【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，從而感應(yīng)到對(duì)電容式觸摸感應(yīng)器件的觸摸，實(shí)質(zhì)就是通過(guò)監(jiān)控由一個(gè)電阻和電極電容構(gòu)成RC網(wǎng)絡(luò)的充電/放電時(shí)間周期來(lái)檢測(cè)人手的觸摸。任意一個(gè)因?yàn)殡姌O電容的改變而引起的RC時(shí)間的改變被檢測(cè)出來(lái)后經(jīng)過(guò)濾波最終通過(guò)專門的I/O接口或SPI/I2C接口傳送給主機(jī)系統(tǒng)。該原理使用了最小量化的元器件，只需在每一個(gè)觸摸通道上連接一個(gè)電阻就能夠?qū)崿F(xiàn)該功能。CuPb電極發(fā)出的電場(chǎng)穿過(guò)主要由玻璃或者塑料構(gòu)成的電介質(zhì)接觸面板，當(dāng)一個(gè)手指觸摸到面板上時(shí)由于人體和周邊環(huán)境的耦合會(huì)增加電極的電容值少量幾個(gè)pF，增加的電容值就會(huì)通過(guò)觸摸感應(yīng)庫(kù)而被檢測(cè)出來(lái)。一個(gè)固定的電阻R對(duì)電極電容C進(jìn)行周期性地充/放電。電容的取值又以下幾個(gè)參數(shù)決定：1. 電極面積(A)；2. 絕緣體相對(duì)介電常數(shù)(εR)3. 空氣的相對(duì)濕度(ε0)4. 以及兩個(gè)電極之間的距離(d)由下列公式可得出電容值：圖34 RC網(wǎng)絡(luò)上的壓降在VIN上加以固定的電壓值，VOUT上的電壓值就會(huì)隨著C值的變化而發(fā)生相應(yīng)變化，如下圖變化曲線所示：圖35 電壓隨測(cè)量充電時(shí)間變化圖通過(guò)對(duì)VOUT的電壓達(dá)到最大值VTH時(shí)所需要充電時(shí)間tC的計(jì)算，就可以得到相應(yīng)的C值。在觸摸感應(yīng)的設(shè)計(jì)中，有兩部分組成電容值C，它們包括：固定電容，即電極電容CX以及人手或身體接觸或者靠近電極時(shí)，它們帶來(lái)的感應(yīng)電容CT。為了確保能夠檢測(cè)到人手觸摸信號(hào)，應(yīng)當(dāng)保證電極電容足夠的小和精確。平時(shí)人手觸摸與否，帶來(lái)的電極電容變化也就是在5pF左右的范圍內(nèi)波動(dòng)。利用這一原理，我們就可以檢測(cè)到電極是否有手指的觸摸。圖36人體觸摸感應(yīng)圖 觸摸感應(yīng)的硬件設(shè)計(jì)首先我們給出一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)例來(lái)說(shuō)明一下觸摸感應(yīng)的實(shí)現(xiàn)（圖37）。由R1，R2和電容電極CX以及手指電容CT并聯(lián)的5pF左右的電容構(gòu)成的一個(gè)RC網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過(guò)對(duì)這個(gè)RC網(wǎng)絡(luò)充/放電時(shí)長(zhǎng)的檢測(cè)，就可以測(cè)量到人體的觸摸。另外，全部的電極共同使用一個(gè)負(fù)載I/O引腳，電阻R1和R2應(yīng)當(dāng)盡可能的靠近微控制芯片而放置。作為主要電容的R1用于調(diào)控觸摸測(cè)量的靈敏度，其阻值在幾百歐~幾兆歐之間。阻值為10KΩ的電阻R2可用來(lái)減少噪聲對(duì)其影響，用戶可以按照需要進(jìn)行選擇。圖37電容觸摸感應(yīng)實(shí)現(xiàn)舉例通過(guò)對(duì)以上的分析，我們也根據(jù)產(chǎn)品需求，按照觸摸原理設(shè)計(jì)出了觸摸式取暖器的按鍵，其原理圖如下所示：圖38（a）取暖器觸摸按鍵原理圖圖38（b） 取暖器觸摸按鍵原理圖如圖所示，（a）圖線路分別連接到STM8S105K4控制芯片對(duì)應(yīng)的接口上。