STM32学习心得十九：电容触摸按键实验及相关代码解读

2023-09-16 03:32| 来源: 网络整理| 查看: 265

记录一下，方便以后翻阅~ 主要内容 1）电容触摸按键原理； 2）部分实验代码解读。实验内容手触摸按键后，LED1灯翻转。硬件原理图在这里插入图片描述上图，TPAD与STM_ADC用跳线帽相连，即TPAD与PA1引脚相连，而PA1引脚也可复用为TIM5_CH2（定时器5的通道2），因此可以用TIM5_CH2进行输入捕获来识别电容触摸。 1. 电容触摸按键原理 1.1 RC充放电电路原理 1.2 RC电路充放电公式

Vt = V0+（V1-V0）* [1-e(-t/RC)] 上式中：V0 为电容上的初始电压值； V1 为电容最终可充到或放到的电压值； Vt 为t时刻电容上的电压值。如果V0为0，也就是从0V开始充电。那么公式简化为： Vt= V1* [1-e(-t/RC)] 结论：同样的条件下，电容值C跟时间值t成正比关系，电容越大，充电到达某个临界值的时间越长。

1.3 电容充电时间与电容大小关系在这里插入图片描述 2. 电容触摸按键 2.1 电容触摸按键原理 R:外接电容充放电电阻； Cs:TPAD和PCB间的杂散电容； Cx:手指按下时，手指和TPAD之间的电容；开关：电容放电开关，由STM32 IO口代替。 2.2 检测电容触摸按键过程 2.2.1 TPAD引脚设置为推挽输出，输出0，实现电容放电到0； 2.2.2 TPAD引脚设置为浮空输入（IO复位后的状态）,电容开始充电； 2.2.3 同时开启TPAD引脚的输入捕获开始捕获； 2.2.4 等待充电完成（充电到底Vx,检测到上升沿）； 2.2.5 计算充电时间。没有按下的时候，充电时间为T1（default)。按下TPAD，电容变大，所以充电时间为T2。我们可以通过检测充放电时间，来判断是否按下。如果T2-T1大于某个值，就可以判断有按键按下。 3. 相关库函数 3.1 void TPAD_Reset(void)函数，作用：复位TPAD 设置IO口为推挽输出输出0，电容放电。等待放电完成之后，设置为浮空输入，从而开始充电。同时把计数器的CNT设置为0。 3.2 TPAD_Get_Val()函数，作用：获取一次捕获值（得到充电时间）复位TPAD,等待捕获上升沿，捕获之后，得到定时器的值，计算充电时间。 3.3 TPAD_Get_MaxVal()函数，多次调用TPAD_Get_Val函数获取充电时间，获取最大的值。 3.4 TPAD_Init()函数，作用：初始化TPAD 在系统启动后，初始化输入捕获。先10次调用TPAD_Get_Val()函数获取10次充电时间，然后获取中间N(N=8或者6）次的平均值，作为在没有电容触摸按键按下的时候的充电时间缺省值tpad_default_val。 3.5 TPAD_Scan()函数，作用：扫描TPAD 调用TPAD_Get_MaxVal函数获取多次充电中最大的充电时间，跟tpad_default_val比较，如果大于某个阈值tpad_default_val+TPAD_GATE_VAL，则认为有触摸动作。 3.6 void TIM5_CH2_Cap_Init(u16 arr,u16 psc)函数，作用：输入捕获通道初始化可以使用任何一个定时器。M3使用定时器5，M4使用的定时器2。 4. 程序思路在这里插入图片描述 5. 实验部分代码解读 5.1 tpad.h头文件

#ifndef __TPAD_H #define __TPAD_H #include "sys.h" //引用在别的文件中申明的变量tpad_default_cal// extern vu16 tpad_default_val; //*****函数一*****// //申明void TPAD_Reset(void)函数，无返回值，无入口参数// void TPAD_Reset(void); //*****函数二*****// //申明u16 TPAD_Get_Val(void)函数，返回u16数据格式的值，无入口参数// u16 TPAD_Get_Val(void); //*****函数三*****// //申明u16 TPAD_Get_MaxVal(u8 n))函数，返回u16数据格式的值，入口参数为8位的变量n// u16 TPAD_Get_MaxVal(u8 n); //*****函数四->初始化触摸按键*****// //申明u8 TPAD_Init(u8 psc)函数，返回u8数据格式的值，入口参数为8位的变量psc// u8 TPAD_Init(u8 psc); //*****函数五*****// //申明u8 TPAD_Scan(u8 mode)函数，返回u8数据格式的值，入口参数为8位的变量mode// u8 TPAD_Scan(u8 mode); //*****函数六*****// //申明void TIM5_CH2_Cap_Init(u16 arr,u16 psc)函数，无返回值，入口参数为16位的两个变量arr和psc// void TIM5_CH2_Cap_Init(u16 arr,u16 psc); #endif

