觸摸感應(yīng)技術(shù)及其應(yīng)用

前言

包含觸摸感應(yīng)技術(shù)的產(chǎn)品已經(jīng)越來越多地進(jìn)入到人們的生活當(dāng)中。從帶觸摸按鍵或觸摸屏的手機(jī)，到作為標(biāo)配的筆記本計算機(jī)的觸摸板和馬路邊自動取款機(jī)上的觸摸屏等，帶觸摸感應(yīng)功能的產(chǎn)品已經(jīng)隨處可見。觸摸感應(yīng)技術(shù)顛覆了傳統(tǒng)的機(jī)械按鍵和電位器的概念，為人們帶來了快捷、方便和時尚。觸摸感應(yīng)技術(shù)，尤其是觸摸屏技術(shù)的出現(xiàn)使人機(jī)交互的方式產(chǎn)生了革命性的變化，使人們體驗到了更容易、更神奇的人機(jī)交互方式。觸摸屏技術(shù)在軟件的配合下可以隨著LCD顯示內(nèi)容的變化而實現(xiàn)無數(shù)的按鍵和滑條的功能，在許多使用觸摸感應(yīng)技術(shù)的產(chǎn)品中，機(jī)械的按鍵和電位器幾乎完全被替代掉。而具有多觸點(diǎn)和手勢識別功能的觸摸屏的出現(xiàn)，使觸摸感應(yīng)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入到一個新階段。觸摸感應(yīng)技術(shù)涵概的內(nèi)容非常廣泛，觸摸感應(yīng)實現(xiàn)的原理也各種各樣。從原理上來講，有基于電阻變化的觸摸感應(yīng)技術(shù)，有基于電容變化的觸摸感應(yīng)技術(shù)，也有基于聲波的觸摸感應(yīng)技術(shù)和基于紅外線的觸摸感應(yīng)技術(shù)等。各種觸摸感應(yīng)技術(shù)有其各自的特點(diǎn)和應(yīng)用場合。其中，基于電容變化的觸摸感應(yīng)技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、靈敏度高等特點(diǎn)。在以前，由于控制電路相對復(fù)雜，成本比較高使其應(yīng)用相對較少。最近幾年，由于集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，使得基于電容變化的觸摸感應(yīng)技術(shù)也獲得了飛速發(fā)展，這種技術(shù)也變得越來越成熟。基于電容變化的觸摸感應(yīng)技術(shù)不僅可以實現(xiàn)觸摸按鍵、觸摸滑條，還可以實現(xiàn)觸摸板和觸摸屏功能。具有多觸點(diǎn)和手勢識別功能的觸摸屏就是使用基于電容變化的觸摸感應(yīng)技術(shù)來實現(xiàn)的。賽普拉斯（Cypress）半導(dǎo)體公司的CapSense觸摸感應(yīng)技術(shù)是基于電容變化的觸摸感應(yīng)技術(shù)。它通過在PSoC芯片上所構(gòu)建的CapSense模塊來實現(xiàn)觸摸感應(yīng)的應(yīng)用。CapSense依靠PSoC芯片所具有的豐富的數(shù)字資源、模擬資源和MCU資源以及它的數(shù)字與模擬資源可配置的強(qiáng)大功能，使CapSense觸摸感應(yīng)技術(shù)不僅具有好的觸摸感應(yīng)性能，而且外圍元件少，可支持的觸摸感應(yīng)器的數(shù)目多，在實現(xiàn)觸摸感應(yīng)功能的同時也可以實施其他的MCU應(yīng)用功能（稱之為CapSense Plus）。

內(nèi)容概要

　　從原理性和實用性出發(fā)，介紹了一般的觸摸感應(yīng)技術(shù)和賽普拉斯半導(dǎo)體公司基于CapSense模塊的觸摸感應(yīng)技術(shù)。內(nèi)容主要包括觸摸感應(yīng)技術(shù)概述，觸摸感應(yīng)技術(shù)的類型，CapSense觸摸感應(yīng)技術(shù)，觸摸按鍵、滑條、觸摸板和觸摸屏，觸摸感應(yīng)項目開發(fā)的流程和調(diào)試技術(shù)，觸摸感應(yīng)的低功耗應(yīng)用，觸摸感應(yīng)的噪聲縮減和抗干擾，電容感應(yīng)觸摸屏和多觸點(diǎn)檢測技術(shù)，用動態(tài)重配置實施CapSense Plus以及用PSoC Express實施觸摸感應(yīng)按鍵和滑條等?！　”緯m合對觸摸感應(yīng)技術(shù)感興趣的讀者和從事觸摸感應(yīng)應(yīng)用開發(fā)的設(shè)計工程師閱讀，也可作為大學(xué)電子技術(shù)相關(guān)專業(yè)高年級學(xué)生的參考書。

