Управление с помощью компьютера  исполнительным механизмом или иным устройством не всегда удобно. Первые два дня это, конечно, интересно, но потом начинает напрягать, потому что приходится совершать много лишних действий – включать компьютер, запускать программу и т.д. Возникает вопрос, а  не изготовить ли для этих целей автономный управляющий модуль с клавиатурой и дисплеем?  Рассмотрим варианты. За готовую матричную клавиатуру придется выложить 100-200 рублей. Клавиатура из кнопок обойдется рублей в 36 (3р * 12 кнопок), не считая колпачков.   Сенсорную клавиатуру можно изготовить почти задаром из куска фольгированного текстолита, при этом в корпусе устройства не придется сверлить отверстия под кнопки. 

   По-моему выбор очевиден, осталось только понять, как с такой клавиатурой  работать. Но для начала нужно хотя бы разобраться с одиночной сенсорной кнопкой. 

   Человеческое тело тоже обладает емкостью (~100..300 pF), поэтому при поднесении пальца к сенсору суммарная емкость на входе микроконтроллера увеличится (ведь при параллельном соединении конденсаторов их емкости складываются). По именениям этой емкости и можно делать вывод о прикосновении к сенсору. 

С1 — паразитная емкость вывода мк, С2 — емкость сенсора, С3 и С4 – емкости, вносимые прикосновением.  

  
   Поскольку все КМОП микросхемы болезненно переносят воздействие статического электричества, а человеческое тело ,обладая вышеуказанной емкостью, может заряжаться до нескольких тысяч вольт, схему следует дополнить небольшой защитной цепью. 

  
  При прикосновении к сенсору, накопленный телом заряд благополучно разрядится через один из диодов. В принципе такая защитная схема (не считая резистора) спрятана внутри микроконтроллера, но полагаться на нее не стоит, так как встроенные диоды выдерживают ток лишь в 1 ма.
   Кстати, внешние диоды добавят к входной емкости еще пару тройку пикофарад.

  Ну ладно, принцип понятен, а каким образом измерить емкость? Величину емкости можно оценить по времени ее заряда. Подключим к выводу микроконтроллера высокоомный подтягивающий резистор (смотри схему) и получим RC цепь. Манипулируя выводом микроконтроллера можно вызвать заряд и разряд нашего виртуального конденсатора, а контролирую потенциал вывода в процессе заряда емкости - оценивать ее величину. Чем больше емкость, тем медленнее она будет заряжаться.   

Вырисовывется следующий алгоритм работы:

 

1. Переключаем вывод микроконтроллера в режим выхода и сбрасываем в ноль. Паразитная емкость разрядится на внутренние цепи микроконтроллера.

2. Переключаем вывод микроконтроллера в режим входа в состоянии Hi-Z. Емкость начнет заряжаться через внешний подтягивающий резистор.

3. Контролируем состояние вывода и отсчитываем время. Как только емкость зарядится до напряжения логической единицы, снимаем показания счетчика.

4. Сравниваем полученное значение счетчика с заданной эталонной величиной и определяем, увеличилась ли емкость или нет. 

 

  Ничего сложного и можно перейти к делу.  Представляю сделанную на скорую руку, но, тем не менее, рабочую схему и исходники устройства.

 

Исходник не большой и, я думаю, main.c можно выложить полностью, он у меня хорошо прокомментирован.

#include <ioavr.h>

#include <intrinsics.h>

#include "usart.h"

 

#define InvBit(reg, bit)  reg ^= (1<<(bit))

#define ClearBit(reg, bit)       reg &= (~(1<<(bit)))

#define SetBit(reg, bit)          reg |= (1<<(bit))

#define BitIsSet(reg, bit)       ((reg & (1<<bit)) != 0)

 

#define THRESHOLD 20

#define TOUCH_COUNT 1 

volatile unsigned char sub_time_pin0 = 0;

volatile unsigned char sub_time_pin1 = 0;

unsigned char comp = 0;

 

int main( void )

{ 

  USART_Init();

 

  // Инициализация таймера T0 для Tiny2313

  TIMSK = (1<<OCIE0A);    //разрешаем прерывание таймера T0 при событии совпадение

  TCCR0A = (1<<WGM01)|(0<<WGM00);

  TCCR0B = (0<<CS02)|(1<<CS01)|(0<<CS00);  //режим СТС, прескалер - 8

  TCNT0 = 0;              //обнуляем счетный регистр

  OCR0A = 0x32;            //прерывания каждые ~ 50мкс

 

  TIMSK |= (1<<OCIE1A);                 //разрешаем прерывание таймера т1 при событии совпадение

  TCCR1A = (0<<WGM11)|(0<<WGM10);

  TCCR1B = (0<<WGM13)|(1<<WGM12)|(0<<CS12)|(1<<CS11)|(0<<CS10);  //режим работы СТС, прескалер - 8

  TCNT1 = 0; //обнуляем счетный регистр

  OCR1A = 0x2710; //прерывания  каждые 10мс

 

  USART_SendStr("Button: "); 

  DDRD |=(1<<PD2)|(1<<PD3)|(1<<PD4); //устанавливаем  PD2, PD3 и PD4 на выход

  PORTD = 0;

 

  while(1){

  if (BitIsSet(PINB, PB0)) { 

     if (sub_time_pin0 > TOUCH_COUNT) { 

        comp++;   

        if (comp >= THRESHOLD){ 

           InvBit(PORTD,PD2); 

           USART_SendStr("1 "); 

           comp = 0;

        }

     }

     sub_time_pin0 = 0;

   }

  if (BitIsSet(PINB, PB1)) {

     if (sub_time_pin1 > TOUCH_COUNT) {

       comp++;

       if (comp >= THRESHOLD){

          InvBit(PORTD, PD3);

          USART_SendStr("2 "); 

          comp=0;

       }

     }

     sub_time_pin1 = 0;

  }

//++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++    

  }

  return 0;

}

 

#pragma vector = TIMER0_COMPA_vect

__interrupt void Timer0Comp(void)

{

// Увеличиваем на 1 счетчики переполнений таймера  

  sub_time_pin0++;

  sub_time_pin1++;

  

  InvBit(PORTD,PD4);

}

 

#pragma vector = TIMER1_COMPA_vect

__interrupt void Timer1CompA(void)

{

  DDRB = 0xFF;

  PORTB = 0x00;

  

  DDRB = 0x00;

 

  sub_time_pin0 = 0; 

  sub_time_pin1 = 0; 

  

  TCNT0 = 0; // Обнуляем счетный регистр T0

}

---

Файлы

Сенсорные кнопки. Проект для IAR
Сенсорные кнопки. Проект для WinAvr
Сенсорные кнопки. Проект для CodeVision AVR
Проект для Proteus`a

Ссылки

Блог Petrov`a