1.电容触摸按键简介

原理：检测电容的充放电时间的方法来判断是否有触摸，图中 R 是外接的电容充
电电阻，Cs 是没有触摸按下时 TPAD 与 PCB 之间的杂散电容。而 Cx 则是有手指按下的时候，
手指与 TPAD 之间形成的电容图中的开关是电容放电开关（由实际使用时，由 STM32F4 的
IO 代替）。

先用开关将 Cs（或 Cs+Cx）上的电放尽，然后断开开关，让 R 给 Cs（或 Cs+Cx）充电，
当没有手指触摸的时候，Cs 的充电曲线如图中的 A 曲线。而当有手指触摸的时候，手指和 TPAD
之间引入了新的电容 Cx，此时 Cs+Cx 的充电曲线如图中的 B 曲线。从上图可以看出，A、B
两种情况下，Vc 达到 Vth 的时间分别为 Tcs 和 Tcs+Tcx。
其中，除了 Cs 和 Cx 我们需要计算，其他都是已知的，根据电容充放电公式：
Vc=V0*(1-e^(-t/RC))
其中 Vc 为电容电压，V0 为充电电压，R 为充电电阻，C 为电容容值，e 为自然底数，t 为充电时间。根据这个公式，我们就可以计算出 Cs 和 Cx。
当充点时间在 Tcs 附近，就可以认为没有触摸，而当充电时间大于 Tcs+Tx 时，就认为有触摸按下（Tx为检测阀值）。
**

2.原理图

用跳线帽短接多功能端口的 ADC 和 TPAD

3.源码

TPAD.C中
4 个比较重要的函数：TIM2_CH1_Cap_Init、TPAD_Get_Val、TPAD_Init 和 TPAD_Scan。
TIM2_CH1_Cap_Init函数，该函数和上一章的输入捕获函数基本一样，不同的是，这里我们设置的是 TIM2 上一章是 TIM5。通过该函数的设置，我们将可以捕获 PA5 上的上升沿，同样 TIM2 也是 32 位定时器。
TPAD_**Get_Val 函数，该函数用于得到定时器的一次捕获值。该函数先调用
TPAD**_Reset，将电容放电，同时设置通过调用函数TIM_SetCounter(TIM2,0)将计数值TIM2_CNT
设置为 0，然后死循环**等待发生上升沿捕获（或计数溢出），将捕获到的值（或溢出值）作为返
回值返回。

**TPAD_Init 函数，该函数用于初始化输入捕获，并获取默认的 TPAD 值。该函数有一个参数，用来传递系统时钟，其实是为了配置 TIM2_CH1_Cap_Init 为 1us 计数周期。在该函数中连续 10 次读取 TPAD 值，将这些值升序排列后取中间 6 个值再做平均（这样做的目的是尽量减少误差），并赋值给 tpad_default_val，用于后续触摸判断的标准。

TPAD_Scan 函数，该函数用于扫描 TPAD 是否有触摸，该函数的参数mode，用于设置是否支持连续触发。返回值如果是 0，说明没有触摸，如果是 1，则说明有触摸。该函数同样包含了一个静态变量，用于检测控制，类似第八章的 KEY_Scan 函数。所以该函数同样是不可重入的。在函数中，我们通过连续读取 3 次(不支持连续按的时候)TPAD 的值，取这他们的最大值，和 tpad_default_val+TPAD_GATE_VAL 比较，如果大于则说明有触摸，如果小于，则说明无触摸。其中 tpad_default_val 是我们在调用 TPAD_Init 函数的时候得到的值，而 TPAD_GATE_VAL 则是我们设定的一个门限值（这个大家可以通过实验数据得出，根据实际情况选择适合的值就好了），这里我们设置为 100。

