Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

95
© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 1 de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro CAP - mTouch TM

description

Objetivos da AulaAo término desta aula você irá: Conhecer os princípios da Tecnologia de ToqueCapacitivo Conhecer as soluções mTouch™Know How para implementar uma aplicação deToque Capacitivo usando os microcontroladores daMicrochip

Transcript of Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

Page 1: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 1

������� de sensoriamentoCapacitivo com a linha

PIC®micro

CAP - mTouchTM

Page 2: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 2

Objetivos da Aula

Ao término desta aula você irá:

� Conhecer os princípios da Tecnologia de Toque Capacitivo

� Conhecer as soluções mTouch™

� Know How para implementar uma aplicação de Toque Capacitivo usando os microcontroladores da Microchip

Page 3: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 3

Agenda

Princípios de capacitância� Medindo Capacitância

Capacitância para cada HW� Comparador interno (PIC10F)� Comparador com SR Latch (PIC16F/PIC18F)� Capacitive Sense Module (CSM) (PIC16F/PIC18F)� Charge Time Measurement Unit (CTMU) (PIC18F/PIC24F)

Técnicas de SoftwareTécnicas de Layout de placaRecursos DisponíveisDemonstração

Page 4: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 4

Agenda

Princípios de capacitância� Medindo Capacitância

Capacitância para cada HW� Comparador interno (PIC10F)� Comparador com SR Latch (PIC16F/PIC18F)� Capacitive Sense Module (CSM) (PIC16F/PIC18F)� Charge Time Measurement Unit (CTMU) (PIC18F/PIC24F)

Técnicas de SoftwareTécnicas de Layout Recursos DisponíveisDemonstração

Page 5: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 5

Soluções de Sensoriamento Capacitivo mTouch™

ComparadorComparadorComparador

Comparadorcom SR Latch

ComparadorComparadorcom SR Latchcom SR Latch

Capacitive Sensing

Module (CSM)

Capacitive Capacitive Sensing Sensing

Module (CSM)Module (CSM)

Charge TimeMeasurementUnit (CTMU)

Charge TimeCharge TimeMeasurementMeasurementUnit (CTMU)Unit (CTMU)

MC

U P

ER

FOR

MA

NC

E

CANAIS DISPONÍVEIS

1 1 -- 22 4 4 -- 1010 > 15> 15

PIC10F eComponentes

externos

PoucosComponentes

externos

Semnecessidade decomp. externos

Page 6: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 6

Princípios de Capacitância

dA

C rεε 0=

�0 Permissividade do vácuo (8.854 pF/metro)

�r Constante dielétrica relativa (sem unidade)

A Area das placas (metros)

C Capacitancia (F)

d Distancia entre as placas (metros)

A

d

Page 7: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 7

� Material do PCB� FR-4 4.20 to 4.70� CEM1 - 3 3.8 to 4.5

� Vidro� Iron-sealing glass 8.38 to 8.30� Soda-borosilicate 4.97 to 4.84� Fused quarts 3.78

� Plástico� Acetato 3.48 to 3.30� Resina Epoxy 3.67 to 3.52� Policarbonato 3.02 to 2.96� Polietileno 2.26

� Outros� Agua Líquida 78.20� Ketchup / Mostarda 24.0� Gelo 4.15� Neve 1.55

dA

C r��= 0

Constante Dielétrica

Page 8: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 8

Placa de Circuito Placa de Circuito Impresso (PCB)Impresso (PCB)

d

Construção do Sensor de Toque

CCPP = = Base do sensor capacitivoBase do sensor capacitivo

CP

PadPad de cobrede cobre

AplicaAplicaçção isoladaão isoladaA

Page 9: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 9

� Introdução do dedo produz uma capacitância paralela

CF

Como funciona?

CP

Page 10: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 10

CP CF

CP

Sensor Capacitivo (CS) = CP

Sensor Capacitivo (CS) = CP + CF

Circuito Equivalente

Page 11: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 11

Fatores de Influência na Capacitância

� Tamanho do sensor Pad� Quanto do dedo esta sobre o sensor� Tipo do material que cobre o sensor� Espessura do Material cobrindo o sensor� Material nos dedos:

� Luvas, Pinturas, Mão Úmida, Ketchup etc� Calor, umidade, metal adjacente

Page 12: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 12

Aquisição da Capacitância

A solução de sensoriamento mTouch™ baseia-se em dois métodos distintos:

� Medindo a Freqüência (Relaxation Oscillator)� Sensor de Toque é o C em um oscilador RC

� Medindo a Tensão (Tempo de Carga) � Capacitor é carregado por um período fixo e a tensão é medida.

