單片機(jī)外圍線路設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-07-26 22:16 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 w level, 又將pullup enable會(huì)造成漏電, 例如: VDD=5V 會(huì)有約 5V / 100K = 50uA 漏電.輸入部分電路的設(shè)計(jì)按鍵部分硬件電路部分應(yīng)用實(shí)例普通獨(dú)立按鍵： 圖中SSS3為常用的三種按鍵，其中S3接在U1第4腳為低電平觸發(fā)腳有效，因?yàn)閁1第4腳內(nèi)部沒有上拉電阻，所以得在U1第4腳外面接一上拉電阻以確保在不按下按鍵時(shí)讓U1第4腳維持在高電平狀態(tài)，采用S2接法時(shí)，為高電平觸發(fā)有效，因這顆IC內(nèi)部沒有下拉電阻，所以得在U1第4腳外面接一下拉電阻以確保在不按下按鍵時(shí)讓U1第4腳維持在低電平狀態(tài)，S1因Ic內(nèi)部有上拉電阻，則不要外加器件。純按鍵矩陣描按鍵： 電路中掃描口都得為雙向的I/O口，如此電路需要省電功能，則將COMCOM2用到具有喚醒功能的I/O口即可。按鍵加LED矩陣描按鍵：加二極管的按鍵復(fù)用1：加二極管的按鍵復(fù)用2：加二極管的按鍵復(fù)用3：加電阻并聯(lián)型復(fù)用:加電阻的按鍵復(fù)用：上圖中按鍵同樣可以復(fù)用在COM口上!采用移位寄存器的按鍵復(fù)用：采用A/D功能的按鍵:觸摸式按鍵:在目前MCU應(yīng)用領(lǐng)域里，很多場(chǎng)合都離不開開關(guān)信號(hào)，這些開關(guān)信號(hào)的實(shí)現(xiàn)都是通過按鍵操作實(shí)現(xiàn)。而傳統(tǒng)的按鍵應(yīng)用最廣最普遍的就是機(jī)械式按鍵（或稱為B鍵），這一類按鍵的共同點(diǎn)就是透過金屬觸點(diǎn)來得到開關(guān)信號(hào)，也正是這些共同點(diǎn)決定了機(jī)械式按鍵的應(yīng)用場(chǎng)合和使用壽命。如在一些帶有油煙或腐蝕性氣體的應(yīng)用場(chǎng)合；另外，在很多小家電應(yīng)用領(lǐng)域，也都是在模具表面開孔，使用PVC膠來做按鍵觸摸點(diǎn)，這些PVC膠隨著使用時(shí)間的增加也很容易損壞。因此，目前市場(chǎng)上出現(xiàn)了一種新型的按鍵輸入方式——觸摸式按鍵（或稱感應(yīng)型按鍵）。顧名思義，這種按鍵輸入方式與傳統(tǒng)機(jī)械式按鍵不同，它不需要金屬觸點(diǎn)，取而代之的是感應(yīng)人體的觸摸動(dòng)作。目前市場(chǎng)上常見的觸摸按鍵方案中，多為采用MCU+專用IC以及只用MCU實(shí)現(xiàn)兩種，在MCU+專用IC方案中，具有代表性的觸摸信號(hào)專用IC是英國(guó)昆騰（QUANTUM）公司的QT系列IC，如QT1080就是帶有8路獨(dú)立觸摸按鍵輸入的處理芯片。但是使用MCU+專用IC方案面臨的一大挑戰(zhàn)就是其抗干擾能力不強(qiáng)以及其成本較高的問題，也正是這一缺陷決定了在很多MCU應(yīng)用場(chǎng)合這種方案顯得有些無能為力了。下面就從應(yīng)用的角度對(duì)采用獨(dú)立MCU方案開發(fā)感應(yīng)型按鍵的原理進(jìn)行討論。一、 感應(yīng)型按鍵的電氣原理這種感應(yīng)型按鍵的實(shí)現(xiàn)原理是基于電容對(duì)高頻脈沖信號(hào)的耦合特性，通常稱該電容為耦合電容。當(dāng)該耦合電容的容值發(fā)生改變時(shí)，經(jīng)過該電容耦合得到的高頻脈沖的高電平幅值將發(fā)生改變。如圖所示： A 如圖所示，高頻信號(hào)OSC經(jīng)過電容C1耦合，再經(jīng)過電容C2濾波，這樣在K1點(diǎn)可以得到一直流信號(hào)；A點(diǎn)為按鍵電極連接點(diǎn)，電極的表面可以是一些如玻璃或塑料的絕緣物質(zhì)。