北京时间05月22日消息，中国触摸屏网讯， 大多数的设计只须经过微幅修改，就能以创新酷炫的电容式触控感测技术，取代传统机械式按键。由于电容式触控控制器是利用中断来模拟机械式键盘的扫描介面，因此开发人员应选用中断延迟时间短的触控控制器，以免影响产品效能。
 
    机械式按键与薄膜开关，已渐被创新酷炫的电容式触控感测技术所取代，后者使用容易且更强固耐用，大多数设计只须经过微幅修改，就能加入电容式触控按键，研发业者善加运用即可派上用场。

    本文来自：http://www.51touch.com/touchscreen/news/front/201205/22-15563.html

    现今市面上有许多简单且容易使用的电容式触控设计，可直接利用触控感测器来取代按键。感测器侦测到手指存在时，就会把输出接脚切换至高或低位状态，以模拟机械式按钮的启动与关闭状态。然而此种取代方案具有限制，许多特殊种类的机械式使用者介面，无法在输入和输出模式1：1下运作，当中包括机械式键盘；机械式键盘介面虽然结构简单，但要取代的不光只是一个个按钮。本文探讨各种利用电容式触控感测器来取代机械式键盘的方法，使电容式触控设计的取代过程更有效率。

    机械式键盘底层基础结构

    传统机械式键盘把许多按钮排成数行与数列的方阵，系统藉由驱动列数或行数(扫描线)，以及检查其他线路(读取线)来侦测任何持续动作(按压)，即可发现按压的行为，这种设计概念可分成两类，其一为轮询式(Polling-Based)，其次则是中断式(Interrupt-Based)。

    轮询式机械式键盘

    独立式按键扫描控制器，通常会使用持续轮询扫描线，并检查读取线是否有任何持续按压动作。读取线通常会透过一个暂存器，拉升至电源(Vcc)或逻辑状态「1」，系统会一次轮询一条扫描线，轮询后将线路切换至「0」状态，其他线路则维持为「1」的逻辑状态。每当一个按钮被按压时，扫描至读取线就会短路，扫描线的「0」会传送到读取线，代表一个按钮按压，如图1所示。当侦测到按压时，控制器会透过I2C或串列周边介面(SPI)等通讯介面，把事件通报给主控端(Host)，而不是让主控端自己执行按键扫描作业，因此对于单晶片系统而言，可说是缺乏效率且又不实用。 

 
图1 机械式键盘工作模式

    中断式机械式键盘

    这种方法通常用在主控端和Master自己扫描按键的系统，所有扫描线都有接地，而读取线则拉升至Vcc。当按钮被按压后，扫描线的「0」就会透过实体短路(按键按压)传送到读取线。读取线在读到「0」时，会触发一个中断，主控端此时会轮询扫描线，找出被按压的按键，主控端不必持续对扫描线进行轮询，因此能改善中央处理器(CPU)的使用频宽。 
  
    电容感测器取代机械键盘

    如前述，系统会轮流查询扫描线，找出被按压的按钮，无论是持续查询或发生中断时才查询，这构成取代方法基础。多数电容式触控控制器都属于微控制器元件，不只有电容感测功能，更负责执行取代和模拟的工作。

    一个4×4矩阵键盘的典型波形如图2所示，在任何时刻都有扫描线逐一被推至GND接地端，数量不会超过处于逻辑「0」状态的扫描线。同时有多条扫描线处于逻辑「0」状态，会减低侦测出被按压按钮的精确度。 

图2 4×4矩阵键盘的典型扫描线波形

    电容感测控制器必须扮演一个机械式键盘角色，并让主控端认为它就是机械键盘，主控端的输出线(扫描线)必须变为输入瑞，而主控端的输入线(读取线)则会成为电容感测控制器的输出端。根据扫描线状态及被触碰的按钮的状态，系统须视情况由控制器来更新读取线。

    以一个有十二个按钮(图3)的产品为例，按钮必须排成3×4的矩阵，其中3是扫描线数量，4则是读取线的数量，操作步骤首先是先启动扫描线上的中断，再把中断设定成边缘触发(在两端)。在三条扫描线中，启动一个「3」位元组阵列，由于需要四条读取线(每条分配一个位元)，因此选择BYTE位元组；若是超过八条读取线，则使用WORD字元组。任何利用电容感测演算法的手指触控系统，须读取十二个按钮，并利用相对应的数值来更新位元组阵列；此时须注意的是，读取线应是Active Low状态，因为每当按钮被按压，扫描线上的一个「0」就会传送至读取线，在预设状态下，读取线会拉升至Vcc。所有扫描线中断都无须启动，只有当扫描线上通报有一个按钮按压事件，中断才会启动，不然应处于关闭状态，这样的设计有助于在电容式触控控制器中降低处理器的负荷。在扫描线中断时，读取这些线并视状况更新读取线(图3)。 

 
图3 键盘模拟实作

    上述的方法能协助取代轮询式键盘扫描，同样的逻辑经过些许调整就能取代中断式键盘；当按下按钮时，储存在读取线的所有数值都会经过AND逻辑处理，并透过读取线传送到主控端，当主控端感测到讯号并开始扫描时，就会接着进行上述的后续步骤。

    电容式触控取代方案的限制

    过程中会面临到的限制是，电容式触控控制器利用中断来模拟机械式键盘的扫描介面，因此会产生额外的延迟，中断延迟加上处理中断内的读取线。尽管延迟时间很短，实体的短路仅发生一瞬间(通常仅数奈秒)，对实体按钮而言仍为一项限制；在取代系统中，延迟可能长达数微秒，然而实际时间端视选用的控制器而定。

    值得注意的是，主控端不必费心去消除按钮的开关弹跳(Debounce)，因为透过先修改主控端的韧体，触控控制器可在报告按钮为ON状态之前，就完成这项作业，此功能也能节省主控端的处理时间(图4)。

图4 利用扫描线分析方法，在扫描线连结介面下可达到的最小波形。