書籍目錄

第1章　觸摸感應(yīng)技術(shù)概述第2章　觸摸感應(yīng)技術(shù)的類型　2.1　基于電阻型觸摸感應(yīng)技術(shù)　2.2　基于電容型觸摸感應(yīng)技術(shù)　　2.2.1　電場變化觸摸感應(yīng)技術(shù)　　2.2.2　充電傳輸觸摸感應(yīng)技術(shù)　　2.2.3　松弛振蕩器觸摸感應(yīng)技術(shù)第3章　CapSense觸摸感應(yīng)技術(shù)　3.1　PSoC基礎(chǔ)　　3.1.1　PSoC的功能框圖　　3.1.2　PSoC的數(shù)字模塊　　3.1.3　PSoC的模擬模塊　　3.1.4　PSoC功能模塊的構(gòu)造　3.2　CapSense 電容感應(yīng)的基本概念　　3.2.1　電容的物理基礎(chǔ)　　3.2.2　觸摸應(yīng)用人體的電容模型　　3.2.3　開關(guān)電容及等效電阻　3.3　CapSense CSD觸摸感應(yīng)模塊　　3.3.1　CSD模塊的硬件構(gòu)造　　3.3.2　CSD模塊的數(shù)學(xué)原理　3.4　CapSense CSA觸摸感應(yīng)模塊　　3.4.1　CSA觸摸感應(yīng)模塊的硬件構(gòu)造和工作原理　　3.4.2　CSA觸摸感應(yīng)模塊的數(shù)學(xué)理論　3.5　CapSense CSR觸摸感應(yīng)模塊　3.6　基本線的概念和算法　3.7　CapSense模塊的參數(shù)和API函數(shù)　　3.7.1　CSD觸摸感應(yīng)模塊參數(shù)　　3.7.2　CSA觸摸感應(yīng)模塊參數(shù)　　3.7.3　CSR觸摸感應(yīng)模塊參數(shù)　　3.7.4　CapSense模塊的API函數(shù)　3.8　三種模塊的比較第4章　觸摸按鍵、滑條、觸摸板和觸摸屏　4.1　觸摸按鍵　4.2　觸摸滑條　4.3　觸摸板　4.4　觸摸屏　　4.4.1　觸摸屏的主要類型和材料　　4.4.2　觸摸屏的典型特征　　4.4.3　電阻式觸摸屏原理　　4.4.4　紅外線觸摸屏原理　　4.4.5　表面聲波式觸摸屏原理　　4.4.6　表面電容觸摸屏原理　　4.4.7　投影電容觸摸屏第5章　觸摸感應(yīng)項目開發(fā)的流程和調(diào)試技術(shù)　5.1　CapSense觸摸感應(yīng)項目的開發(fā)流程　5.2　靈敏度和信噪比　5.3　用RS232串口調(diào)試觸摸感應(yīng)項目　　5.3.1　用超級終端加Excel調(diào)試觸摸感應(yīng)項目　　5.3.2　用專用串口軟件調(diào)試觸摸感應(yīng)項目　5.4　用I2CUSB橋調(diào)試觸摸感應(yīng)項目　5.5　CSD用戶模塊觸摸感應(yīng)調(diào)試技巧第6章　觸摸感應(yīng)的低功耗應(yīng)用　6.1　影響功耗的因素　　6.1.1　功耗在PSoC內(nèi)各資源的分配　　6.1.2　用SLEEP方式降低功耗　6.2　空閑方式　6.3　深度睡眠方式　6.4　充電泵第7章　觸摸感應(yīng)的噪聲縮減和抗干擾　7.1　布板與靈敏度和噪聲　　7.1.1　感應(yīng)按鍵和地之間的間隙　　7.1.2　感應(yīng)按鍵之間的距離　　7.1.3　滑條的尺寸和布板　　7.1.4　觸摸板　　7.1.5　感應(yīng)按鍵的走線　　7.1.6　多層板　　7.1.7　覆蓋物　　7.1.8　感應(yīng)器在子板上　　7.1.9　LED背光　7.2　防水　　7.2.1　使用參考感應(yīng)塊實施防水　　7.2.2　使用保護(hù)電極實施防水　　7.2.3　實施防水應(yīng)用的參考設(shè)計　　7.2.4　小水滴的防水策略　7.3　線電干擾　　7.3.1　無線電和ESD干擾分析　　7.3.2　CSD用戶模塊與CSR用戶模塊的抗干擾性能對比　　7.3.3無線電干擾的軟件濾波　7.4　CapSense觸摸感應(yīng)技術(shù)在手機(jī)中的應(yīng)用第8章　電容感應(yīng)觸摸屏和多觸點(diǎn)檢測技術(shù)　8.1　單觸點(diǎn)和多觸點(diǎn)的概念　8.2　電容感應(yīng)觸摸屏的結(jié)構(gòu)和原理　　8.2.1　投影電容觸摸屏的基本概念　　8.2.2　用CapSense CSD實現(xiàn)電容觸摸屏的雙觸點(diǎn)手勢應(yīng)用　8.3　觸摸屏的所有觸點(diǎn)檢測技術(shù)　　8.3.1　自電容和互電容　　8.3.2　用交叉點(diǎn)掃描技術(shù)實施電容觸摸屏　　