出手指在轉(zhuǎn)輪或滑條上的位置。位置計算步驟如下：

a.用排序方法找出4 個電極中信號最大的電極

index = Dominant_Element(groupOfElements, &measCnt[0]);

b.將找到的這個電極的信號加上相鄰電極的信號

position = measCnt[index] + measCnt[index+1] + measCnt[index-1];

相加后的結(jié)果如果大于門限，就認(rèn)為有觸摸事件產(chǎn)生，繼續(xù)后續(xù)的位置計算。 把前后信號相加的原因是手指在操作的過程中有可能處于兩個電極中間，這樣兩個電極上得到的信號都不會很高，需要把信號相加才可以與門限做比較。

減少覆層的厚度;

增大Tx與Rx電極間的間距。需注意，雖然增大間距會減小CRT，從而在某種程度上提高檢測距離和靈敏度，但若手指無法同時觸及Tx與Rx，則靈敏度會相應(yīng)降低。通常，自感與互感型電容檢測時，手指觸摸產(chǎn)生的電容變化約為1pF。然而，自感的base電容(即觸摸前的電容值)往往高于互感的base電容。因此，互感型方案在靈敏度方面表現(xiàn)更佳，但同時也更易受到噪聲的干擾。在實際應(yīng)用中，自感型方案因其結(jié)構(gòu)簡單而得到廣泛應(yīng)用，而互感型方案則更多被用于矩陣按鍵，以支持超出電容觸摸IO口數(shù)的按鍵數(shù)量(自感型方案按鍵數(shù)受限)。

TI的電容觸摸感應(yīng)技術(shù)CapTIvate?，其核心原理在于電荷的轉(zhuǎn)移與采集。該技術(shù)包含兩大步驟：首先，為傳感器電容充電;隨后，將積累的電荷精準(zhǔn)轉(zhuǎn)移至內(nèi)部采樣電容。這一過程將持續(xù)進(jìn)行，直至兩側(cè)的電壓達(dá)到內(nèi)部比較器的觸發(fā)閾值。值得注意的是，達(dá)到這一閾值所需的電荷轉(zhuǎn)移次數(shù)，直接反映了傳感器電容的大小。當(dāng)人手觸摸電容傳感器時，其電容值會發(fā)生變化，這進(jìn)而導(dǎo)致達(dá)到閾值所需的電荷轉(zhuǎn)移次數(shù)發(fā)生改變。MCU通過監(jiān)測這一差異，便能感知觸摸事件的發(fā)生。

此外，MSP430微控制器內(nèi)部采用電流鏡技術(shù)，精細(xì)控制的輸入電流與的放電電流的比例關(guān)系，從而實現(xiàn)對的有效放大，進(jìn)一步拓展了量程范圍。對于自感檢測而言，傳感器電容與Tx I/O口的對地電容相等。通過充放電過程，將傳感器電容中的電荷轉(zhuǎn)移至內(nèi)部采樣電容。而互感檢測則略有不同，其傳感器電容由Tx與Rx兩I/O口之間的互電容決定。盡管互感檢測的電路結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，但其本質(zhì)仍是對地充放電。通過保持充放電前后對地電容兩端電壓的恒定，確保僅對互電容進(jìn)行電荷轉(zhuǎn)移，從而提高了檢測的準(zhǔn)確性。