CN111106820A - 一种触摸按键控制系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种触摸按键控制系统及其控制方法，包括寄生电容和控制电路，所述寄生电容第一端与所述控制电路连接，第二端接地，所述控制电路控制寄生电容的工作状态，所述控制电路包括时钟检测电路和逻辑控制模块，所述时钟检测电路与逻辑控制模块连接，通过寄生电容的容值变化检测时钟检测电路的频率，逻辑控制模块实时检测设定时间阈值内时钟检测电路的频率变化判断触摸按键是否满足触发条件。本发明通过利用触摸按键本身的寄生电容和内置电路组成只与触摸按键寄生电容值相关的时钟检测电路，在触摸按键触发容值变化的情况下，通过判断时钟的频率大小变化，来判断是否能够达到触发标准。

Description

一种触摸按键控制系统及其控制方法
技术领域
本发明属于触摸按键技术领域，具体涉及一种触摸按键控制系统及其控制方法。
背景技术
现在电子技术发展十分迅速，为了能够是我们更方便的使用电子产品，很多产品都使用触摸按键作为人机交互的媒介。常用的触摸按键可以分为两类：电阻式和电容式，目前应用最多的就是电容式触摸按键。
电阻式触摸按键的原理是人体压迫电阻，导致电阻大小变化，电阻的改变是整个电路信号变化，从而达到控制效果，但是存在较大的缺陷，就是时间久了之后电阻必须要采用较大的压迫力度才能正确识别，从而导致这种技术慢慢被淘汰。
电容式触摸按键的原理是人体接近电容按键的时候，人体产生的电流耦合到静态电容上，从而按键的电容值变大，通过芯片内部工作电路判断电容值的变化，并且将这个变化转化为数字信号，达到控制电子设备的目的。这种结构一般使用在手机等便携式电子设备中；另外一种弹簧构建电容式感应器，这种结构在空调、炉灶、冰箱、微波炉、控制面板等等电子装置中应用较广，另外在按键下面可以加入背光照明等等做各种应用。
弹簧构建电容式感应器一般直接利用PCB板制作，PCB板上中心的焊盘与四周地线构成一个电容(感应电容)，当手指触摸到PCB焊盘部分时，手指将会影响电容的电场，相当于在两个电容极板间增加了一部分介质，使电容值增大，电容式触摸按键原理即通过检测这个电容值的变化达到识别有无手指按下的目的。因此，在电容式触摸按键工作中，检测其电容值的变化是至关重要的。
现有的电容值变化检测方案一般通过检测按键触片的电容放电时间来计算得到电容的变化值，即先向触片充电，然后通过高阻值的电阻(一般5M)放电，然后计算其放电时间得到容量改变的情况。这种检测方式对于单个按键的检测效果不错，但是需要在触片充电完成后再通过放电才能完成检测过程，使得检测时间较长，导致触摸按键不灵敏。另外就是通过触摸按键检测方法，包括：向触摸按键发送电压脉冲；获取触摸按键电容的充电电流；判断所述充电电流是否超过预设阈值；当所述充电电流超过所述预设阈值时，确定所述触摸按键被按下，但是由于按键的种类较多，电容式按键的各种参数变化较大，现有的电容值变化检测方案应用范围小，因此需要一种应用范围广的检测方案以满足用户需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中由于按键的种类较多，电容式按键的各种参数变化较大，现有的电容值变化检测应用范围小的问题，提供一种触摸按键控制系统及其控制方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种触摸按键控制系统，包括寄生电容和控制电路，所述寄生电容第一端与所述控制电路连接，所述寄生电容第二端接地，所述控制电路控制所述寄生电容的工作状态，所述控制电路包括时钟检测电路和逻辑控制模块，所述时钟检测电路与所述逻辑控制模块连接，通过所述寄生电容的容值变化检测所述时钟检测电路的频率，所述逻辑控制模块实时检测设定时间阈值内时钟检测电路的频率变化判断是否满足触发条件。
进一步的，所述时钟检测电路包括充放电电路、偏置电路、比较器，
所述充放电电路分别与所述寄生电容第一端和所述比较器输入端连接，控制所述寄生电容的工作状态，形成时钟信号；