8.3.3　使用全觸點(diǎn)檢測的電容觸摸屏的構(gòu)造　　8.3.4　電容觸摸屏的ITO圖樣　8.4　電容感應(yīng)觸摸屏的電學(xué)參數(shù)定義　8.5　電容感應(yīng)觸摸屏需要解決的問題　　8.5.1　靈敏度與信噪比　　8.5.2　手指的定位　　8.5.3　LCD的干擾　8.6　電容感應(yīng)觸摸屏用戶模塊API第9章　用動態(tài)重配置實施CapSense Plus　9.1　什么是動態(tài)重配置　9.2　動態(tài)重配置的實施　9.3　怎樣用動態(tài)重配置實施CapSense Plus　9.4　用動態(tài)重配置實施CapSense Plus的注意事項第10章　用PSoC Express實施觸摸感應(yīng)按鍵和滑條　10.1　PSoC Express簡介及系統(tǒng)級應(yīng)用開發(fā)　　10.1.1　芯片級應(yīng)用開發(fā)　　10.1.2　系統(tǒng)級應(yīng)用開發(fā)　　10.1.3　系統(tǒng)級應(yīng)用開發(fā)項目的層次結(jié)構(gòu)　10.2　PSoC Express實施觸摸感應(yīng)按鍵和滑條　　10.2.1基于PSoC Designer 5.0的開發(fā)流程　　10.2.2　PSoC Express的開發(fā)環(huán)境　　10.2.3　實施透明化的觸摸感應(yīng)應(yīng)用開發(fā)　10.3　CapSense Express實施觸摸感應(yīng)按鍵和滑條開發(fā)附錄　TX8串口軟件實現(xiàn)程序參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：觸摸感應(yīng)技術(shù)的類型觸摸感應(yīng)技術(shù)的類型主要有基于電阻型的觸摸感應(yīng)技術(shù)和基于電容型的觸摸感應(yīng)技術(shù)。早期的觸摸感應(yīng)一般使用基于電阻型的技術(shù)，它的實現(xiàn)原理和電路都比較簡單，使用分立元件、簡單的模擬電路或簡單的數(shù)字邏輯電路就可以實現(xiàn)，成本較低。但電阻型的觸摸感應(yīng)技術(shù)通常只能實現(xiàn)較少的感應(yīng)按鍵個數(shù)，電路和人體之間不能完全隔離，給面板制作帶來一定的難度，抗干擾性能也受到一定的影響，所以它大都被應(yīng)用在簡單的開關(guān)控制中，如臺燈的控制?；陔娙菪偷挠|摸感應(yīng)技術(shù)利用手指觸摸面板時，手指與面板（非導(dǎo)電材料）下面的PCB板上的感應(yīng)銅箔形成手指電容變化來實現(xiàn)觸摸感應(yīng)控制功能。由于手指觸摸所產(chǎn)生的電容變化非常小，通常在0.1～3 pF，所以用于檢測這個微小電容變化的電路和它的原理比電阻型的觸摸感應(yīng)技術(shù)要復(fù)雜。但由于現(xiàn)代電子技術(shù)的進(jìn)步，電容型的觸摸感應(yīng)技術(shù)已經(jīng)日臻成熟，成本也大幅下降，另外它還有很好的抗干擾性能，可實現(xiàn)多感應(yīng)按鍵個數(shù)，由多感應(yīng)按鍵進(jìn)而可實現(xiàn)滑條功能、觸摸板功能和觸摸屏功能。現(xiàn)在電容型的觸摸感應(yīng)技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代觸摸感府技術(shù)的主流。基于電阻型的觸摸感應(yīng)電子開關(guān)可以用分立的電子元件實現(xiàn)，也可以用數(shù)字邏輯電路來實現(xiàn)。555電路可以很容易地實現(xiàn)觸摸感應(yīng)電子開關(guān)，但為了實現(xiàn)既有觸摸按鍵的功能又有無級調(diào)光或調(diào)速的功能就需要使用專用的觸摸感應(yīng)集成電路。圖2.1是一個典型的使用分立元件實現(xiàn)的電阻型觸摸通斷電子開關(guān)電路。用手指觸摸電路上的2、3銅箔覆蓋層，由于手指的導(dǎo)電性，相當(dāng)于在2、3銅箔上連接了一個電阻，則晶體管Q2、Q3和Q4導(dǎo)通，指示燈L發(fā)亮。如果觸摸銅箔1、2，則只有Q1導(dǎo)通，指示燈L不亮。

編輯推薦

《觸摸感應(yīng)技術(shù)及其應(yīng)用:基于CapSense》是由北京航空航天大學(xué)出版社出版的。

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