當然，僅僅電容變化這一事實并不是特別有用。為了實際執(zhí)行電容式觸摸感應(yīng)，我們需要一個能夠以足夠的精度測量電容的電路，以一致地識別由于手指的存在而引起的電容增加。有多種方法可以做到這一點，有些非常簡單，有些則更為復(fù)雜。在本文中，我們將介紹兩種實現(xiàn)電容感應(yīng)功能的通用方法；第一個基于 RC（電阻電容）時間常數(shù)，第二個基于頻率變化。
　　RC 時間常數(shù)——像老朋友一樣　　如果您像我一樣，當您看到代表充電或放電電容器兩端電壓的指數(shù)曲線時，您會體驗到模糊的大學(xué)懷舊感。這是有道理的——也許這是我第一次意識到高等數(shù)學(xué)實際上與現(xiàn)實有某種關(guān)系，或者也許在這個葡萄收獲機器人的時代，放電電容器的簡單性有一些吸引人的地方。無論如何，我們知道當電阻或電容發(fā)生變化時，該指數(shù)曲線也會發(fā)生變化。假設(shè)我們有一個由 1 MΩ 電阻器和典型無指電容為 10 pF 的電容式觸摸傳感器組成的 RC 電路。

　　我們可以使用通用輸入/輸出引腳（配置為輸出）將傳感器電容充電至邏輯高電壓。接下來，我們需要電容器通過大電阻放電。重要的是要理解，您不能簡單地將輸出狀態(tài)切換為邏輯低電平。配置為輸出的 I/O 引腳將驅(qū)動邏輯低信號，即，它將為輸出提供到接地節(jié)點的低阻抗連接。因此，電容器將通過這種低阻抗快速放電，放電速度如此之快，以至于微控制器無法檢測到電容微小變化所產(chǎn)生的細微時序變化。這里我們需要的是一個高阻抗引腳，它將迫使幾乎所有電流通過電阻器放電，這可以通過將引腳配置為輸入來實現(xiàn)。因此，首先將引腳設(shè)置為邏輯高輸出，然后通過將引腳更改為輸入來啟動放電階段。產(chǎn)生的電壓將如下所示：

　　如果有人觸摸傳感器并因此產(chǎn)生額外的 3 pF 電容，時間常數(shù)將增加，如下所示：

　　按照人類標準，放電時間沒有太大差異，但現(xiàn)代微控制器肯定可以檢測到這種變化。假設(shè)我們有一個時鐘頻率為 25 MHz 的定時器；當我們將引腳切換到輸入模式時，我們啟動計時器。我們可以使用該定時器來跟蹤放電時間，方法是將同一引腳配置為啟動捕獲事件的觸發(fā)器（“捕獲”意味著將定時器值存儲在單獨的寄存器中）。當放電電壓超過引腳的邏輯低閾值（例如 0.6 V）時，將發(fā)生捕獲事件。如下圖所示，閾值 0.6 V 的放電時間差為 ΔT = 5.2 s。

　　當定時器時鐘源周期為 1/(25 MHz) = 40 ns 時，該 ΔT 對應(yīng)于 130 個時鐘周期。即使電容變化減少 10 倍，未觸摸的傳感器和觸摸的傳感器之間仍然存在 13 個刻度的差異。
　　所以這里的想法是對電容器進行重復(fù)充電和放電，同時監(jiān)控放電時間；如果放電時間超過預(yù)定閾值，微控制器會假設(shè)手指已與觸摸感應(yīng)電容器“接觸”（我將“接觸”放在引號中，因為手指實際上從未接觸過電容器 - 正如前面提到的）文章中，電容器通過阻焊層和設(shè)備外殼與外部環(huán)境隔離）。然而，現(xiàn)實生活比這里提出的理想化討論要復(fù)雜一些；誤差源將在下面的“處理現(xiàn)實”部分中討論。
　　可變電容、可變頻率
　　在基于頻移的實現(xiàn)中，電容傳感器用作 RC 振蕩器的“C”部分，這樣電容的變化會導(dǎo)致頻率的變化。輸出信號用作計數(shù)器模塊的輸入，該計數(shù)器模塊對特定測量周期內(nèi)出現(xiàn)的上升沿或下降沿的數(shù)量進行計數(shù)。當手指的接近導(dǎo)致傳感器的電容增加時，振蕩器的輸出信號的頻率降低，因此邊沿計數(shù)也減少。
　　所謂的張弛振蕩器是可用于此目的的常見電路。除了觸摸電容之外，還需要一些電阻和比較器；這似乎比上面討論的充電/放電技術(shù)麻煩得多，但如果您的微控制器具有集成的比較器模塊，那就還不錯。我不打算詳細介紹這個振蕩器電路，因為 1) 它在其他地方討論過，包括這里和這里，2) 當有許多微控制器和分立 IC 時，您似乎不太可能想要使用振蕩器方法。提供高性能電容式觸摸感應(yīng)功能。如果您別無選擇，只能創(chuàng)建自己的電容式觸摸感應(yīng)電路，我認為上面討論的充電/放電技術(shù)更簡單。否則，可以選擇帶有專用電容感應(yīng)硬件的微控制器，讓您的生活變得更簡單。
　　多路復(fù)用器允許通過八個不同的觸摸感應(yīng)電容器來控制振蕩頻率。通過快速循環(huán)通道，該芯片可以有效地同時監(jiān)控八個觸摸感應(yīng)按鈕，因為微控制器的工作頻率相對于手指移動的速度來說非常高。
　　面對現(xiàn)實
　　電容式觸摸感應(yīng)系統(tǒng)會受到高頻和低頻噪聲的影響。
　　高頻噪聲會導(dǎo)致測得的放電時間或邊沿計數(shù)出現(xiàn)微小的樣本間差異。例如，上面討論的無指充電/放電電路可能具有675個滴答的放電時間，然后685個滴答，然后665個滴答，然后670個滴答，等等。這種噪聲的重要性取決于預(yù)期的手指引起的放電時間變化。如果電容增加 30%，則 ΔT 將為 130 刻度。如果我們的高頻變化僅為 ±10 刻度左右，我們就可以輕松區(qū)分信號和噪聲。
　　然而，電容增加 30% 可能接近我們可以合理預(yù)期的最大變化量。如果我們只得到 3% 的變化，則 ΔT 為 13 個刻度，太接近本底噪聲。減少噪聲影響的一種方法是增加信號的幅度，您可以通過減少 PCB 電容器和手指之間的物理距離來實現(xiàn)這一點。不過，機械設(shè)計通常會受到其他因素的限制，因此您必須充分利用所獲得的任何信號幅度。在這種情況下，您需要降低本底噪聲，這可以通過平均來實現(xiàn)。例如，每個新的放電時間可以不與先前的放電時間比較，而是與最后4或8或32個放電時間的平均值進行比較。上面討論的頻移技術(shù)自動結(jié)合了平均，因為平均頻率周圍的小變化不會顯著影響相對于振蕩周期較長的測量周期內(nèi)計數(shù)的周期數(shù)。
　　低頻噪聲是指無指傳感器電容的長期變化；這些可能是由環(huán)境條件引起的。這種噪音無法被平均，因為這種變化可能會持續(xù)很長一段時間。因此，有效處理低頻噪聲的唯一方法就是具有適應(yīng)性：用于識別手指存在的閾值不能是固定值。相反，應(yīng)該根據(jù)沒有表現(xiàn)出顯著短期變化（例如由手指接近引起的變化）的測量值定期進行調(diào)整。