5.2 tpad.c文件

#include "tpad.h" #include "delay.h" #include "usart.h" //定义TPAD_ARR_MAX_VAL为一常量，即0xFFFF// #define TPAD_ARR_MAX_VAL 0XFFFF //定义变量tpad_default_val=0，即空载时候(手没按下),计数器需要的时间// vu16 tpad_default_val=0; //*****函数一—>TPAD复位-void TPAD_Reset(void)*****// void TPAD_Reset(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; //定义GPIO初始化结构体// RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //使能PA端口时钟// //设置GPIOA.1为推挽输出// GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1; //PA1 端口配置 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //推挽输出 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //50MHz// GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_1); //PA.1输出0,放电// //等待5ms// delay_ms(5); TIM_SetCounter(TIM5,0); //将TIM5_CNT计数器寄存器的值设0// TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_IT_CC2|TIM_IT_Update); //清除定时器5的捕获2标志和更新标志// //设置GPIOA.1为浮空输入// GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING; //浮空输入// GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //再次初始化GPIOA0后，开始充电// } //*****函数二->获得TPAD捕获值-u16 TPAD_Get_Val(void)*****// //返回值：如果超时,则直接返回定时器5的计数值；如果没超时，则返回定时器5的CCR2寄存器的值// u16 TPAD_Get_Val(void) { TPAD_Reset(); //针对TIM5_SR状态寄存器，输入模式下，当第[2]位值CC2IF为1时，即通道2捕获到上升沿，则运行下述括号内代码，否则跳过// while(TIM_GetFlagStatus(TIM5, TIM_IT_CC2) == RESET) { //针对TIM5_CNT计数器寄存器，若TIM5_CNT的值大于TPAD_ARR_MAX_VAL-500，返回TIM5_CNT的值，表示超时了// if(TIM_GetCounter(TIM5)>TPAD_ARR_MAX_VAL-500)return TIM_GetCounter(TIM5); }; //若没超时，返回TIM5_CCR2的值// return TIM_GetCapture2(TIM5); } //*****函数三->读取n次，取最大值-u16 TPAD_Get_MaxVal(u8 n)*****// //返回值：n次读数里面读到的最大读数值res// u16 TPAD_Get_MaxVal(u8 n) { u16 temp=0; u16 res=0; while(n--) { temp=TPAD_Get_Val();//得到一次值 if(temp>res)res=temp; }; return res; } //*****函数四->初始化触摸按键-u8 TPAD_Init(u8 psc)*****// //作用：获得空载时触摸按键的取值// //返回值:0,初始化成功;1,初始化失败// u8 TPAD_Init(u8 psc) { u16 buf[10]; //一个16位，组数长度为10的变量组// u16 temp; //一个16位变量temp// u8 j,i; //两个8位变量j和i// TIM5_CH2_Cap_Init(TPAD_ARR_MAX_VAL,psc-1); //以1Mhz的频率计数 //10次for循环// for(i=0;i for(j=i+1;j temp=buf[i]; buf[i]=buf[j]; buf[j]=temp; } } } //*************************************// //******buf[2:7]六个数据加起来平均******// temp=0; for(i=2;iTPAD_ARR_MAX_VAL/2) return 1; return 0; } //*****函数五->扫描触摸按键-u8 TPAD_Scan(u8 mode)*****// //mode:0,不支持连续触发(按下一次必须松开才能按下一次);1,支持连续触发(可以一直按下)// //返回值:0,没有按下;1,有按下; // #define TPAD_GATE_VAL 100 //触摸的门限值,也就是必须大于tpad_default_val+TPAD_GATE_VAL,才认为是有效触摸.// u8 TPAD_Scan(u8 mode) { static u8 keyen=0; //0,可以开始检测;>0,还不能开始检测// u8 res=0; //res=0说明按键无效，res=1说明按键有效// u8 sample=3; //默认采样次数为3次 u16 rval; // if(mode) //mode:0,不支持连续触发// { sample=6; //支持连按的时候，设置采样次数为6次 keyen=0; //支持连按 } rval=TPAD_Get_MaxVal(sample); //连续采样三次，取最大值// if(rval>(tpad_default_val+TPAD_GATE_VAL)) //如果rval大于tpad_default_val+TPAD_GATE_VAL,则有效触摸// { if(keyen==0) //0,可以开始检测;>0,还不能开始检测// res=1; //当keyen==0,res至1，触摸有效// printf("r:%d\r\n",rval); keyen=3; //至少要再过3次之后才能按键有效// } if(keyen)keyen--; //keyen不等于0时，keyen减1// return res; //res=0说明按键无效，res=1说明按键有效// } //*****函数六->定时器2通道2输入捕获配置-void TIM5_CH2_Cap_Init(u16 arr,u16 psc)*****// void TIM5_CH2_Cap_Init(u16 arr,u16 psc) { //定义GPIO,TIM时基和TIM输入捕获三个初始化结构// GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; TIM_ICInitTypeDef TIM5_ICInitStructure; //使能TIM5时钟，使能GPIOA的端口时钟// RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM5, ENABLE); RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //设置GPIOA.1为浮空输入， GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //初始化TIM5时基// TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设定计数器自动重装值 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //预分频器 TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //TIM向上计数模式 TIM_TimeBaseInit(TIM5, &TIM_TimeBaseStructure); //初始化TIM5的捕获通道2// TIM5_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_2; //CC1S=01 选择输入端 IC2映射到TI5上 TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising; //上升沿捕获 TIM5_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI; TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1; //配置输入分频,不分频 TIM5_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x03; //IC2F=0011 配置输入滤波器 8个定时器时钟周期滤波 TIM_ICInit(TIM5, &TIM5_ICInitStructure); //使能定时器5// TIM_Cmd(TIM5,ENABLE ); }

