一、簡介

電容式觸摸感應(yīng)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于家用電器、消費(fèi)電子等領(lǐng)域，以此發(fā)展的觸摸按鍵產(chǎn)品與傳統(tǒng)按鍵相比按鍵有下面的優(yōu)點：

• 無機(jī)械裝置，不宜磨損老化，超長使用壽命。

• 表面無縫隙，無水分、雜質(zhì)滲透。

• 減少元件使用，BOM 成本降低。

• 面板不需開孔，工業(yè)設(shè)計成本降低。

• 產(chǎn)品外觀美觀，設(shè)計靈活。

電容式觸摸感應(yīng)技術(shù)通過測量面板（傳感器）和其環(huán)境之間的電容變化來檢測觸摸界面附近是否有觸摸事件發(fā)生。

下面一個典型的觸摸傳感器系統(tǒng)組成的示意圖。

• 保護(hù)覆蓋層
  保護(hù)覆蓋層是指觸摸面板。觸摸面板必須是絕緣材質(zhì)，作用是隔離觸摸電極與外部環(huán)境，起到保護(hù)作用。但保護(hù)覆蓋層會降低觸摸的靈敏度，需要根據(jù)應(yīng)用場景選擇合適厚度、材質(zhì)。

• 觸摸電極
  觸摸電極是觸摸傳感器的重要組成。手指觸摸時與觸摸電極形成平行板電容器，改變觸摸通道的電容量。觸摸電極必須是導(dǎo)電材質(zhì)。樣式多變，如 PCB 板上的銅箔、金屬板、觸摸彈簧等。

• 絕緣基板
  對觸摸電極起支撐作用，非導(dǎo)電材質(zhì)。

• 走線
  連接觸摸電極與芯片，包括 PCB 走線和連接器。走線是引入干擾和寄生電容的主要部分，需要謹(jǐn)慎分配走線的布局。

ESP-IDF 編程指南——觸控感應(yīng)器

1.1 FSM 描述

用戶可以實時讀取每個觸摸傳感器通道的脈沖計數(shù)值（OUT），根據(jù)脈沖計數(shù)值（OUT）的變化判斷是否有手值觸摸。這種輪循方式占用較大 CPU 資源。ESP32 也支持配置硬件寄存器實現(xiàn)檢測手指觸摸動作，硬件周期性檢測脈沖計數(shù)值，如果超過設(shè)置的閾值時會產(chǎn)生硬件中斷，通知應(yīng)用層某個觸摸傳感器通道可能被觸發(fā)了。

內(nèi)部的硬件邏輯包含有限狀態(tài)機(jī) (Finite-State Machine, FSM)。FSM 將執(zhí)行觸摸傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)描述的序列檢測。軟件可通過專用寄存器操作 FSM。
FSM 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可見下圖。

二、IO功能表

ESP32 提供了多達(dá) 10 個的支持電容式觸摸傳感的 IO，能夠檢測觸摸傳感器上因手指接觸或接近而產(chǎn)生的電容變化。芯片內(nèi)部的電容檢測電路具有低噪聲和高靈敏度的特性，支持用戶使用面積較小的觸摸墊來實現(xiàn)觸摸檢測功能，用戶也可使用觸摸板陣列以探測更大的區(qū)域或更多的測試點。下表列出了 ESP32 中 10 個具備觸摸傳感功能的 IO。

TOUCH_PAD_NUM0 = 0, /*!< Touch pad channel 0 is GPIO4(ESP32) */

TOUCH_PAD_NUM1,     /*!< Touch pad channel 1 is GPIO0(ESP32) / GPIO1(ESP32-S2) */

TOUCH_PAD_NUM2,     /*!< Touch pad channel 2 is GPIO2(ESP32) / GPIO2(ESP32-S2) */

TOUCH_PAD_NUM3,     /*!< Touch pad channel 3 is GPIO15(ESP32) / GPIO3(ESP32-S2) */

TOUCH_PAD_NUM4,     /*!< Touch pad channel 4 is GPIO13(ESP32) / GPIO4(ESP32-S2) */

TOUCH_PAD_NUM5,     /*!< Touch pad channel 5 is GPIO12(ESP32) / GPIO5(ESP32-S2) */

