前言

本文主要介紹電容按鍵的原理與使用方法，主要使用的ARM資源為捕獲模塊，并不涉及新的模塊，所以本文內容不涉及新的HAL庫內容的介紹，

關于捕獲模塊部分，可以參考以下三篇博客：

• STM32F429第二十二篇之高級定時器——捕獲功能原理
• STM32F429第二十三篇之捕獲實驗詳解
• STM32CubeMX第六篇之捕獲實驗

本文主要參考資料：

• 煉訓良，楊森.STM32庫開發實戰指南——基于STM32F4.機械工業出版社

本實驗的源代碼如下所示：
https://github.com/zhenhaiyang/keil

本實驗的主要功能為：

1. 通過電容按鍵改變LED1的狀態，每次點擊電容按鍵，LED的狀態置反，
2. LED0按照1s的周期切換狀態，

硬體分析

本實驗的硬體如上圖所示：

1. 將TPAD與STM_ADC短接，
2. STM_ADC即為PA5，

所以，相當于將按鍵TPAD與PA5直接短接，

原理

電容器就是可以容納電荷的器件，在兩塊金屬板之間添加絕緣體就構成了最簡答的電容器，而在PCB中，可以設計為一塊帶有上拉電阻的銅塊，而其被接地的銅塊包圍住，這就構成了最簡單的電容接觸按鍵，當電路板的形狀固定時，電容接觸按鍵的容值也基本上是固定的，

此時，若將手指接觸到PCB板，電容接觸按鍵的容值就會改變，這是因為在金屬板和手指之間又新增了一個等效的電容Cs，如下圖所示：


綜上，電容接觸按鍵的原理就是：當手指接觸到按鍵的實收，按鍵的等效電容就會增大，因此，其充電時間增加，

所以，本實驗只需要檢測電容按鍵的充電時間，即可判斷手指是否接觸按鍵，

具體來說，可以大致分成以下幾個步驟：

1. 將PA5與電容短接——硬體分析已經實作，
2. 將PA5用作推挽輸出，且輸出低電平，使電容放電，
3. 將PA5用作TIM2CH1的捕獲管腳，電容在上拉的作用下開始充電，PA5捕獲電容充電時間，
4. 通過判斷充電時間長短，來確定按鍵是否被按下，

源程式

主函式

/**
  ******************************************************************************
  * @file    main.c
  * @author  zhy
  * @version 1.0
  * @date    2021-04-26
  * @brief   電容按鍵使用：
  *             1.通過按下電容按鍵，改變LED1的狀態
  *             2.LED0按照1s的頻率改變其狀態
  *          管腳分配：
  *             PA5：用于捕獲電容充電時間
  *          使用資源：
  *             TIM2CH1
  ******************************************************************************
  */

#include "stdio.h"
#include "stm32f4xx_hal.h"
#include "tpad.h"
#include "capture.h"
#include "sys.h"
#include "usart.h"
#include "delay.h"
#include "led.h"

int main()
{
    /* 1.變數初始化 */
    TpadStatus tpadStatus = TPAD_HIGH;
    uint32_t timeInMs = HAL_GetTick();
    uint32_t timeNewMS = 0;
    
    /* 2.硬體初始化 */
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    UartInit();
    LedInit();
    CaptureInit();
    TpadInit();

    /* 3.while回圈 */
    while (1)
    {
        timeNewMS = HAL_GetTick();
        TpadScan(&tpadStatus);
        if (tpadStatus == TPAD_RISING)
        {
            LED1 = !LED1;
        }
        if (timeNewMS - timeInMs >= 1000)
        {
            timeInMs = timeNewMS;
            LED0 = !LED0;
        }
    }
}

主函式可以分成三個部分：

1. 變數初始化
2. 硬體初始化
3. while回圈

在硬體初始化中，CaptureInit() 初始化TIM2CH1，其初始化的方法與之前博客介紹的基本相同，不再詳細介紹，TpadInit()為電容觸摸按鍵初始化，下文詳細分析，

在while回圈中，函式TpadScan()將按鍵的處理結果通過傳遞到變數tpadStatus中，若檢測到上升沿，則將LED1置反，需要注意的是，此處的上升沿是邏輯上的上升沿指的是：按鍵由無效狀態變成有效狀態，然后通過Tick時鐘判斷當前時間，從而實作LED0的1s周期變化，

TpadInit

/** 
 * @brief 觸摸按鍵初始化——將按鍵放電
 * @note 無
 * @param {*}無
 * @retval 無
 */
void TpadInit(void)
{
    /* 1.時鐘初始化 */
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    /* 2.GPIO初始化 */
    GPIO_InitTypeDef initGpio;
    initGpio.Pin = GPIO_PIN_5;           //pin5
    initGpio.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; //推挽輸出
    initGpio.Speed = GPIO_SPEED_FAST;    //速度：快
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &initGpio);     //初始化PA5
    /* 3.初始化 */
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_RESET); //PA5輸出低電平
    /* 4.獲取為觸摸時的電容充電時間 */
    GetTimeUntoched();
}