5.3 main.c文件

#include "led.h" #include "delay.h" #include "key.h" #include "sys.h" #include "usart.h" #include "tpad.h" int main(void) { u8 t=0; delay_init(); //延时函数初始化 NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级，2位响应优先级 uart_init(115200); //串口初始化为115200 LED_Init(); //LED端口初始化 TPAD_Init(6); //初始化触摸按键 while(1) { //TPAD_Scan(1)支持连续触发，TPAD_Scan(0)不支持连续触发// if(TPAD_Scan(1)) //如果成功捕获到了一次上升沿，if返回1 { LED1=!LED1; //LED1取反// } t++; if(t==15) { t=0; LED0=!LED0; //LED0取反,提示程序正在运行 } delay_ms(10); } }

旧知识点 1）复习如何新建工程模板，可参考STM32学习心得二：新建工程模板； 2）复习基于库函数的初始化函数的一般格式，可参考STM32学习心得三：GPIO实验-基于库函数； 3）复习寄存器地址，可参考STM32学习心得四：GPIO实验-基于寄存器； 4）复习位操作，可参考STM32学习心得五：GPIO实验-基于位操作； 5）复习寄存器地址名称映射，可参考STM32学习心得六：相关C语言学习及寄存器地址名称映射解读； 6）复习时钟系统框图，可参考STM32学习心得七：STM32时钟系统框图解读及相关函数； 7）复习延迟函数，可参考STM32学习心得九：Systick滴答定时器和延时函数解读； 8）复习ST-LINK仿真器的参数配置，可参考STM32学习心得十：在Keil MDK软件中配置ST-LINK仿真器； 9）复习ST-LINK调试方法，可参考STM32学习心得十一：ST-LINK调试原理+软硬件仿真调试方法； 10）复习如何对GPIO进行复用及重映射，可参考STM32学习心得十二：端口复用和重映射； 11）复习中断相关知识，可参考STM32学习心得十三：NVIC中断优先级管理； 12）复习串口通信相关知识，可参考STM32学习心得十四：串口通信相关知识及配置方法； 13）复习外部中断一般配置，可参考STM32学习心得十五：外部中断实验； 14）复习通用定时器基本原理及实现方式，可参考STM32学习心得十八：通用定时器基本原理及相关实验代码解读。

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