所述偏置电路与所述比较器输入端连接，包括第一电流源和偏置电阻，所述第一电流源为偏置电阻提供偏置电压；
所述比较器的输出端与所述逻辑控制模块连接，输出信号至所述逻辑控制模块。
进一步的，所述第一电流源为恒定电流源。
进一步的，所述充放电电路包括第二电流源、第三电流源、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第一电阻、第二电阻，所述第二电流源第一端接收供电电压，所述第二电流源第二端与所述第一开关、所述第二开关和所述第三电流源第一端连接，所述第三电流源第二端接地，所述寄生电容第一端分别与所述第一开关、所述第二开关连接，所述寄生电容第一端还与所述比较器反向输入端连接，所述第一电流源第一端接收供电电压，所述第一电流源第二端与所述第一电阻、所述偏置电阻、所述第二电阻连接，所述第二电阻第二端接地，所述第一电阻第二端与所述第三开关、所述比较器正向输入端连接，所述第二电阻第一端与所述第四开关、所述比较器正向输入端连接。
进一步的，所述逻辑控制模块控制所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关的闭合和断开。
进一步的，所述第二电流源、所述第三电流源均为恒定电流源。
进一步的，通过所述第二电流源、第三电流源给寄生电容充放电。
进一步的，所述第一电流源、第二电流源、第三电流源电流值相同。
一种触发按键控制方法，控制上述的触摸按键控制系统，方法如下：
打开控制电路控制寄生电容的工作状态形成时钟信号；
通过寄生电容的容值变化检测时钟检测电路的频率变化；
逻辑控制模块实时检测设定时间阈值内时钟检测电路的频率变化判断判断触摸按键是否满足触发条件；
满足触发条件时，逻辑控制模块输出反馈信号，对应触摸按键响应触发。
进一步的，根据所述频率变化判断触摸按键的触发情况。
进一步的，打开第一开关、第三开关，第二电流源给寄生电容充电，电压升高，触发比较器由低翻转到高，关闭第一开关、第三开关，打开第二开关、第四开关，第二电流源给寄生电容放电，电压降低，触发比较器由高翻转到低，如此反复形成时钟信号。
进一步的，所述触摸按键触发后寄生电容容值大于未触发时寄生电容容值。
进一步的，所述触摸按键触发后时钟检测电路的频率小于触摸按键未触发时时钟检测电路的频率。
进一步的，所述时钟检测电路的频率达到设定阈值范围满足触发条件。
由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明提供的一种触摸按键控制系统及其控制方法，通过寄生电容的容值变化检测时钟检测电路的频率，逻辑控制模块实时检测设定时间阈值内时钟检测电路的频率变化判断触摸按键是否满足触发条件，满足触发条件时，逻辑控制模块输出反馈信号，相应的触摸按键响应触发，判断准确，响应时间快，可以满足各种类型的触摸按键，各种参数的触摸按键，应用范围广。
附图说明
图1为本发明触摸按键控制电路图；
图2为本发明触发按键控制示意图；
图3为寄生电容充放电过程图。
具体实施方式
以下将结合本发明实施例中的附图对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1所示，一种触摸按键控制系统，包括寄生电容Cp和控制电路10，所述寄生电容Cp第一端与所述控制电路10连接，所述寄生电容Cp第二端接地，所述控制电路10控制寄生电容Cp的工作状态，所述控制电路10包括时钟检测电路11和逻辑控制模块12，所述时钟检测电路11与逻辑控制模块12连接，通过寄生电容Cp的容值变化检测时钟检测电路11的频率，逻辑控制模块12实时检测设定时间阈值内时钟检测电路的频率变化判断触摸按键是否满足触发条件，
所述时钟检测电路11包括充放电电路1、偏置电路2、比较器U，所述充放电电路1分别与寄生电容Cp一端和比较器U输入端连接，控制寄生电容Cp的工作状态，形成时钟信号；偏置电路2与比较器U输入端连接，包括第一电流源Ibp2和偏置电阻Rs，第一电流源Ibp2为偏置电阻Rs提供偏置电压；比较器U的输出端与逻辑控制模块12连接，输出信号至逻辑控制模块12，
