2020年07月23日 | 基于STM8的电容触摸式感应按键软件库(TSSL)常见问题和解答

2020-07-23 来源：51hei

触摸感应库设计的用意是什么?
该软件可以使任何8-位的STM8和32-位的STM32微控制器成为一个电容触摸按键的控制器。该方案使得设计者能够通过采用触摸感应控制库来方便使用通用单片机来设计出高端的"外观和手感"的人性化接口来替代机电开关。设计者可以混合使用多种配置的触摸感应功能(触摸键、滚轮、滑条)和传统的MCU功能(通讯、LED控制、蜂鸣、LCD控制等等)。电容式触摸感应软件库仅是应用固件的一部分。成熟、稳定、灵活和高性能使得该方案可以方便实现和快速市场响应来开发出任何类型的应用，比如移动电话、厨房电气和打印机等等。

TSSL检测人手指电容的基本原理是什么？
对于人手的触摸的检测是通过监控由一个电阻和电极电容组成的RC网络的充电/放电时间的周期来获取的。

任何由于电极电容改变所引起的RC时间的改变被检测到后再经滤波最后通过专门的I/O或者I2C/SPI接口报告给主机系统。

采用最少量的元器件，仅仅只需要在每一个触摸通道上一个电阻就可以使能该功能。

RC 采集方法是基于 1976年的 US 专利，但是现在是到期不受保护的。

电极电容的工作原理是什么？
铜箔电极发出电场通过主要是由玻璃或者塑料作为电介质触面板，当一个手指触摸到面板上时由于人体和周边环境的耦合会增加电极的电容值少量几个pF，该增加的电容值通过触摸感应库被检测到。

哪些是推荐用来保护PCB电极的面板？
最重要的因素是面板的厚度和它的"ε"值(材料的介电常数)，充足的厚度和它的"ε"值是相互关联的。玻璃和塑料是常用的材质。例如：一块塑料面板可以达10mm的厚度，同时面板和PCB衬底之间的良好连接对于优化性能也是很重要的。最好的PSA(压敏粘合剂)胶水例子是：3M的 467 和 3M的468。

ST 会提供完整库的源代码给客户吗？
是的，提供的库源代码是采用C语言编写的。

该触摸感应软件库必须遵守授权许可吗？
是的，这是一个带许可的版权软件。当下载该库时，客户必须遵守授权许可来安装和使用该软件库。所提供的软件和相关的文档必须是专门用在由ST 微控制器组成的系统中的，不可以用来其他微控制器。

是否有一些特殊的软件算法来去除噪声干扰？
用户无需增加任何附加的软件层。
在TSSL中内嵌了2个数字滤波器，从而使得该软件方案对于噪声干扰非常稳定。
1.重复采样：对于每个通道执行多次的RC充电/放电采集来过滤高频噪声，从而给出一个精确的测量；
2.第二个功能是使用用户可编程的防抖滤波器来有助于过滤低频噪声。对于一次触摸被确定该数字滤波器机制要求连续执行多次检测。

在制造过程中需要校准吗？
不需要。校准处理已经是后台处理层的一部分，在MCU上电或者用户需要时按键是自动校准的。

该功能使触摸感应系统自动来适应最终的安装和环境条件。因此在制作过程中无需调整。

在产品应用时期，是否要采样什么特殊的功能来补偿环境的改变？

是的。为了避免由于供电的变化、电极电容、温度、湿度、污渍和其他环境影响导致检测失败或者无检测。在TSSL中环境改变系统(ECS)会自动补偿信号随时间的漂移。

有低功耗模式来降低功耗吗?
有。对于用户来说基本的MCU的低功耗模式都保持有效的。因此，通过在应用固件中周期性地插入一些低功耗模式，用户可以显著地减少平均功耗同时保持有效的触摸感应检测。
该平均功耗主要取决于目标MCU(运行时的IDD 值)和按键的数量，以及应用固件的总体。

哪些是按键的响应时间影响因素？

按键的响应时间取决于很多参数，比如通道数量、防抖滤波器的值、重复采样值、用户固件工作任务、电介质厚度、电极电容和电阻R的值。

如下公式可以用来估算最大的按键响应时间：
最大响应时间 = [(DF+1) x tS x NB_channels] + (DF x tU)
这里：
tS = 近似1ms (对于一个通道的标准 RC 采集时间)
NB_channels = 通道的编号
DF = 防抖动的滤波器的值(用户可编程)
tU = 用户固件的执行时间
例如：对于一个4个按键的应用：
DF = 2 (标准值)
tS = 4 ms
tU = 1 ms (例子/取决于应用)
响应时间 = 14 ms (在该配置情况下)

相对于竞争对手的大部分现成方案TSSL有哪些主要的优势？
相比于竞争对手建议的单独的或者特别应用的触摸感应IC时，开源的触摸感应软件的方案同众所周知微控制器架构结合，在应用方面提供更好的灵活性和稳定性。由于用户非常熟悉微控制器，因此可以通过简单配置、更改或者调整库来满足应用要求。

从系统层面来说，最重要性能是能通过特定内嵌的软件参数用户可配置的函数(降噪，滤波)来非常完美地控制的灵敏度、稳定性和抗噪声干扰。

相对于竞争对手提供的类似软件方案，一个关键的优势是内嵌在库中的校准和补偿那些由于环境改变而导致的信号漂移的特色，因此在生产过程或者使用的时候该"安全控制"有如一个先进的算法来确保随着时间流逝仍然有正确的触摸感应操作。

STM8 电容触摸式感应按键软件库 TSSL

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