TOUCH_PAD_NUM6,     /*!< Touch pad channel 6 is GPIO14(ESP32) / GPIO6(ESP32-S2) */

TOUCH_PAD_NUM7,     /*!< Touch pad channel 7 is GPIO27(ESP32) / GPIO7(ESP32-S2) */

TOUCH_PAD_NUM8,     /*!< Touch pad channel 8 is GPIO33(ESP32) / GPIO8(ESP32-S2) */

TOUCH_PAD_NUM9,     /*!< Touch pad channel 9 is GPIO32(ESP32) / GPIO9(ESP32-S2) */

三、功能概述

3.1 初始化觸摸板驅(qū)動程序

在使用觸摸板之前，您需要通過調(diào)用函數(shù)來初始化觸摸板驅(qū)動程序touch_pad_init()。此函數(shù)設(shè)置“ API參考”中“宏”.._DEFAULT下列出的幾個驅(qū)動程序參數(shù)。它還會刪除有關(guān)之前曾經(jīng)觸摸過哪些打擊墊的信息（如果有的話），并禁用中斷。

如果不再需要該驅(qū)動程序，請通過調(diào)用對其進(jìn)行初始化touch_pad_deinit()。

3.2 觸摸板GPIO引腳的配置

使用可以為特定的GPIO啟用觸摸傳感器功能touch_pad_config()。

使用該功能touch_pad_set_fsm_mode()選擇是否應(yīng)通過硬件計時器或軟件自動啟動觸摸板測量（由FSM操作）。如果選擇了軟件模式，請使用touch_pad_sw_start()來啟動FSM。

3.3 觸摸狀態(tài)測量

以下兩個功能可方便地從傳感器讀取原始或過濾后的測量值：

• touch_pad_read_raw_data()

• touch_pad_read_filtered()

它們還可以用于例如通過檢查觸摸或釋放觸摸板時傳感器讀數(shù)的范圍來評估特定的觸摸板設(shè)計。然后可以使用此信息來建立觸摸閾值。

3.4 調(diào)整測量參數(shù)

觸摸傳感器具有幾個可配置的參數(shù)，以匹配特定觸摸板設(shè)計的特征。例如，為了感測較小的容量變化，可以縮小觸摸板被充電/放電的參考電壓范圍。高和低參考電壓是使用功能設(shè)置的touch_pad_set_voltage()。

除了能夠識別較小的容量變化之外，積極的副作用還在于降低了低功耗應(yīng)用的功耗?？赡艿呢?fù)面影響是測量噪聲的增加。如果獲得的讀數(shù)的動態(tài)范圍仍然令人滿意，則可以通過減少測量時間來進(jìn)一步降低功耗touch_pad_set_meas_time()。

下表總結(jié)了可用的測量參數(shù)和相應(yīng)的“設(shè)置”功能：

• 觸摸板充放電參數(shù)：

• 電壓范圍 touch_pad_set_voltage()

• 速度（坡度）： touch_pad_set_cnt_mode()

• 測量時間： touch_pad_set_meas_time()

電壓范圍（高/低參考電壓），速度（斜率）和測量時間之間的關(guān)系如下圖所示。

3.5 過濾測量

如果測量結(jié)果比較嘈雜，則可以使用提供的API函數(shù)對其進(jìn)行過濾。在使用過濾器之前，請調(diào)用進(jìn)行啟動touch_pad_filter_start()。

濾波器類型為IIR（無限脈沖響應(yīng)），它具有可配置的周期，可以使用函數(shù)設(shè)置touch_pad_set_filter_period()。

您可以使用停止過濾器touch_pad_filter_stop()。如果不再需要，可以通過調(diào)用刪除過濾器touch_pad_filter_delete()。

3.6 觸摸偵測

ESP32的硬件基于用戶配置的閾值和FSM執(zhí)行的原始測量來實現(xiàn)觸摸檢測。使用功能touch_pad_get_status()檢查已觸摸了哪些打擊墊并touch_pad_clear_status()清除了觸摸狀態(tài)信息。