所述充放电电路1包括第二电流源Ibp1、第三电流源Ibn1、第一开关SW1、第二开关SW2、第三开关SW3、第四开关SW4、第一电阻R1、第二电阻R2，所述第二电流源Ibp1第一端接收供电电压，第二端与第一开关SW1、第二开关SW2、第三电流源Ibn1第一端连接，所述第三电流源Ibn1第二端接地，所述寄生电容Cp第一端分别与第一开关SW1和第二开关SW2连接，寄生电容Cp第一端还与比较器U反向输入端连接，所述第一电流源Ibp2第一端接收供电电压，第二端与第一电阻R1、偏置电阻Rs、第二电阻R2连接，第二电阻R2第二端接地，第一电阻R1第二端与第三开关SW3、比较器U正向输入端连接，第二电阻第一端与第四开关SW4、比较器U正向输入端连接，所述逻辑控制模块12控制第一开关SW1、第二开关SW2、第三开关SW3、第四开关SW4的闭合和断开，所述第一电流源Ibp2、第二电流源Ibp1、第三电流源Ibn1均为恒定电流源，且设置电流值相同，设定为相同，计算快，操作简单。
如图2所示，一种触发按键控制方法，控制上述的触摸按键控制系统，包括以下步骤：
S1：打开控制电路控制寄生电容的工作状态形成时钟信号，
具体的打开第一开关SW1、第三开关SW3，第二电流源Ibp1给寄生电容Cp充电，电压升高，触发比较器U由低翻转到高，关闭第一开关SW1、第三开关SW3，打开第二开关SW2、第四开关SW4，第二电流源Ibp1给寄生电容Cp放电，电压降低，触发比较器U由高翻转到低，如此反复形成时钟信号，如图3所示，
S2：通过寄生电容的容值变化检测时钟检测电路的频率变化，
具体的，通过第二电流源Ibp1和第三电流源Ibn1给寄生电容Cp充电和放电，第一电流源Ibp2给偏置电阻Rs提供偏压大小，偏置电阻Rs两端的电压之差为Vs＝Ibp2·Rs
寄生电容Cp的充电时间为：Ibp1·t1＝Cp·Vs
寄生电容Cp的放电时间为：Ibn1·t2＝Cp·Vs
则时间检测电路的频率为
Figure BDA0001843869590000061
通过上式可以知道，Cp变化之后，频率变化较大，设定第一电流源Ibp2、第二电流源Ibp1、第三电流源Ibn1均为恒定电流源且电流值相同，第一电流源Ibp2通过第一电阻R1、第二电阻R2、偏置电阻Rs给定一个共模电平点，则Va＝(R2+Rs)*Ibp2，Vb＝R2*Ibp2，迟滞窗口大小为Vs，那么
Figure BDA0001843869590000062
如果偏置电阻Rs固定，则时间检测电路的频率f和寄生电容Cp的大小相关；
S3：逻辑控制模块实时检测设定时间阈值内时钟检测电路的频率变化判断触摸按键是否满足触发条件，
具体的，触摸按键触发后寄生电容容值大于未触发时寄生电容容值触摸按键触发后时钟检测电路的频率小于触摸按键未触发时时钟检测电路的频率时钟检测电路的频率达到设定阈值范围满足触发条件，还可以判断触摸按键触发情况，
例如，设定的时间阈值为5ms，触摸按键未触发时，寄生电容Cp的容值为C，C≈5pF，触摸按键触发后，寄生电容Cp的容值C＞50pF，触摸按键未触发时，时钟检测电路的频率为H，H≈1MHz，触摸按键触发后，时钟检测电路的频率H＜100KHz，
当H＞1MHz时，触摸按键未触发；当200KHz＜H＜1MHz时，触摸按键误触发；当100KHz＜H＜200KHz时，触摸按键触发时间不长，当H＜100KHz时，满足触发条件，触摸按键被触发；
S4：满足触发条件时，逻辑控制模块输出反馈信号，相应的触摸按键响应触发。
由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明提供的一种触摸按键控制系统及其控制方法，通过寄生电容的容值变化检测时钟检测电路的频率，逻辑控制模块实时检测设定时间阈值内时钟检测电路的频率变化判断触摸按键是否满足触发条件，满足触发条件时，逻辑控制模块输出反馈信号，相应触摸按键响应触发，判断准确，响应时间快，可以满足各种类型的触摸按键，各种参数的触摸按键，应用范围广。