Tt

�V �f

Page 13: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 13

Agenda

Princípios de capacitância� Medindo Capacitância

Capacitância para cada HW� Comparador interno (PIC10F)� Comparador com SR Latch (PIC16F/PIC18F)� Capacitive Sense Module (CSM) (PIC16F/PIC18F)� Charge Time Measurement Unit (CTMU) (PIC18F/PIC24F)

Técnicas de SoftwareTécnicas de Layout Recursos DisponíveisDemonstração

Page 14: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 14

Um Circuito RC Simples

VCS

tempo� = R * CS

R

CS VCS

+

_

5�

Page 15: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 15

Circuito RC – Quando tocado

� = R * CS

R

CS VCS

+

_

VCS

tempo5�

Page 16: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 16

Aplicação do mTouch em PIC10F

� � �� ��� � �� ��

� � � �� ����������������� � ���� � ��

Page 17: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 17

Agenda

Princípios de capacitância� Medindo Capacitância

Capacitância para cada HW� Comparador interno (PIC10F)� Comparador com SR Latch (PIC16F/PIC18F)� Capacitive Sense Module (CSM) (PIC16F/PIC18F)� Charge Time Measurement Unit (CTMU) (PIC18F/PIC24F)

Técnicas de SoftwareTécnicas de Layout Recursos DisponíveisDemonstração

Page 18: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 18

Relaxation Oscillator Circuit

VDD

S

R

Q

Q

+_

+_

0.1µF

CS

3K�

1K�

120K�

C1

C2

1/4VDD

CVREF

� 2/3 VDD

PIC® MCU

VCS

Cs = Sensor de Capacitância

Page 19: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 19

Circuito Oscilador

VDD

S

R

Q

Q

+_

+_

CS

3K�

1K�

120K�

C1

C2

1/4VDD

CVREF

� 2/3 VDD

PIC® MCU

C1IN - > C1IN+ (2/3 VDD) ����C1OUT = 0

INVERTIDO

C2IN - > C2IN+ (1/4VDD) ����C2OUT = 1

0.1µF

Page 20: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 20

Circuito Oscilador

VDD

S

R

Q

Q

+_

+_

CS

3K�

1K�

120K�

C1

C2

1/4VDD

CVREF

� 2/3 VDD

PIC® MCU OPERAÇÃOQQRS0 0

00 1

111

Saida mantem ultimo valor conhecido (HOLD)

CARGA

DESCARGA

CARGA

0 101

0 1

0.1µF

Page 21: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 21

Operação do Circuito Oscilador

S

R

Q

Q

+_

+_

C1

C21/4VDD

120K�

tempo

VCS

0

11

PIC® MCUCARREGANDO

OPERAÇÃOQQRS0 0

00 1

111

Saida mantem ultimo valor conhecido (HOLD)

CARGA

DESCARGA

CARGA

0 101

0 1

CVREF

� 2/3 VDD

CS+_VCS

1/4VDD

2/3 VDD

LIGA

Page 22: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 22

Operação do Circuito Oscilador

S

R

Q

Q

+_

+_

C1

C21/4VDD

120K�

VCS

0

01

PIC® MCUCARREGANDO

OPERAÇÃOQQRS0 0

00 1

111

Saida mantem ultimo valor conhecido (HOLD)

CARGA

DESCARGA

CARGA

0 101

0 1

CVREF

� 2/3 VDD

CS+_VCS

1/4VDD

2/3 VDD

1/4VDD

tempo

Page 23: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 23

S

R

Q

Q

+_

+_

C1

C21/4VDD

120K�

PIC® MCUCVREF

� 2/3 VDD

CS+_VCS

VCS

0

01

CARREGANDO

OPERAÇÃOQQRS0 0

00 1

111

Saida mantem ultimo valor conhecido (HOLD)

CARGA

DESCARGA

CARGA

0 101

0 1

1/4VDD

2/3 VDD

Operação do Circuito Oscilador

tempo

Page 24: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 24

S

R

Q

Q

+_

+_

C1

C21/4VDD

120K�

PIC® MCUCVREF

� 2/3 VDD

CS+_VCS

VCS

1

00

LIMIAR DA DESCARGA

OPERAÇÃOQQRS0 0

00 1

111

Saida mantem ultimo valor conhecido (HOLD)

