STM32自带的触摸控制原理与触摸按键应用

一，STM32CubeMX配置

1，GPIO配置成触摸功能

硬件链接

TSC_G1_IO1连接触摸电容，其他三个作为触摸按键。

2，TSC配置

软件配置三个触摸通道

控制参数配置，我们保持默认

3，TOUCHSENSING中间件配置

中间件帮我们进一步封装了基础操作，使我们只需要调用一两个函数就可以实现相应的功能。

我们保持默认配置

二，生成代码

STM32CubeMX配置后导出的触摸相关中间件代码如上图所示

我们主要用到的是下面这两个文件

tsl_user.c 

tsl_user.h    

配置   数据是下面这两个文件

 tsl_conf.h 

 tsl.c 

TSC 硬件采集层是这两个文件

tsl_acq_tsc.c

tsl_acq_tsc.h

tsl_user.c 中一个是初始化函数，在生成代码时已经自动调用了，

我们需要在我们编写的代码中不断的调用下面这个函数

tsl_user_Exec();

他主要是判断是否需要扫描、切换 Bank以及更新触摸检测的状态机。

调用代码如下：

void Key_Task(void)

{

if(tsl_user_Exec() == TSL_STATUS_OK)

{

if(MyTKeys[0].p_Data->StateId == TSL_STATEID_DETECT)

{

printf("Key1 pressed\r ");

}

else if(MyTKeys[1].p_Data->StateId == TSL_STATEID_DETECT)

{

printf("Key2 pressed\r ");

}

else if(MyTKeys[2].p_Data->StateId == TSL_STATEID_DETECT)

{

printf("Key3 pressed\r ");

}

}

}

while(1)

{

    void Key_Task(void);

}

到此，可以检测到每个按键按下，是不是很简单。

三，原理

首先说了如何实现我们想要的触摸检测功能，再来说说一些原理和细节。

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该文档是中文官方文档，有入门内容的详细介绍。如下主要是对官方文档的一些总结。

什么是TSC、组、通道、组合、单通道TKEY、Delta、测量值、参考值、DTO、DXS、ECS，这些概念要熟悉一下。

STM32触摸感应特性以电荷转移为基础。表面电荷转移采集原理包括将传感器电容（Cx）充电和将累积电荷转移至采样电容（Cs）。此过程不断重复，直至Cs两侧电压达到VIH。达到阈值所需的电荷转移次数直接表示电极电容的大小。当传感器被触摸时，传感器对地电容增大。这意味着C电压达到VIH所需的电荷转移次数减少，测量值变小。当此测量值低于阈值时，TSL报告检测。下图为没有考虑寄生电容的原理图。四，STM32CubeMX中的配置解释：