上述仅为本发明的若干具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (14)

1.一种触摸按键控制系统，其特征在于：包括寄生电容和控制电路，所述寄生电容第一端与所述控制电路连接，所述寄生电容第二端接地，所述控制电路控制所述寄生电容的工作状态，所述控制电路包括时钟检测电路和逻辑控制模块，所述时钟检测电路与所述逻辑控制模块连接，通过所述寄生电容的容值变化检测所述时钟检测电路的频率，所述逻辑控制模块实时检测设定时间阈值内时钟检测电路的频率变化判断是否满足触发条件。
2.根据权利要求1所述的触摸按键控制系统，其特征在于：所述时钟检测电路包括充放电电路、偏置电路、比较器，
所述充放电电路分别与所述寄生电容第一端和所述比较器输入端连接，控制所述寄生电容的工作状态，形成时钟信号；
所述偏置电路与所述比较器输入端连接，包括第一电流源和偏置电阻，所述第一电流源为偏置电阻提供偏置电压；
所述比较器的输出端与所述逻辑控制模块连接，输出信号至所述逻辑控制模块。
3.根据权利要求2所述的触摸按键控制系统，其特征在于：所述第一电流源为恒定电流源。
4.根据权利要求3所述的触摸按键控制系统，其特征在于：所述充放电电路包括第二电流源、第三电流源、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第一电阻、第二电阻，所述第二电流源第一端接收供电电压，所述第二电流源第二端与所述第一开关、所述第二开关和所述第三电流源第一端连接，所述第三电流源第二端接地，所述寄生电容第一端分别与所述第一开关、所述第二开关连接，所述寄生电容第一端还与所述比较器反向输入端连接，所述第一电流源第一端接收供电电压，所述第一电流源第二端与所述第一电阻、所述偏置电阻、所述第二电阻连接，所述第二电阻第二端接地，所述第一电阻第二端与所述第三开关、所述比较器正向输入端连接，所述第二电阻第一端与所述第四开关、所述比较器正向输入端连接。
5.根据权利要求4所述的触摸按键控制系统，其特征在于：所述逻辑控制模块控制所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关的闭合和断开。
6.根据权利要求4所述的触摸按键控制系统，其特征在于：所述第二电流源、所述第三电流源均为恒定电流源。
7.根据权利要求4所述的触摸按键控制系统，其特征在于：通过所述第二电流源、第三电流源给寄生电容充放电。
8.根据权利要求4所述的触摸按键控制系统，其特征在于：所述第一电流源、第二电流源、第三电流源电流值相同。
9.一种触发按键控制方法，其特征在于：控制权利要求1-8所述的触摸按键控制系统，方法如下：
打开控制电路控制寄生电容的工作状态形成时钟信号；
通过寄生电容的容值变化检测时钟检测电路的频率变化；
逻辑控制模块实时检测设定时间阈值内时钟检测电路的频率变化判断判断触摸按键是否满足触发条件；
满足触发条件时，逻辑控制模块输出反馈信号，对应触摸按键响应触发。
10.根据权利要求9所述的触发按键控制方法，其特征在于：根据所述频率变化判断触摸按键的触发情况。
11.根据权利要求9所述的触发按键控制方法，其特征在于：打开第一开关、第三开关，第二电流源给寄生电容充电，电压升高，触发比较器由低翻转到高，关闭第一开关、第三开关，打开第二开关、第四开关，第二电流源给寄生电容放电，电压降低，触发比较器由高翻转到低，如此反复形成时钟信号。
12.根据权利要求9所述的触发按键控制方法，其特征在于：所述触摸按键触发后寄生电容容值大于未触发时寄生电容容值。
13.根据权利要求12所述的触发按键控制方法，其特征在于：所述触摸按键触发后时钟检测电路的频率小于触摸按键未触发时时钟检测电路的频率。
14.根据权利要求9所述的触发按键控制方法，其特征在于：所述时钟检测电路的频率达到设定阈值范围满足触发条件。
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