當(dāng)人體透過電極表面的介質(zhì)觸摸按鍵時(shí)，此時(shí)人體、電極和這些介質(zhì)就等效成一個(gè)電容，該等效電容與耦合電容C1并聯(lián)，最終就相當(dāng)與改變了耦合電容的容值，從而經(jīng)由C1耦合得到的高頻脈沖的高電平幅值就將發(fā)生變化，在K1點(diǎn)得到的直流信號(hào)也將隨之發(fā)生改變。當(dāng)人體接觸按鍵時(shí)，K1點(diǎn)的電壓將降低。由MCU的AD口讀取K1點(diǎn)的電壓變化，便可知道按鍵與否。K1點(diǎn)的電壓變化范圍一般在幾十至一百毫伏范圍變化，這與電極表面的介質(zhì)和高頻信號(hào)的頻率有關(guān)。 在有些應(yīng)用中，由于K1點(diǎn)的電壓變化太小，通常還會(huì)在K1點(diǎn)接一級(jí)放大器，這樣MCU AD口端的電平變化范圍將相應(yīng)變大。由于SONiX 8bit MCU，至少提供12bit 的AD，所以在采用SONiX 8bit MCU開發(fā)時(shí)并不需要增加一級(jí)放大電路。針對(duì)上圖所示的參數(shù)，下面將給出A點(diǎn)在人體觸摸前后的波形變化（電極表面的介質(zhì)為壓克力板）。 人體觸摸前A點(diǎn)的波形人體觸摸時(shí)A點(diǎn)的波形對(duì)于高頻脈沖的產(chǎn)生，通常都在幾百KHz，根據(jù)具體的應(yīng)用可以有不同的選擇。常見的電路形式有采用NE555和CD4069： 通常SONiX的MCU都有提供至少一路PWM功能，根據(jù)應(yīng)用的需求，也可以采用該P(yáng)WM功能作為高頻脈沖發(fā)生器。對(duì)于應(yīng)用中可能會(huì)出現(xiàn)按鍵數(shù)量超出MCU提供的AD通道數(shù)的情形，此時(shí)可以增加一模擬開關(guān),如CD4051。二、 感應(yīng)型按鍵的軟件實(shí)現(xiàn)從上述電氣原理的討論中，可以看出，到達(dá)MCU AD口的直流信號(hào)并不是十分理想的直流信號(hào)，由于是經(jīng)由104電容濾波直接得到，其紋波系數(shù)很大，因此，在軟件的實(shí)現(xiàn)中，應(yīng)充分考慮AD口信號(hào)的正常波動(dòng)。其次，程序判斷按鍵與否的根據(jù)是AD口信號(hào)變化的大小，當(dāng)AD值負(fù)變化達(dá)到給定量時(shí)，認(rèn)為有鍵按下；反之，AD值正變化達(dá)到給定量時(shí)，則認(rèn)為是按鍵彈起。由于程序判定按鍵的根據(jù)是AD值的變化量，所以在程序中，還應(yīng)確定一個(gè)基準(zhǔn)值，所有的變化量都應(yīng)相對(duì)這個(gè)基準(zhǔn)值，一般情況下，在上電時(shí)應(yīng)將這個(gè)基準(zhǔn)值確定，或通過實(shí)驗(yàn)計(jì)算出一個(gè)基準(zhǔn)值保存在程序中，但后者隨著使用時(shí)間的增加，可能會(huì)出現(xiàn)基準(zhǔn)值變化而導(dǎo)致按鍵失靈，最好的做法是將兩者都考慮進(jìn)去。在程序中應(yīng)充分考慮對(duì)AD值做數(shù)字濾波處理，常見的數(shù)字濾波如滑動(dòng)平均值濾波和中位值濾波，在此不討論具體的濾波算法，可以參考相關(guān)的書籍。此外，程序中還應(yīng)做好按鍵去抖動(dòng)的動(dòng)作，這是任何形式的按鍵處理程序都應(yīng)考慮的。通過以上對(duì)感應(yīng)型按鍵的原理的討論，重點(diǎn)在于如何使得整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，即抗干擾能力要強(qiáng)，這主要與程序編制有關(guān)。所以，關(guān)鍵的還是強(qiáng)調(diào)程序處理。本人按照上
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