如果測量結(jié)果嘈雜且容量變化很小，則硬件觸摸檢測可能不可靠。要解決此問題，請在您自己的應(yīng)用程序中執(zhí)行測量過濾并執(zhí)行觸摸檢測，而不是使用硬件檢測/提供的中斷。有關(guān)這兩種觸摸檢測方法的示例實現(xiàn)，請參閱外圍設(shè)備/ touch_pad_interrupt。

3.7 觸摸觸發(fā)的中斷

在啟用觸摸檢測中斷之前，應(yīng)建立觸摸檢測閾值。觸摸和釋放打擊墊時，請使用“觸摸狀態(tài)測量”中描述的功能來讀取和顯示傳感器測量值。如果測量結(jié)果嘈雜且相對容量變化較小，請應(yīng)用過濾器。根據(jù)您的應(yīng)用和環(huán)境條件，測試溫度和電源電壓變化對測量值的影響。

建立檢測閾值后，可以在初始化期間使用touch_pad_config()或在運(yùn)行時使用設(shè)置檢測閾值touch_pad_set_thresh()。

在下一步中，配置如何觸發(fā)中斷?？梢栽陂撝狄韵禄蜷撝抵嫌|發(fā)這些閾值，該閾值是通過功能設(shè)置的touch_pad_set_trigger_mode()。

最后，使用以下功能配置和管理中斷調(diào)用：

• touch_pad_isr_register() / touch_pad_isr_deregister()

• touch_pad_intr_enable() / touch_pad_intr_disable()

當(dāng)中斷可操作時，您可以通過調(diào)用touch_pad_get_status()并從中清除中斷的狀態(tài)來獲取信息touch_pad_clear_status()。

3.8 從睡眠模式喚醒

如果使用觸摸板中斷將芯片從睡眠模式喚醒，則可以選擇應(yīng)觸摸的某些配置的觸摸板（SET1或SET1和SET2），以觸發(fā)中斷并引起隨后的喚醒。為此，請使用功能touch_pad_set_trigger_source()。

可以通過以下方式為每個“ SET”管理焊盤所需位模式的配置：

• touch_pad_set_group_mask() / touch_pad_get_group_mask()

• touch_pad_clear_group_mask()

四、API說明

以下 Touch Sensor 接口位于 driver/include/driver/touch_pad.h 和 driver/include/driver/touch_sensor_common.h。

4.1 touch_pad_init

4.2 touch_pad_set_voltage

4.3 touch_pad_config

4.4 touch_pad_filter_start

4.5 touch_pad_read_raw_data

4.6 touch_pad_read_filtered

4.7 touch_pad_set_fsm_mode

4.8 touch_pad_set_thresh

4.9 touch_pad_isr_register

4.10 touch_pad_get_status

4.11 touch_pad_clear_status

4.12 touch_pad_intr_enable

五、觸摸按鍵中斷

根據(jù) esp-idfexamplesperipheralstouch_pad_interrupt 中的例程修改

#include #include 'freertos/FreeRTOS.h'#include 'freertos/task.h'#include 'freertos/queue.h'#include 'esp_log.h'#include 'driver/touch_pad.h'#include 'soc/rtc_periph.h'#include 'soc/sens_periph.h'static const char *TAG = 'Touch pad';#define TOUCH_THRESH_NO_USE   (0)#define TOUCH_THRESH_PERCENT  (80)#define TOUCHPAD_FILTER_TOUCH_PERIOD (10)static bool s_pad_activated[TOUCH_PAD_MAX];static uint32_t s_pad_init_val[TOUCH_PAD_MAX];/*

  Read values sensed at all available touch pads.

  Use 2 / 3 of read value as the threshold

  to trigger interrupt when the pad is touched.

  Note: this routine demonstrates a simple way

  to configure activation threshold for the touch pads.

  Do not touch any pads when this routine

  is running (on application start).

 */static void tp_example_set_thresholds(void){

    uint16_t touch_value;

    for (int i = 0; i < TOUCH_PAD_MAX; i++) {

        //read filtered value

        touch_pad_read_filtered(i, &touch_value);

        s_pad_init_val[i] = touch_value;

        ESP_LOGI(TAG, 'test init: touch pad [%d] val is %d', i, touch_value);

        //set interrupt threshold.