CARGA

DESCARGA

CARGA

0 101

0 1

1/4VDD

2/3 VDD

2/3VDD

Operação do Circuito Oscilador

tempo

Page 25: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 25

S

R

Q

Q

+_

+_

C1

C21/4VDD

120K�

PIC® MCUCVREF

� 2/3 VDD

CS+_VCS

1/4VDD

2/3 VDD

VCS

0

00

DESCARGA

OPERAÇÃOQQRS0 0

00 1

111

Saida mantem ultimo valor conhecido (HOLD)

CARGA

DESCARGA

CARGA

0 101

0 1

Operação do Circuito Oscilador

tempo

Page 26: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 26

S

R

Q

Q

+_

+_

C1

C21/4VDD

120K�

PIC® MCUCVREF

� 2/3 VDD

CS+_VCS

VCS

0

11

INICIO DA RECARGA

OPERAÇÃOQQRS0 0

00 1

111

Saida mantem ultimo valor conhecido (HOLD)

CARGA

DESCARGA

CARGA

0 101

0 1

1/4VDD

2/3 VDD

1/4VDD

Operação do Circuito Oscilador

tempo

Page 27: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 27

S

R

Q

Q

+_

+_

C1

C21/4VDD

120K�

PIC® MCUCVREF

� 2/3 VDD

CS+_VCS

0

01

CARREGANDO

OPERATIONQQRS0 0

00 1

111

Saida mantem ultimo valor conhecido (HOLD)

CARGA

DESCARGA

CARGA

0 101

0 1

1/4VDD

2/3 VDD

VCS

Operação do Circuito Oscilador

tempo

Page 28: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 28

1/4VDD

2/3 VDD

VCS

LIMIAR DA DESCARGA

S

R

Q

Q

+_

+_

C1

C21/4VDD

120K�

PIC® MCUCVREF

� 2/3 VDD

CS+_VCS

1

00

OPERATIONQQRS0 0

00 1

111

Saida mantem ultimo valor conhecido (HOLD)

CARGA

DESCARGA

CARGA

0 101

0 1

2/3VDD

Operação do Circuito Oscilador

tempo

Page 29: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 29

S

R

Q

Q

+_

+_

C1

C21/4VDD

120K�

PIC® MCUCVREF

� 2/3 VDD

CS+_VCS

1/4VDD

2/3 VDD

VCS

1

0

DESCARREGANDO

OPERATIONQQRS0 0

00 1

111

Saida mantem ultimo valor conhecido (HOLD)

CARGA

DESCARGA

CARGA

0 101

0 1

Operação do Circuito Oscilador

0

tempo

Page 30: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 30

Medição de Frequência

VDD

CS

3K�

1K�

120K�

1/4VDD

PIC® MCU

S

R

Q

Q

C1

C2

CVREF

� 2/3 VDD

+_

+_

C2OUT pin

T0CKI pin

TIMER1

VC2OUT pin

HIGH

LOW

TMR1H TMR1L

16-bits = 0���� (216 – 1) = 0 ���� 65535

TMR1+1 TMR1+1 TMR1+1 TMR1+1

tempo0.1µF

Page 31: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 31

Medição de Frequência

VDD

CS

3K�

1K�

120K�

1/4VDD

PIC® MCU

S

R

Q

Q

C1

C2

CVREF

� 2/3 VDD

+_

+_

C2OUT pin

T0CKI pin

TIMER1

TIMER0

A interrupção doTMR0 gera uma base de tempo fixa para análise e medição

tempo

TMR00����255

TMR00����255

TMR00����255

TMR0overflow

TMR0overflow

TMR1H:TMR1L Incrementa Frequencia

0.1µF

tempo

Page 32: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 32

Frequency Measurement

PIC® MCU

C2OUT

A interrupção doTMR0 gera uma base de tempo fixa para análise e medição

TMR00����255

TMR0overflow

TMR1H:TMR1L Incrementa Frequencia

T1CKIC12INx

VDD

0.1µF

3K�

1K�

1/4VDD

CP

tempo

tempo

Page 33: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 33

Frequency Measurement

PIC® MCU

C2OUT

A interrupção doTMR0 gera uma base de tempo fixa para análise e medição

TMR00����255

TMR0overflow

TMR1H:TMR1L Incrementa Frequencia

T1CKIC12INx

VDD

3K�

1K�

1/4VDD

TMR00����255

TMR0overflow

CF

CP

0.1µF

tempo

tempo

Page 34: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 34

Frequency Measurement

PIC® MCU

C2OUT

A interrupção doTMR0 gera uma base de tempo fixa para análise e medição

TMR00����255

TMR0overflow

TMR1H:TMR1L Incrementa Frequencia

T1CKIC12INx

VDD

1000pF

3K�

1K�

1/4VDD

TMR00����255

TMR00����255

TMR0overflow

CP

tempo

tempo

Page 35: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 35

Medição de FrequênciaUso de processamento ���� BAIXO

A medição utiliza HWs internos do PIC e poucoprocessamento:

• Comparadores• Latch SR• Timer0 e Timer1

���� Uso do processamento para a aplicação.

