MSP430电容触摸‌是什么技术

‌MSP430电容触摸‌是指使用MSP430微控制器(MCU)实现的电容触摸感应技术。MSP430系列MCU以其低功耗和丰富的外设模块著称，特别适用于电容触摸应用。其中，MSP430FR2512是一款超低功耗的MCU，采用CapTIvate™触摸技术，适用于1至16个电容式按钮或接近感应功能的成本敏感型应用‌1。

MSP430电容触摸技术主要通过感知电容的变化来检测手指的接近或触摸动作。当手指触摸电极时，电极上的电容值会发生变化，这种变化可以通过MCU内部的检测电路捕捉和测量。例如，PIN Relaxation Oscillator方式通过测量震荡频率的变化来判断触摸事件的发生‌2。

MSP430电容触摸技术广泛应用于各种电子产品中，从小型电灯开关到大型平板电脑、触摸桌等。其低功耗和简化电路设计的特性使得它在需要人机交互且对功耗有严格要求的设备中尤为适用‌2。MSP430电容触摸技术的优势低功耗‌：MSP430系列MCU在触摸唤醒状态下功耗极低，仅为4 μA，而在休眠状态下更是可以达到36 nA‌1。抗干扰能力强‌：支持金属触摸和防水设计，能够抵抗电磁干扰、油、水和油脂等环境影响‌1设计灵活‌：支持自电容和互电容电极的混合使用，能够实现多点触控功能‌1。‌易于使用‌：CapTIvate Design Center提供了PC GUI，工程师可以无需编写代码即可实时设计和调整电容式按钮‌1。

电容触摸技术作为一种实用、时尚的人机交互方式，已经被广泛的应用到各种电子产品，小到电灯开关，大到平板电脑、触摸桌等。随之而来的是考验产品设计者如何发挥智慧，在把产品用户界面设计得方便简洁的同时，又能呈现产品绚丽的外观，从而带来良好的用户体验。

LED显示由于界面友好，可以实时反映触摸的位置信息，在电容触摸产品设计中得到广泛应用。本设计正是利用了大量的LED来实现呼吸灯、轨迹灯的特效，可以为例如灯光、音量、温度等带有调节功能的产品提供设计参考。

德州仪器的MSP430系列单片机以低功耗和外设模块的丰富性而著称，而针对电容触摸应用，MSP430的PIN RO电容触摸检测方式支持IO口直接连接检测电极，不需要任何外围器件，极大的简化了电路设计，而本设计文档中使用的MSP430G2XX5更支持多达32个IO口，可驱动24个以上的LED灯，达到理想的显示效果。

1.电容触摸转轮实现方案

MSP430电容触摸转轮方案通过4个IO口完成4个通道的电容检测，配合特殊的电极图形，就可实现转轮的设计。

1.1 电容触摸实现原理

MSP430根据型号的不同支持多种电容触摸检测方式，有RC震荡、比较器、PIN RO， 本设计使用的是PIN Relaxation Oscillator方式，芯片管脚内部检测电路由施密特触发器、反向器，以及一个电阻组成，震荡信号经过施密特触发器变成脉冲信号，再通过反向器反馈回RC电路，通过Timer_A对施密特触发器的输出进行记数，再通过设置测量窗口Gate获得记数的结果。当手指触摸电极，电极上的C产生变化，导致震荡频率改变，这样在定长的测量窗口就能获得不同的记数结果，一旦差值超过门限，结合一定的滤波算法判断就可以触发触摸事件。

1.2 转轮算法

将4个按键电极按照锯齿状交叉就形成了一个转轮的电极，转轮的大小根据产品设计的需要可进行适当的缩放，设计适合30mm左右直径的转轮。

当用户在转轮上操作的时候，在手指对应位置的电极会获得最高的信号值，手指临近的通道会有相对高的信号值，离手指最远的通道检测到的信号值最小。

这时可以利用不同通道上信号值的不同计算出手指在转轮或滑条上的位置。位置计算步骤如下：

a.用排序方法找出4 个电极中信号最大的电极

index = Dominant_Element(groupOfElements, &measCnt[0]);

b.将找到的这个电极的信号加上相邻电极的信号

position = measCnt[index] + measCnt[index+1] + measCnt[index-1];

相加后的结果如果大于门限，就认为有触摸事件产生，继续后续的位置计算。 把前后信号相加的原因是手指在操作的过程中有可能处于两个电极中间，这样两个电极上得到的信号都不会很高，需要把信号相加才可以与门限做比较。

减少覆层的厚度;

增大Tx与Rx电极间的间距。需注意，虽然增大间距会减小CRT，从而在某种程度上提高检测距离和灵敏度，但若手指无法同时触及Tx与Rx，则灵敏度会相应降低。通常，自感与互感型电容检测时，手指触摸产生的电容变化约为1pF。然而，自感的base电容(即触摸前的电容值)往往高于互感的base电容。因此，互感型方案在灵敏度方面表现更佳，但同时也更易受到噪声的干扰。在实际应用中，自感型方案因其结构简单而得到广泛应用，而互感型方案则更多被用于矩阵按键，以支持超出电容触摸IO口数的按键数量(自感型方案按键数受限)。

TI的电容触摸感应技术CapTIvate™，其核心原理在于电荷的转移与采集。该技术包含两大步骤：首先，为传感器电容充电;随后，将积累的电荷精准转移至内部采样电容。这一过程将持续进行，直至两侧的电压达到内部比较器的触发阈值。值得注意的是，达到这一阈值所需的电荷转移次数，直接反映了传感器电容的大小。当人手触摸电容传感器时，其电容值会发生变化，这进而导致达到阈值所需的电荷转移次数发生改变。MCU通过监测这一差异，便能感知触摸事件的发生。

此外，MSP430微控制器内部采用电流镜技术，精细控制的输入电流与的放电电流的比例关系，从而实现对的有效放大，进一步拓展了量程范围。对于自感检测而言，传感器电容与Tx I/O口的对地电容相等。通过充放电过程，将传感器电容中的电荷转移至内部采样电容。而互感检测则略有不同，其传感器电容由Tx与Rx两I/O口之间的互电容决定。尽管互感检测的电路结构更为复杂，但其本质仍是对地充放电。通过保持充放电前后对地电容两端电压的恒定，确保仅对互电容进行电荷转移，从而提高了检测的准确性。