【STM32】HAL库 STM32CubeMX-正点原子TPAD(电容按键触摸)实验

前言：

本实验通过STM32CubeMX和HAL库结合，实现正点原子的TPAD实验。

使用工具：

芯片：STM32F103ZET6(精英版)

软件：STM32CubeMx软件、MDK-Keil软件

库：STMF1 HAL库

知识概括：

GPIO控制LED的亮灭

定时器输入捕获

STM32CubeMx创建过程

什么是TPAD

        我们使用的是检测电容充放电时间的方法来判断是否有触摸，图 中的 A、B 分别表示有无人体按下时电容的充放电曲线。其中 R 是外接的电容充电电阻， Cs 是没有触摸按下时 TPAD 与 PCB 之间的杂散电容。而 Cx 则是有手指按下的时候，手指与 TPAD 之间形成的电容。图中的开关是电容放电开关（实际使用时，由 STM32F1 的 IO 代替）。

先用开关将 Cs（或 Cs+Cx）上的电放尽，然后断开开关，让 R 给 Cs（或 Cs+Cx）充电， 当没有手指触摸的时候，Cs 的充电曲线如图中的 A 曲线。而当有手指触摸的时候，手指和 TPAD 之间引入了新的电容 Cx，此时 Cs+Cx 的充电曲线如图中的 B 曲线。从上图可以看出，A、B 两 种情况下，Vc 达到 Vth 的时间分别为 Tcs 和 Tcs+Tcx。 其中，除了 Cs 和 Cx 我们需要计算，其他都是已知的，根据电容充放电公式：

 我们使用 PA1(TIM2_CH2（精英版）)来检测 TPAD 是否有触摸，在每次检测之前，我们先配置 PA1 为推挽输出，将电容 Cs（或 Cs+Cx）放电，然后配置 PA1 为浮空输入，利用外部上拉电阻 给电容 Cs(Cs+Cx)充电，同时开启 TIM5_CH2 的输入捕获，检测上升沿，当检测到上升沿的时 候，就认为电容充电完成了，完成一次捕获检测。

每次复位重启的时候，我们执行一次捕获检测（可以认为没触摸），记录此时的值， 记为 tpad_default_val，作为判断的依据。在后续的捕获检测，我们就通过与 tpad_default_val 的 对比，来判断是不是有触摸发生。

原理图：

由于设计时 PA1 不直接连接到电容触摸按键，而是引到了插针上，我们需要通过跳线帽把 P10 上标为 ADC 的引脚与标号为“TPAD”的标号连接到一起。

简单来说：

TAPD是一个电容，我们先对电容进行放电，之后电容进行充电的过程中，IO端口会由低电平转换为高电平，通过定时器的输入捕获获取电容从低电平转换为高电平的时间。时间为Tcs，手指按下时，电容会增大，低电平转换为高电平的时间会加长，为Tcx。通过两次时间对比判断TPAD是否有触摸。

注：以上部分内容转自正点原子

工程创建

1设置RCC

设置高速外部时钟HSE，选择外部时钟源

 2设置时钟

3设置LED

 将PE5设置为输出模式，上拉电阻，同理设置PB5

 4定时器配置

设置TIM2的通道2

        预分频系数为71，频率为72MHz  / （71+1） = 1us

        自动加载值为最大值65535

        上升沿捕获

        滤波值为0

同时在NVIC中使能TIM2的中断 

5项目文件

 6创建工程文件

点击右上角CENERATE CODE 创建工程

代码部分：

创建tapd.c        tapd.h两个文件

tapd.h

#ifndef __TPAD_H__
#define __TPAD_H__#include "main.h"void tpad_init(void);               // 初始化
uint8_t tapd_scan(uint8_t mode);    // 扫描函数#endif