Page 36: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 36

C1

C2

CVREF

� 2/3 VDD

PIC® MCU

S

R

Q

Q

TIMER1

TIMER0

+_

+_

Múltiplos Sensores

Múltiplos Sensores ExternalReference

� Usando comparadores programáveis na entrada

� Se mais botões forem necessários, use um multiplexador externo

Page 37: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 37

Agenda

Princípios de capacitância� Medindo Capacitância

Capacitância para cada HW� Comparador interno (PIC10F)� Comparador com SR Latch (PIC16F/PIC18F)� Capacitive Sense Module (CSM) (PIC16F/PIC18F)� Charge Time Measurement Unit (CTMU) (PIC18F/PIC24F)

Técnicas de SoftwareTécnicas de Layout Recursos DisponíveisDemonstração

Page 38: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 38

Toque Capacitivo com PIC16F72X

� Novo Módulo - Capacitive Sense Module (CSM)� Algoritmos para detecção de toque são idênticos� Mais Inputs

� 8 Canais em 28 pinos� 16 Canais em 40 pinos

� Integração de Hardware� Sem necessidade de componentes externos, Interface direta com

sensor� Economiza 3 I/Os por sensor

� Escolha do Timer 0, Timer 2 ou WDT como base de tempo

� Opera enquanto está em modo Sleep� Diminui consumo

� Mais tempo de autonomia para serviços ininterruptos

Page 39: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 39

Relaxation Oscillator x CSM

�������������� �!���

Page 40: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 40

Diagrama em Blocos do CSM

CAPOSCModule

(Oscilador)

Frequency Capture

TMR2

TMR0

TMR1

* 40-pinos PIC® MCU com 16 canais

Sensor 0CPS0

CPS15

PIC16F722/723/724/726/727

• Timer1 com TMR1 com melhorias no gate• TMR0 ou TMR2 como base de Tempo

CPSCON0

CPSCON1

Page 41: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 41

Diagrama em Blocos do CSM

"�# �$�

�$������%��$�!�$& !��'�$# ��!����!���$�������$(�

)�������!�$������# �" * �

������!��+����!����# ���'�,�(�

Page 42: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 42

PICs com CSM é a solução de mais baixo custo para implementação de sensor capacitivo !!!

Nova família PIC16F72X com CSM

PIC16F72X11/14 Ch 8-bit A/DAUSARTCCP2 Timers 8 bits1 Timer 16 bits

Page 43: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 43

Nova família PIC16F193X com CSM

PIC16F193XEnhanced Core de 49 instruçõesTecnologia nano WattOsc. interno de precisãoStack de 16 níveis4 Timers 8 bits1 Timer 16 bitsEUSARTI2C™/SPIECCPCCPLCD ...

NOVO

Page 44: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 44

Agenda

Princípios de capacitância� Medindo Capacitância

Capacitância para cada HW� Comparador interno (PIC10F)� Comparador com SR Latch (PIC16F/PIC18F)� Capacitive Sense Module (CSM) (PIC16F/PIC18F)� Charge Time Measurement Unit (CTMU) (PIC18F/PIC24F)