tpad.c

#include "tpad.h"
#include "delay.h"            
#include "usart.h"
#define TPAD_ARR_MAX_VAL  0XFFFFFFFF    //最大的ARR值(TIM2是32位定时器)      
vu16 tpad_default_val=0;                //空载的时候(没有手按下),计数器需要的时间
//初始化触摸按键
//获得空载的时候触摸按键的取值.
//psc:分频系数,越小,灵敏度越高.
//返回值:0,初始化成功;1,初始化失败
u8 TPAD_Init(u8 psc)
{
    u16 buf[10];
    u16 temp;
    u8 j,i;
    TIM2_CH1_Cap_Init(TPAD_ARR_MAX_VAL,psc-1);//设置分频系数
    for(i=0;i<10;i++)//连续读取10次
    {                 
        buf[i]=TPAD_Get_Val();
        delay_ms(10);        
    }                    
    for(i=0;i<9;i++)//排序
    {
        for(j=i+1;j<10;j++)
        {
            if(buf[i]>buf[j])//升序排列
            {
                temp=buf[i];
                buf[i]=buf[j];
                buf[j]=temp;
            }
        }
    }
    temp=0;
    for(i=2;i<8;i++)temp+=buf[i];//取中间的8个数据进行平均
    tpad_default_val=temp/6;
    printf("tpad_default_val:%d\r\n",tpad_default_val);    
    if(tpad_default_val>TPAD_ARR_MAX_VAL/2)return 1;//初始化遇到超过TPAD_ARR_MAX_VAL/2的数值,不正常!
    return 0;                                            
}
//复位一次
//释放电容电量，并清除定时器的计数值
void TPAD_Reset(void)
{        
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;  //PA5
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;//普通输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;    //速度100MHz
    GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; //推挽 
    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_DOWN; //下拉
    GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure); //初始化PA5
    GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_5);//输出0,放电
    delay_ms(5);
    TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_CC1|TIM_IT_Update); //清除中断标志
    TIM_SetCounter(TIM2,0);        //归0
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5; //PA5
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;//复用输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//速度100MHz
    GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; //推挽 
    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;//不带上下拉 
    GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure); //初始化PA5
}
//得到定时器捕获值
//如果超时,则直接返回定时器的计数值.
//返回值：捕获值/计数值（超时的情况下返回）
u16 TPAD_Get_Val(void)
{                   
    TPAD_Reset();
    while(TIM_GetFlagStatus(TIM2, TIM_IT_CC1) == RESET)//等待捕获上升沿
    {
        if(TIM_GetCounter(TIM2)>TPAD_ARR_MAX_VAL-500)return TIM_GetCounter(TIM2);//超时了,直接返回CNT的值
    };    
    return TIM_GetCapture1(TIM2);     
}       
//读取n次,取最大值
//n：连续获取的次数
//返回值：n次读数里面读到的最大读数值
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;
}  
//扫描触摸按键
//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;
    u8 sample=3;        //默认采样次数为3次     
    u16 rval;
    if(mode)
    {
        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); 
    if(rval>(tpad_default_val+TPAD_GATE_VAL)&&rval<(10*tpad_default_val))//大于tpad_default_val+TPAD_GATE_VAL,且小于10倍tpad_default_val,则有效
    {                             
        if((keyen==0)&&(rval>(tpad_default_val+TPAD_GATE_VAL)))    //大于tpad_default_val+TPAD_GATE_VAL,有效
        {
            res=1;
        }       
        //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--;                                                                                      
    return res;
}     
//定时器2通道2输入捕获配置     
//arr：自动重装值
//psc：时钟预分频数
void TIM2_CH1_Cap_Init(u32 arr,u16 psc)
{
    GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure; 
  TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
    TIM_ICInitTypeDef  TIM2_ICInitStructure;
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2,ENABLE);        //TIM2时钟使能    
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);     //使能PORTA时钟    
    GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource5,GPIO_AF_TIM2); //GPIOA5复用位定时器2
     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5; //GPIOA5
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;//复用功能
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;    //速度100MHz
    GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; //推挽复用输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;//不带上下拉 
    GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure); //初始化PA5
  //初始化TIM2  
    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(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
    //初始化通道1
  TIM2_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1; //CC1S=01     选择输入端 IC1映射到TIM2上
  TIM2_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;    //上升沿捕获
  TIM2_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI; 
  TIM2_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;     //配置输入分频,不分频 
  TIM2_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x00;//IC2F=0000 配置输入滤波器 不滤波
  TIM_ICInit(TIM2, &TIM2_ICInitStructure);//初始化TIM2 IC1
    TIM_Cmd(TIM2,ENABLE );     //使能定时器2
}

tapd.h

#ifndef __TPAD_H_
#define __TPAD_H_
#include "stm32f4xx.h"
#include "sys.h"
//初始化触摸按键,获得空载的时候触摸按键的取值.
//psc:分频系数,越小,灵敏度越高.
//返回值:0,初始化成功;1,初始化失败
u8 TPAD_Init(u8 psc);
//复位一次
//释放电容电量，并清除定时器的计数值
void TPAD_Reset(void);
//得到定时器捕获值
//如果超时,则直接返回定时器的计数值.
//返回值：捕获值/计数值（超时的情况下返回）
u16 TPAD_Get_Val(void);
//读取 n 次,取最大值
//n：连续获取的次数
//返回值：n 次读数里面读到的最大读数值
u16 TPAD_Get_MaxVal(u8 n);
//扫描触摸按键
//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;
u8 TPAD_Scan(u8 mode);
//定时器 2 通道 2 输入捕获配置
//arr：自动重装值
//psc：时钟预分频数
void TIM2_CH1_Cap_Init(u32 arr,u16 psc);
#endif

led.h

利用位带操作
#define LED0 PFout(9) // DS0
#define LED1 PFout(10) // DS1

main.c

#include "led.h" // 将接口驱动头文件包含进来
#include "tpad.h"
#include "usart.h"
#include "delay.h"
int main(void)
{
    u8 t=0;
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置系统中断优先级分组 2
    delay_init(168); //初始化延时函数
    uart_init(115200); //初始化串口波特率为 115200
    LED_Init(); //初始化 LED
    TPAD_Init(8); //初始化触摸按键,以 84/4=21Mhz 频率计数
    while(1)
    {
    if(TPAD_Scan(0)) //成功捕获到了一次上升沿(此函数执行时间至少 15ms)
    {
    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);
    }
}

STM32F407 开发日记

11.电容触摸按键实验