        ESP_ERROR_CHECK(touch_pad_set_thresh(i, touch_value * 2 / 3));

    }}// 檢測觸摸中斷任務(wù)static void tp_example_read_task(void *pvParameter){

    static int show_message;

    while (1) 

    {

        //interrupt mode, enable touch interrupt

        touch_pad_intr_enable();

        for (int i = 0; i < TOUCH_PAD_MAX; i++) {

            if (s_pad_activated[i] == true) {

                ESP_LOGI(TAG, 'T%d activated!', i);

                // Wait a while for the pad being released

                vTaskDelay(200 / portTICK_PERIOD_MS);

                // Clear information on pad activation

                s_pad_activated[i] = false;

                // Reset the counter triggering a message

                // that application is running

                show_message = 1;

            }

        }

        vTaskDelay(10 / portTICK_PERIOD_MS);

        // If no pad is touched, every couple of seconds, show a message

        // that application is running

        if (show_message++ % 500 == 0) {

            ESP_LOGI(TAG, 'Waiting for any pad being touched...');

        }

    }}// 觸摸中斷處理函數(shù)。觸摸過的端口保存在s_pad_activated數(shù)組中static void tp_example_rtc_intr(void *arg){

    uint32_t pad_intr = touch_pad_get_status();

    //clear interrupt

    touch_pad_clear_status();

    for (int i = 0; i < TOUCH_PAD_MAX; i++) {

        if ((pad_intr >> i) & 0x01) {

            s_pad_activated[i] = true;

        }

    }}/*

 * Before reading touch pad, we need to initialize the RTC IO.

 */static void tp_example_touch_pad_init(void){

    for (int i = 0; i < TOUCH_PAD_MAX; i++) {

        //init RTC IO and mode for touch pad.

        touch_pad_config(i, TOUCH_THRESH_NO_USE);

    }}void app_main(void){

    // Initialize touch pad peripheral, it will start a timer to run a filter

    ESP_LOGI(TAG, 'Initializing touch pad');

    touch_pad_init();

    // 如果使用中斷觸發(fā)模式，應(yīng)將觸摸傳感器FSM模式設(shè)置為“ TOUCH_FSM_MODE_TIMER”

    touch_pad_set_fsm_mode(TOUCH_FSM_MODE_TIMER);

    // 設(shè)定充放電參考電壓：高參考電壓，低參考電壓，高參考電壓衰減

    // the high reference valtage will be 2.7V - 1V = 1.7V, The low reference voltage will be 0.5V.

    touch_pad_set_voltage(TOUCH_HVOLT_2V7, TOUCH_LVOLT_0V5, TOUCH_HVOLT_ATTEN_1V);

    // 配置觸摸端口

    tp_example_touch_pad_init();

    // 初始化并啟動軟件濾波器

    touch_pad_filter_start(TOUCHPAD_FILTER_TOUCH_PERIOD);

    // 設(shè)定中斷限值，此時不要觸摸，2/3的讀取值做為限值

    tp_example_set_thresholds();

    // 注冊觸摸中斷ISR

    touch_pad_isr_register(tp_example_rtc_intr, NULL);

    // 開啟一個任務(wù)處理電容觸摸

    xTaskCreate(&tp_example_read_task, 'touch_pad_read_task', 2048, NULL, 5, NULL);}

查看打印：

六、輪詢檢測按鍵

根據(jù) esp-idfexamplesperipheralstouch_pad_interrupt 中的例程修改

#include #include 'freertos/FreeRTOS.h'#include 'freertos/task.h'#include 'freertos/queue.h'#include 'esp_log.h'#include 'driver/touch_pad.h'#include 'soc/rtc_periph.h'#include 'soc/sens_periph.h'static const char *TAG = 'Touch pad';#define TOUCH_THRESH_NO_USE   (0)#define TOUCH_THRESH_PERCENT  (80)#define TOUCHPAD_FILTER_TOUCH_PERIOD (10)static bool s_pad_activated[TOUCH_PAD_MAX];static uint32_t s_pad_init_val[TOUCH_PAD_MAX];/*

  Read values sensed at all available touch pads.

  Use 2 / 3 of read value as the threshold

  to trigger interrupt when the pad is touched.

  Note: this routine demonstrates a simple way

  to configure activation threshold for the touch pads.

  Do not touch any pads when this routine