tapd.c

#include "tpad.h"
#include "tim.h"        // 需要使用到定时器的捕获功能/*@brief      复位TPAD#node       将TPAD按键看作是一个电容，手指按下和不按下电容值有变化先将GPIO设置为推挽输出，输出0，进行放电，在设置为GOIP为浮空输入，等待电容充电，并且捕获上拉
*/static uint8_t flag = 0;                        // 检测是否执行了输入捕获回调函数
uint16_t temp = 0;                              // 存取捕获的值
uint16_t tpad_default_val;                      // 手指不按下时，电容充电到高电平的时间static void tpad_reset(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_1;                       // 将PA1设置为开漏输出GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;                     // 上拉电阻GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_RESET);   // 将PA1置0，对电容进行放电htim2.Instance->SR = 0;     // 清除标记htim2.Instance->CNT = 0;    // 归零GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_1;                       // 设置为输入模式，进行输入捕获GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);// 设置为上升沿捕获__HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&htim2, TIM_CHANNEL_2, TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_RISING);HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim2, TIM_CHANNEL_2);    // 开启定时器捕获
}static void tpad_get_val(void)
{tpad_reset();                                   // 先进行复位(放电，置位，开启定时器捕获)while(flag == 0)                                // 判断捕获中断回调函数是否捕获完成{HAL_Delay(1);}flag = 0;                                       // 捕获完成后再次将flag置0
}// 捕获中断回调函数
void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{UNUSED(htim);HAL_TIM_IC_Stop_IT(&htim2, TIM_CHANNEL_2);      // 先关闭定时器捕获if (TIM2 == htim->Instance){temp = HAL_TIM_ReadCapturedValue(&htim2, TIM_CHANNEL_2);    // 获取当前捕获值flag = 1;                                   // 将flag置1，说明捕获完成}
}/**
* @brief 读取 n 次, 取最大值
* @param n ：连续获取的次数
* @retval n 次读数里面读到的最大读数值
*/static uint16_t tapt_get_maxval(uint8_t n)
{uint16_t maxval = 0;while (n--) {tpad_get_val();     // 进行数据捕获，捕获成功后temp的值更新为最新的捕获值if (temp > maxval) {maxval = temp;  // 取捕获的最大值}}return maxval;          // 将数值返回
}    // 初始化触摸按键
void tpad_init(void)
{uint16_t buf[10];uint16_t m;uint8_t i, j;for (i = 0; i < 10; i++) {  // 获取10个数据tpad_get_val();buf[i] = temp;}for (i = 0; i < 9; i++) {   // 进行排序for (j = i+1; j < 10; j++) {if (buf[i] < buf[j]){m = buf[i];buf[i] = buf[j];buf[j] = m;}}}m = 0;for (i = 2; i < 8; i++) {       // 取中间的6个数据m += buf[i];}tpad_default_val = m / 6;       // 求平均值作为没有触摸时的值
}/**
* @brief    扫描触摸按键
* @param    mode ：扫描模式
* @arg      0, 不支持连续触发(按下一次必须松开才能按下一次);
* @arg      1, 支持连续触发(可以一直按下)
* @retval   0, 没有按下; 1, 有按下;
*/uint8_t tapd_scan(uint8_t mode)     // 扫秒模式
{static uint8_t keyen = 0;       /* 0, 可以开始检测; >0, 还不能开始检测; */uint8_t res = 0;uint8_t sample = 3;             /* 默认采样次数为 3 次 */uint16_t rval = 0;if (mode) {                     // mode = 1为扫描模式，sample = 6;                 /* 支持连按的时候，设置采样次数为 6 次 */keyen = 0;                  /* 支持连按, 每次调用该函数都可以检测 */}rval = tapt_get_maxval(sample); // 获取读取的值if (rval > (tpad_default_val + 15)) {if (keyen == 0) {res = 1;}keyen = 3;}if (keyen) keyen--;             // 单次触发松手三次后将keyen置0，然后才能将res赋值为1return res;
}

在main函数的中添加一下语句：

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */#include "tpad.h"/* USER CODE END Includes *//* Private typedef -----------------------------------------------------------*/

  /* Initialize all configured peripherals */MX_GPIO_Init();MX_TIM2_Init();MX_USART1_UART_Init();/* USER CODE BEGIN 2 */tpad_init();              // TPAD电容按键初始化/* USER CODE END 2 *//* Infinite loop *//* USER CODE BEGIN WHILE */uint8_t t = 0;while (1){if (tapd_scan(0)) {       // 非连续触发模式，返回1按下，返回0没有按下HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB, GPIO_PIN_5);}t++;if (t == 15) {t = 0;HAL_GPIO_TogglePin(GPIOE, GPIO_PIN_5);}HAL_Delay(100);/* USER CODE END WHILE *//* USER CODE BEGIN 3 */}

结果：

PE5连接的LED不停的闪烁说明程序在正常运行，按下电容按键后PB5连接的LED状态取反实现LED的亮灭。