對(duì)不同的按鍵進(jìn)行編寫程序定義：TKTK2分別控制溫度和時(shí)間的加減以及溫度的微調(diào)；TK3實(shí)現(xiàn)時(shí)間校正/溫度微調(diào)的切換；TK4為兒童鎖按鍵，一但按下整機(jī)所有操作即被鎖定，只有通過(guò)TK4+TK8進(jìn)行解鎖才能進(jìn)行之后的操作；TK5為開(kāi)關(guān)機(jī)按鍵；TK6定時(shí)自動(dòng)開(kāi)機(jī)，每多按一次定時(shí)時(shí)間增加半小時(shí)；TK7為手動(dòng)/自動(dòng)切換按鍵；TK8定時(shí)自動(dòng)關(guān)機(jī)，每多按一次定時(shí)時(shí)間增加半小時(shí)，同時(shí)它還協(xié)調(diào)TK5實(shí)現(xiàn)解鎖功能。 IrDA紅外通訊模塊的設(shè)計(jì) IrDA簡(jiǎn)介IrDA，即國(guó)際紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)英文的簡(jiǎn)寫，該協(xié)會(huì)自成立后不斷擬定出了許多有關(guān)紅外通訊的協(xié)議，有偏向低功耗方面的，有偏向傳輸速度方面的，也有兩者統(tǒng)籌的。以紅外線作為傳播介質(zhì)是紅外數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕緦傩?。紅外線是一種人體肉眼看不見(jiàn)電磁波，它的波長(zhǎng)一般在750nm~1mm之間。IrDA協(xié)會(huì)為了保證不同廠家生產(chǎn)的紅外產(chǎn)品能相互兼容獲得最優(yōu)的通訊效益，它規(guī)定生產(chǎn)廠商所采用的紅外波長(zhǎng)需在850nm~900nm之間。紅外傳輸由于受到很多種條件的制約，所以它的傳輸距離在幾厘米至幾十米不等，發(fā)射的角度也有一定的限制，一般在0到15176。之間。不同的紅外器件或者不同的應(yīng)用方案，其接收靈敏度和發(fā)射強(qiáng)度也會(huì)因此而產(chǎn)生不同。另外，紅外通信在使用時(shí)只能以半雙工的方式進(jìn)行傳輸。按照紅外傳輸?shù)幕灸Ｐ停▓D39）可以劃分出不同類型的IrDA設(shè)備。按照IrDA器件的傳輸速度的不同，能夠把它們劃分為FIR、SIR、VFIR三種類型。如TFDU6102屬于FIR類型紅外器件；Vishay的紅外收發(fā)器以及TFDU4300屬于SIR類型紅外器件；而TFDU8108屬于VFIR類型紅外器件。按照IrDA器件使用功耗的不同，能夠?qū)⑺鼈儎澐譃闃?biāo)準(zhǔn)型紅外器件和低功耗型紅外器件。標(biāo)準(zhǔn)型器件，一般采用5V的直流電源，它的傳輸距離比較大，在30厘米到幾十米不等。低功耗型器件，它的傳輸距離比較小，大約在20cm之間。因此，一個(gè)IrDA紅外器件的功能可以清楚的從上面所描述的三種方法中區(qū)分開(kāi)來(lái)。圖39 紅外傳輸?shù)幕灸Ｐ蛨D IrDA器件的構(gòu)成與簡(jiǎn)介1. 紅外發(fā)送器件紅外發(fā)送器件一般都是由鎵、砷等材料制成的具有紅外發(fā)射功能的二極管，它的發(fā)射強(qiáng)度受其發(fā)射角度和能夠通過(guò)的LED電流的影響，與通過(guò)的電流成正比、發(fā)射角度成反比；紅外傳輸距離與發(fā)射強(qiáng)度的平方成正比，強(qiáng)度越大，發(fā)射距離也就越遠(yuǎn)。有一些生產(chǎn)廠家也會(huì)將紅外驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)置在紅外發(fā)送器件中，如圖310所示：圖310 內(nèi)置驅(qū)動(dòng)電路的紅外發(fā)射器2. 紅外檢測(cè)器件紅外光敏接收管是紅外檢測(cè)器件的主要組成部分，紅外檢測(cè)器件有內(nèi)置放大器的（圖311），有獨(dú)立接收管裝置的，也有包含調(diào)制解調(diào)器與集成放大器的。若紅外檢測(cè)器件內(nèi)部包含放大器與解調(diào)器的通常還內(nèi)置帶通濾波器，這種器件通常應(yīng)用于固定載波頻率。紅外檢測(cè)器件的好壞衡量標(biāo)準(zhǔn)主要是其接收信號(hào)的靈敏度，它的傳輸距離與靈敏度成正比，靈敏度越高，產(chǎn)生的誤碼率也就會(huì)越低。