Charge Transfer High Pulse Length： 充电脉冲高电平时间

Charge Transfer Low Pulse Length：充电脉冲低电平时间

触摸传感器工作时，先通过内部基准源对按键电容 Cx 充电，然后再对采样电容 Cs 放电。

这是一个充放电的电荷传输过程。为了保证更精确的测量 Cx 的值，需要保证每次给 Cx

时，Cx 的电压要达到基准源的电压值。所以需要保证充电的开启时间要满足充电的条

件。充电充分时按键电极上的波形应该如下图所示：

Spread Spectrum：展频

如果想要增强触摸传感器的抗干扰能力，可以通过使能扫描时钟扩频功能。使能扩频后，

通过设置时钟抖动范围来设置扩频的范围。打开扩频功能后，由于随机性的增加或者减

少扫描时钟的高低电平宽度，扫描时钟基频也不再固定，将在基频附近上下随机变化，

这样就达到了扩频的效果。

Pulse Generator Prescaler： 时钟分频

建议时钟频率：32-48 MHz， 通过Pulse Generator Prescaler分频。

频率也会影响电容充放电是否充分。

IO Default Mode：

定义了触摸感应控制器在非激活状态（未进行电容测量时）下I/O引脚的工作模式。

Acquisition Mode:   采集模式

触摸中间件的相关配置解释如下：

①Summary（汇总信息）

• 总共有 3 个触摸对象

• 从下面配置看，这 3 个对象全部是 TouchKey

TSLPRM_TOTAL_OBJECTS = 3

含义：

• 系统中定义的 触摸对象（Touch Object）总数

• 一个 Object 可以是：

  • 一个 TouchKey（按键）

  • 一个 Linear Slider（滑条）

  • 一个 Rotary Wheel（旋钮）

TSC_ACTIVE_CHANNELS = max(TSLPRM_TOTAL_CHANNELS) = 3

含义：

• TSC 外设实际参与扫描的通道数量

• 这个值是自动计算的，等于你用到的最多通道数

TSLPRM_TOTAL_CHANNELS = 3

含义：

• 触摸电极（Channel）的总数量

• 一个 Channel 对应一个采样电极（一个触摸 IO）

②Linear / Rotary sensors used（线性 / 旋转传感器）

这一整块用于 滑条（Linear）和旋钮（Rotary） 的配置。

• TSLPRM_USE_3CH_LIN_M1

• TSLPRM_USE_4CH_ROT_M

• TSLPRM_USE_5CH_LIN_H

这些是什么意思？

这是中间件内部算法模板选择开关，表示：

是否启用某种 “通道数量   对象类型   算法模式” 的预定义实现

拆开理解（以 TSLPRM_USE_3CH_LIN_M1 为例）：

• 3CH：3 个通道

• LIN：线性滑条

• M1：算法模式 1（中等精度）

常见后缀含义：

• LIN：线性滑条

• ROT：旋转

• M1 / M2 / M / H / D：

  • 不同的插值算法和滤波复杂度

  • 精度、抗干扰能力、CPU 占用不同

③TouchKey sensors（触摸按键）

1. TSLPRM_TOTAL_TOUCHKEYS = 32. TSLPRM_TOTAL_TOUCHKEYS_B = 0

STM32 触摸中间件支持：

• Single Bank

• Dual Bank（A / B）

这里的TSLPRM_TOTAL_TOUCHKEYS_B 就是双Bank

Bank 的意义：

• 用于：

  • 分时扫描

  • 降低串扰

  • 优化扫描时序

• 对简单应用来说：

  • 用一个 Bank 完全没问题

单BANK

时间轴 →

[ CH1 ][ CH2 ][ CH3 ][ CH4 ]   ← 全部在 Bank A

• 所有电极共用一个扫描周期

• 结构简单

• 扫描周期 = 所有通道扫描时间之和

双 BANK（Dual Bank）

时间轴 →
[ CH1 ][ CH2 ]    ← Bank A
[ CH3 ][ CH4 ] ← Bank B

特点：

• Bank A 和 Bank B 分时轮流扫描

• 同一 Bank 内的通道仍是顺序扫描

• 不同 Bank 之间 电气上、时间上隔离

所以：

• 少量按键 → 单 Bank 即可

• 多电极 / EMC 严苛 → 合理拆分 A/B

Bank 的本质：把“不能同时扫描的电极”分成不同时间片扫描。

Optional features（可选功能）

TSLPRM_USE_PROX = 1

含义：

• 使能 接近检测（Proximity）

• 在“真正触摸”之前，先进入 PROX 状态

Acquisition limits（采样范围）

Calibration（校准参数）

TouchKey 阈值

DETECT（触摸）阈值TSLPRM_TKEY_DETECT_IN_TH = 120TSLPRM_TKEY_DETECT_OUT_TH = 110

含义：

• Δ ≥ 120 → 确认触摸

• Δ ≤ 110 → 释放

Linear / Rotary 阈值

Linear / Rotary 位置参数

1.TSLPRM_LINROT_RESOLUTION = 4

含义：

• 输出位置分辨率

• 实际输出点数 = 2⁴ = 16

2. TSLPRM_LINROT_DIR_CHG_POS = 1

• 是否检测方向变化

• 1 = 开启

3. TSLPRM_LINROT_DIR_CHG_DEB = 1

含义：

• 方向变化的去抖计数

• 范围：0~63

越大：

• 方向判断越稳

• 响应越慢

Debounce counters（去抖计数器）

ECS（Environment Change System）抗环境变化

DTO（Detection Time Out）

Miscellaneous（杂项）

五，架构

应用层对应的就是tsl_user.c ，tsl_user.h  这两个文件

STM32CubeMX配置项主要是写入到 tsl_conf.h 对中间件的参数进行配置

六，测试

  程序运转起来后，可以检测到按键触摸了，但是如何知道当前触摸的硬件和软件参数是否合适，也就是说检测是检测到了，但是检测质量如何？

1，硬件测量

在实际的应用中，我们需要在所有硬件组装完成后的环境下测试按键充电的情况。可以

通过一枚小的金属硬币，覆盖在按键区域，通过示波器探针点在硬币上来观察波形

但是我实测，这样效果并不好，我还是直接戳破按键表层油漆直接测量，不知道你的测量效果怎么样。如前所述，充电充分的波形是下面这样的

2，软件监测

命名规则：

  所有模块使用的类型都在tsl_types.h文件中定义。其他变量类型在其对应的模块头文件中定义。

  需要观察的STMTouch触摸传感库变量的部分列表：

   TSL_ChannelData_T ：通道测量值、参考值和增量，这些变量有助于调整阈值参数。

  TSL_TouchKeyData_T  和  TSL_LinRotData_T ：传感器状态结构，有助于调整防抖动、ECS  和  DTO  参数。

  TSL_LinRotData_T  ：线性和旋转触摸传感器位置。

  可以通过STMStudio上位机软件监测这些变量的数值

不过该软件官方已经不更新了，推荐的替换软件是STM32CubeMonitor。但是这个软件似乎有点复杂，还有待研究。