Técnicas de SoftwareTécnicas de Layout Recursos DisponíveisDemonstração

Page 45: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 45

Interface CTMU com ADC

Conversor A/D

PIC® MCU A/D com CTMU

Fonte de CorrenteConversor A/D Trigger

CTMU

Sensor 0

CCA/DA/D

Sensor 15

Page 46: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 46

Fonte de Corrente CTMU

Para o Conversor A/D

CTMU

Fonte de Corrente

Trigger Starts/Stops Current Source

Descarga

Fonte de corrente carrega:Circuito de Toque Capacitivo

Conversor A/D

Trimmable current sourceRange : 0.55uA, 5.5uA and 55uA

Page 47: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 47

Diagrama em Blocos do CTMU

CTMUCONCTMUCON

CTMUICONCTMUICON

ControleControlede de picopicoLLóógicogico

Pico Pico ExternoExternoPinosPinos Trigger Trigger

Timer1Timer1

OC1OC1 PinoPino de de SaidaSaida de de

PulsoPulso

ControleControleLLóógico gico

do CTMUdo CTMUConversorConversor

A/D TriggerA/D Trigger

GeradorGerador de de PulsosPulsosLLóógicogico

ComparadorComparador 2 Output2 OutputComparadorComparador 22InputInput

FonteFonte de de CorrenteCorrente

ControleControledede

CorrenteCorrente

ConversorConversor A/DA/D

Page 48: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 48

� Teoria de operação é a mesma (toque na placa produz uma capacitância paralela)

CF

Como ele Funciona?

CP

Page 49: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 49

Como o CTMU Funciona

Conceitos básicos do EE101:� Corrente instantânea no capacitor

i = C · dV/dt� Se i = corrente constante, então

I = C · V/tI · t = C · V

� Se I e t são mantidos constantes, com C aumentando, V irá diminuir

Page 50: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 50

__

Componentes do Circuito - CTMU

Conversor A/D

Fonte de corrente

CADCCIRCSWCF

VAD

Descarga

Trigger

CTMU

I = C· Vt

CP = CAD + CCIR + CSW = 30pFCF = 7pF

Page 51: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 51

Cálculos

CP = CAD + CCIR + CSW = 30pFCF = 7pF

__I = C· Vt

____I =C·

Vt

• I = 5.5µA• t = 10µS• CP = 30pF

V = 1.833

• I = 5.5µA• t = 10µS• C = CP+ CF = 37pF

V = 1.486

Quando nãotocado

Quandotocado

Page 52: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 52

Cinco Etapas Básicas

� Descarga do Circuito para garantir que ele inicie com 0 (zero) Volts

� Ligue a fonte de corrente para carregar o circuito de toque

� Espere por um período fixo de tempo� Desligue a fonte de corrente para parar de

carregar o circuito de toque� Faça a conversão do A/D para ler a tensão

presente no circuito de toque

Page 53: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 53

Forma de onda CTMU

Inicio de carga

Fim de cargaConversão do A/D

Descarga

Page 54: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 54

CTMU Formas de ondaSem toque & Com toque

Sem Toque

Com Toque

Page 55: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 55

CTMU para Toque CapacitivoSumário

� Usa uma Fonte de Corrente Constante para Carregar o circuito de Toque Capacitivo

� Tempo fixo de carga� Conversor A/D lê a tensão no Circuito de

Toque� Adicionando a Capacitância Humana é

detectado através de uma mudança na tensão lida

Page 56: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 56

Famílias com CTMU

Família PIC24F256GB110 - 16 Canais(12 micros)

Família PIC24F256GA110 - 16 Canais(9 micros)

Mais itens irão vir nas famílias PIC24F e PIC18F…

Page 57: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 57

Famílias para cada necessidade

ComparatorComparatorComparator Comparatorwith SR Latch

ComparatorComparatorwith SR Latchwith SR Latch

Capacitive Sensing Module

Capacitive Capacitive Sensing Sensing ModuleModule

Charge TimeMeasurementUnit Module

Charge TimeCharge TimeMeasurementMeasurementUnit ModuleUnit Module

Response Time

# of Keys 1 Up to 4 Up to 64 Up to 64

External Components

Required

PIC®Microcontrollers

PIC10F204/6

& otherswith

Comparator

PIC16F61XPIC16F690PIC16F88X

PIC18F14K50

PIC16F72XPIC16F19XX

PIC24FJ256GA110PIC24FJ256GB110

PIC24F16KA102PIC18F46J11PIC18F46J50PIC18F87J90

BestGood Better

Yes Yes No No

Page 58: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 58

CVD – Capacitive Voltage Divider

� - . - �///

PIC® Microcontroller

00TRISx Register

00

PORTx Register

SENSOR 1 CSENSOR1

SENSOR 2 CSENSOR2

Rx0/AN0

Rx1/AN1

ADC+_CHOLDVCHOLD

Implementação do mTouchutilizando apenas o ADC

Page 59: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 59

CVD – Capacitive Voltage Divider

mTouch utilizando apenas o ADC

� � 01�� ����������"���� 2 ���� - ��3 �� � 4 �5% . 4 &6

Page 60: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 60

Agenda

Princípios de capacitância� Medindo Capacitância

Capacitância para cada HW� Comparador interno (PIC10F)� Comparador com SR Latch (PIC16F/PIC18F)� Capacitive Sense Module (CSM) (PIC16F/PIC18F)� Charge Time Measurement Unit (CTMU) (PIC18F/PIC24F)