圖311 內(nèi)部集成放大器的紅外檢測(cè)器件3. 紅外收發(fā)器件紅外收發(fā)器件（圖312）包含發(fā)射器與接收器。一般情況下，它的發(fā)射部分配置了驅(qū)動(dòng)器，接收部分包含一個(gè)放大器，而且在內(nèi)部還集成了關(guān)斷控制邏輯。關(guān)斷控制邏輯通過(guò)關(guān)斷來(lái)控制信號(hào)的接收，避免了引入干擾信號(hào)；當(dāng)不進(jìn)行紅外信號(hào)傳輸時(shí)，相關(guān)的引腳接收到命令傳后給該控制邏輯，將器件電源的供給關(guān)斷，從而降低功耗。在使用過(guò)程中必須在發(fā)光二極管的引腳處接入合適阻值的限流電阻。很多的紅外收發(fā)器配置有屏蔽層，該層能夠通過(guò)串聯(lián)一個(gè)磁珠之后再接地，而不需要直接接地，這樣避免了引入了干擾而影響收發(fā)器的接收靈敏度。圖 312（a）紅外發(fā)射電路圖 圖312（b）紅外接收電路4. 紅外編/解碼器件紅外的編/解碼，即為實(shí)現(xiàn)紅外信號(hào)的調(diào)制/解調(diào)。如十六分之三編/解碼，就是將一個(gè)有效數(shù)字位時(shí)間段，平均的等分為16個(gè)小的時(shí)間段，用在連續(xù)3個(gè)小的時(shí)間段內(nèi)有無(wú)脈沖來(lái)表示調(diào)制解調(diào)信息。紅外編/解碼器件，一般要使用自帶的振蕩電路或者從外部線路接入時(shí)鐘進(jìn)行調(diào)制解調(diào)。圖313紅外信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)制/解調(diào)發(fā)出5. 紅外接口器件紅外接口器件用以完成紅外傳輸系統(tǒng)與PC機(jī)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或微控制器之間的連接。設(shè)計(jì)中經(jīng)常使用到UART串行異步收發(fā)器件、USB接口轉(zhuǎn)換器件等。USB接口器件，用以完成紅外收發(fā)器件與PC機(jī)之間的USB口連接。，內(nèi)部包括紅外編/解碼器以及4KB的先進(jìn)先出緩存裝置，它有20或28引腳的封裝，能夠直接和標(biāo)準(zhǔn)的紅外收發(fā)器件相聯(lián)。 紅外遙控電路的設(shè)計(jì)通過(guò)以上的對(duì)紅外通信相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)，我們?yōu)樵摦a(chǎn)品設(shè)計(jì)的通信電路如圖314所示：圖314 紅外遙控模塊原理圖單片機(jī)自身本不包含紅外通信機(jī)制接口，但是它可以通過(guò)單片機(jī)的串行接口以及片外紅外發(fā)射和接收電路來(lái)實(shí)現(xiàn)紅外通信，本設(shè)計(jì)采用IR38S一體化紅外接收頭來(lái)設(shè)置電路板上的紅外接收器，VOUT腳接至單片機(jī)URAT腳，進(jìn)行信號(hào)的傳輸，它將接收到的紅外遙控器的脈沖進(jìn)行幅度調(diào)制轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)放大電路的控制進(jìn)行處理后傳至單片機(jī)。另外，通過(guò)VCC給芯片提供5V電源，GND接地處理。 LED顯示器 TM1668概述顯示屏是機(jī)器與外界交流的窗口，通過(guò)它用戶可以得知當(dāng)前機(jī)器所處的工作狀態(tài)，所以在很多電子產(chǎn)品上都安裝了顯示屏，其中LED顯示屏作為一種低成本、方便開(kāi)發(fā)而被大范圍應(yīng)用。LED技術(shù)就是通過(guò)控制半導(dǎo)體二極管發(fā)光，根據(jù)發(fā)光二極管的亮/滅來(lái)顯示圖像、文字、動(dòng)畫(huà)等信息。本產(chǎn)品用到了TM1668顯示驅(qū)動(dòng)芯片（圖315），它是一種自帶鍵盤掃描接口，內(nèi)置映射型發(fā)光二極管的顯示器驅(qū)動(dòng)控制芯片。