該函式十分簡單，首先，將PA5初始化為輸出低電平的推挽輸出，然后呼叫GetTimeUntoched()函式來求取未接觸按鍵時，按鍵的充電時間，

GetTimeUntoched

/** 
 * @brief 獲取初始時間
 * @note 無
 * @param {*}無
 * @retval 無
 */
void GetTimeUntoched(void)
{
    int16_t temp[10] = {0};
    for (uint8_t i = 0; i < 10; i++)
    {
        GetTimeCharge((uint16_t *)(void *)temp + i);
    }

    int16_t min = 0;
    int16_t max = 0;
    int16_t sub = 0;
    int16_t average = 0;
    for (uint8_t i = 1; i < 10; i++)
    {
        sub = temp[i] - temp[0];     //獲取差值
        min = min > sub ? sub : min; //差值的最小值
        max = max < sub ? sub : max; //差值的最大值
        average += sub;              //差值的和
    }
    average -= min + max;                        //剔除最小與最大值
    average >>= 3;                               //差值的平均
    timeUntouched = average + temp[0];           //實際的平均值
    printf("timeUntouched:%d\n", timeUntouched); //輸出未按下按鍵時的充電時間
}

通過呼叫函式GetTimeCharge()來獲取10次充電時間，默認認為在函式初始化的時候，手指沒有觸碰按鍵，然后通過10次求平均的方式，來獲得比較準確的按鍵的充電時間，將其存盤在全域變數timeUntouched中，且通過串口輸出，

GetTimeCharge

/** 
 * @brief 獲取捕獲時間
 * @note 無
 * @param {uint32_t} *time 捕獲時間
 * @retval 無
 */
void GetTimeCharge(uint16_t *time)
{
    /* PA5：推挽輸出 */
    GPIOA->MODER &= ~GPIO_MODER_MODE5;
    GPIOA->MODER |= GPIO_MODER_MODE5_0;
    GPIOA->OTYPER &= ~GPIO_OTYPER_OT_5;
    /* 輸出低電平 */
    PAout.bit5 = 0;

    delay_us(50);

    /* PA5：復用為TIM2CH1 */
    GPIOA->MODER &= ~GPIO_MODER_MODE5;
    GPIOA->MODER |= GPIO_MODER_MODE5_1;
    GPIOA->AFR[0] &= ~GPIO_AFRL_AFRL5;
    GPIOA->AFR[0] |= GPIO_AFRL_AFRL5_0; //0b0001:AF1

    TIM2->SR = 0x0000;        //清空中斷標志
    TIM2->CR1 |= TIM_CR1_CEN; //打開計數器

    while (!(TIM2->SR & TIM_SR_CC1IF)) //等待充電完成
        ;
    TIM2->SR ^= TIM_SR_CC1IF;  //清除中斷標記
    TIM2->CNT = 0;             //清空計數器
    TIM2->CR1 &= ~TIM_CR1_CEN; //關閉計數器

    *time = TIM2->CCR1;         //獲取捕獲值
    printf("time:%d\n", *time); //發送時間值
}

該函式用于獲取電容的充電時間，

1. 將PA5配置為推挽輸出且輸出低電平，延時一段時間，讓電容充分放電，
2. 將PA5配置為復用功能，復用做TIM2CH1的上升沿檢測管腳，打開計數器開始計時，
3. 通過while回圈等待上升沿觸發，然后關閉計時器，清零計數器等操作后，將捕獲的電容充電時間通過引數輸出，且用串口列印，

TpadScan

/** 
 * @brief 判斷按鍵是否有按下
 * @note 無
 * @param {TpadStatus} *tpadStatus 按鍵狀態
 * @retval 無
 */
void TpadScan(TpadStatus *tpadStatus)
{
    static uint8_t timeHigh = 0;
    uint16_t timeCharge = 0;

    GetTimeCharge(&timeCharge);

    if (timeCharge > timeUntouched * 5 >> 2) //若是平均未觸碰充電時間的5/4，則判斷是按鍵按下
    {
        timeHigh = 3;
        switch (*tpadStatus)
        {
        case TPAD_LOW:
            *tpadStatus = TPAD_RISING;
            break;
        case TPAD_RISING:
            *tpadStatus = TPAD_HIGH;
            break;
        default:
            break;
        }
    }
    else //若檢測到時間不足
    {
        *tpadStatus = TPAD_HIGH;
        if (timeHigh > 0)
        {
            timeHigh--;
        }
        else
        {
            *tpadStatus = TPAD_LOW;
        }
    }
}

首先，判斷充電時間是否為原有時間的5/4，若復合條件，則認為手指接觸了按鍵，否則，則認為手指離開了按鍵，

若條件由不符合變為復合，則認為這是一個上升沿，否則，其處于高電平或者低電平，

變數timeHigh相當于為濾波器，至少3次連續的條件不符合才認為其為真，這是為了防止按鍵抖動，