內(nèi)部集成有數(shù)據(jù)鎖存器、單片機(jī)數(shù)字接口、鍵盤掃描接口、LED高壓驅(qū)動(dòng)器以及八級(jí)灰度調(diào)度電路、內(nèi)置低電壓復(fù)位電路及上電復(fù)位電路、內(nèi)部RC振蕩等電路。通過(guò)軟件設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)芯片的段位，可根據(jù)不同的LED數(shù)碼顯示屏來(lái)適當(dāng)?shù)倪x取13*4或10*7的段位進(jìn)行配置，同時(shí)也可以在不同的顯示場(chǎng)合根據(jù)需求調(diào)節(jié)LED灰度，用來(lái)實(shí)現(xiàn)降低功耗的要求。圖315 TM1668內(nèi)部功能框圖 TM1668特性說(shuō)明l 采用功率CMOS工藝l 10段*7位~13段*4位的顯示模式l 占空比8級(jí)可調(diào)的灰度調(diào)節(jié)電路l 鍵掃描（10*2bit）l 串行接口（CLK、DIO、STB）l 內(nèi)置RC振蕩方式（頻率為450KHZ左右）l 內(nèi)置上電復(fù)位電路l 具有SOP2SDIP2SSOP2SKDIP24的封裝形式該芯片的管腳定義如圖316所示：圖316 TM1668的管腳定義圖 主要應(yīng)用由于TM1668性價(jià)比較高，通常被應(yīng)用在DVD、家庭影院等電子用品的顯示屏驅(qū)動(dòng)。廚衛(wèi)用電器也有較多的應(yīng)用，如電磁爐、微波爐、太陽(yáng)能熱水器等的狀態(tài)和溫度顯示，另外工業(yè)儀器、儀表的顯示也應(yīng)用較多。 顯示電路的設(shè)計(jì)圖317 LED顯示電路原理圖給予TM1668的VDD加5V的邏輯電源電壓，DIN、CLK 、nCS腳分別與時(shí)鐘的SDA、SCL、nCS相連并接至單片機(jī)，其中DIN腳在時(shí)鐘上升沿時(shí)將串行數(shù)據(jù)從低位開(kāi)始輸入；CLK端口也連到單片機(jī)，在上升沿時(shí)讀取串行數(shù)據(jù)、下降沿時(shí)進(jìn)行輸出數(shù)據(jù)；nCS為片選，也直接連至單片機(jī)，在上升或下降沿初始化串行接口，隨后等待接收指令。SEG1~SEG10為段輸出，也用作鍵的掃描，它們分別接至八段數(shù)碼顯示管和發(fā)光二極管，GRID1~GRID7均為位輸出、N管開(kāi)漏輸出，也直接連至八段數(shù)碼顯示管和發(fā)光二極管，他們共同實(shí)現(xiàn)顯示功能；GND則直接接地。特別注意，TM1668是共陰數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片，如果驅(qū)動(dòng)共陽(yáng)的數(shù)碼管，則需要變通連線的方式，在設(shè)計(jì)中要會(huì)靈活的運(yùn)用。 實(shí)時(shí)時(shí)鐘 HYM1302概述 HYM1302（圖318）是一款低功耗、高性能的、內(nèi)置RAM、可慢速充電的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片。它包含了31字節(jié)的非易失性靜態(tài)RAM以及實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷。它與微處理芯片之間進(jìn)行通信經(jīng)由一個(gè)簡(jiǎn)單的串行接口完成。圖318　HYM1302內(nèi)部框圖實(shí)時(shí)時(shí)鐘（日歷）可以對(duì)從秒至年的時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)，對(duì)于月的天數(shù)小于31的，在月末的時(shí)候進(jìn)行自動(dòng)日期調(diào)整，閏年的時(shí)候進(jìn)行自動(dòng)校正。時(shí)鐘方式可以根據(jù)用戶需求自己選定24小時(shí)格式或區(qū)分AM/PM（上午/下午）的12小時(shí)格式。31字節(jié)的非易失性靜態(tài)RAM可以用來(lái)保存一些臨時(shí)的重要數(shù)據(jù)。HYM1302使用的同步串行通信，簡(jiǎn)化了它與微處理芯片的通信機(jī)制。時(shí)鐘與RAM之間的通信僅需三根線：復(fù)位線、I/O數(shù)據(jù)線以及SCLK串行時(shí)鐘。數(shù)據(jù)以一個(gè)字節(jié)每次的單字節(jié)形式或多達(dá)31字節(jié)的多字節(jié)形式進(jìn)行傳輸。HYM1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘可以在非常低的功耗下正常工作，即使小于1μW的功率消耗也能保存時(shí)鐘信息和數(shù)據(jù)。 HYM1302特點(diǎn)l 對(duì)秒、分、時(shí)、日、周、月、年進(jìn)行精確計(jì)數(shù)且能判斷是否為閏年l 配置暫存高速數(shù)據(jù)的31字節(jié)非易失性RAMl 低功耗：l 以單字節(jié)或多字節(jié)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送l 與單片機(jī)之間的互相通信僅需簡(jiǎn)單的三線接口l TTL兼容（VCC=5V）l 工業(yè)溫度控制范圍大（40℃~+85℃）l 能完全可兼容DALLAS的實(shí)時(shí)時(shí)鐘l 封裝形式：SOP8和DIP8（引腳如圖319）圖319 HYM1302引腳圖表33 HYM1302芯片引腳功能表管腳序號(hào)符號(hào)功能1VCC2主用電源2X13X24GND接地5RST復(fù)位6I/O數(shù)據(jù)輸入/輸出7SCLK串行時(shí)鐘輸入8VCC1備用電源 HYM1302應(yīng)用l 儀表等，如：電子手表、電度表、IC卡水表l 移動(dòng)電話、電腦l 電視機(jī)、播放器l 稅控機(jī) 時(shí)鐘模塊的電路設(shè)計(jì)除了在顯示模塊中介紹到的SCK、SDA、nCS與顯示驅(qū)動(dòng)器TM1668對(duì)應(yīng)的相連接外，時(shí)鐘模塊采用了雙電源系統(tǒng)，在VCC提供主電源外，VBAT腳連接一個(gè)可充放電鋰電池，如Lir2032，。把該鋰電池作為一個(gè)備份電源，它保證了在突發(fā)情況下或者沒(méi)有主電源供電時(shí)而保存時(shí)間信息及數(shù)據(jù)，并不斷更新時(shí)間信息。其電路設(shè)計(jì)原理圖如圖320所示：圖320時(shí)鐘模塊電路原理圖當(dāng)有效信號(hào)被復(fù)位引腳接收到之后，在SCK同步脈沖信號(hào)的控制下移位寄存器單元就從數(shù)據(jù)接口上以串行的形式接收8位指令字節(jié)，然后將接收到的指令字節(jié)轉(zhuǎn)換為并行的，再送至指令譯碼單元。OSCI、其負(fù)載電容量應(yīng)為6pF。 溫度傳感器 溫度傳感器概述溫度傳感器就是能夠感應(yīng)溫度并將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為可用輸出信號(hào)的傳感裝置，溫度測(cè)量?jī)x的核心就是由它的組成，其種類繁多。按照測(cè)量方式可以將其分為接觸式與非接觸式兩大種類，按照構(gòu)成材料以及電子元件特點(diǎn)又將其可分為熱電阻和熱電偶兩大類。圖321 溫度傳感器電阻傳感器的原理就是根據(jù)金屬隨溫度的變化，其阻值也會(huì)隨之發(fā)生增或減的變化，對(duì)于不同的金屬，電阻值隨溫度的變化也不盡相同。有的阻值與溫度變化成正比，隨溫度的升高而升高；也有的與溫度成反比，隨溫度升高而降低。取暖器的熱敏電阻感應(yīng)到溫度的變化，自身阻值發(fā)生了變化，隨之電路電壓也會(huì)發(fā)生變化，從而根據(jù)該原理控制取暖器的加熱過(guò)程。 NTC溫度傳感器的特性與應(yīng)用溫度傳感器主要應(yīng)用在工業(yè)控制和電子產(chǎn)品，由于它主要還是一個(gè)元件，需要和相關(guān)的信號(hào)處理，液晶顯示、單片機(jī)控制相結(jié)合起來(lái)，用于檢測(cè)在各種場(chǎng)合下的溫度參數(shù)，適用范圍相當(dāng)?shù)膹V泛，只要是需要檢測(cè)溫度參數(shù)的（如：溫度計(jì)、溫度記錄儀、溫度報(bào)