Técnicas de SoftwareTécnicas de Layout Recursos DisponíveisDemonstração

Page 61: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 61

Capacitância no Mundo RealC

onta

dor

Page 62: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 62

Algoritmo do FirmwareValores Médios

� Compara último valor medido com a media de pouca variação� Ajuste automático para

mudanças de meio� Pode salvar a média

como referencia� Trip level é relativo à

movimentação da média� Outra funcionalidades

são implementadas tal como em botões normais:� Debouncing� Pressionado e livre� Etc.

Con

tage

ns

Tempo

AbsolutoMédia

Sensorpressionado

Sensorsolto

‘Floating’Trip level

‘Floating’Level solto

Page 63: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 63

Desafios para Detecção do Botão

Tempo

Cou

nts

Sujeira e pó

Ajuste no valor médio para previnirbotão “emperrado”

AbsoluteAverage

Trip

Tempo

Cou

nts

Variação de Umidade/Temp

Média móvel e nível de detecçãomovimentam com a variação

AbsoluteAverage

Trip

Tempo

Cou

nts

Power up com a mão no sensor

Ajusta o valor medio para onovo counts rate

AbsoluteAverage

Trip

Tempo

Cou

nts

Detecção Normal

Reação ao pressionartecla

AbsoluteAverage

Trip

Reação ao liberartecla

Page 64: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 64

Dicas para Robustez contra Ruído(Software)

�Rotina de Debounce no Sensor� Debounce para toque capacitivo é usado para

bloquear o ruído que é irradiado para o sensor� A maioria dos ruídos não é periódico, portanto não irá

acionar o sensor muitas vezes sucessivamente� Requer múltiplas leituras sucessivas do estado do

botão Pressionado/Não Pressionado� Requer uma taxa de leitura alta suficiente para

manter o tempo de resposta baixoExemplo:� Requer 4 leituras sucessivas de estado

pressionado para validar como uma vez pressionado

� Taxa de leitura é de 16mS� Tempo de resposta é 4 x 16mS = 64mS

Page 65: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 65

Rotina do Sensor de Debounce

Inicio

Lê o Sensor

SensorPressionado? Pressed_Count = 0

Unpressed_Count++

Unpressed_Count> = 3?

Unpressed

NUnpressed_Count = 0

Pressed_Count++

Pressed_Count> = 3?

Y

Pressed

Y

N N

Y

A

A

Page 66: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 66

Dicas para Robustez contra Ruído(Software)

� Over samplingMúltiplas leituras em cada Canal do Sensor � Soma cada leitura, use o valor médio� Crie um limiar, determine quantas leituras estão

acima/abaixo deste limiar

� Cada Canal de Toque Capacitivo pode ser melhoradoContagem para diferentes comprimentos de trilhas

e/ou diferentes tamanhos de pads� Ajuste do timer para a solução do Relaxation Oscillator� Ajuste a fonte de correte para a solução CTMU

Page 67: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 67

Ampliação do número de sensores

O que pode ser feito para aumentar o número de sensores (PADs)?

Emparelhamento

Matriz

Slider

Page 68: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 68

Método do Canal Emparelhado

Expande 4 botões para 10� 1, 3, 7, & 9 são botões inteiros� 2, 4, 5, 6, 8, & 0 são botões com

canal emparelhado� Os botões emparelhados

produzem ½ da alteração na capacitância

� Requer leitura em todos os botões para validar a decodificação

� Não consegue diferenciar se foram dois botões pressionados juntos ou se foi pressionado o botão emparelhado

Page 69: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 69

Canais por Matriz

� Uma grade de “a” linhas e “b” colunas requer (a + b) canais, mas implementa (a x b) botões

� Software determina o botão pressionado após ler todas as linhas e colunas

� Requer alta velocidade de leitura (para grandes matriz)

� Não detecta toque Múltiplo de botões

C1 C2 C3 C4

R1

R2

R3

P: Qual é a situação mais otimizada para sensoriamento de canais usando Matriz?R: Um número igual de linhas e colunas

Page 70: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 70

Slider

100%

0%

Cou

nt

� Requer 2 Canais� Equações Básicas:� Sensor da Direita:

� % = 100 x (D/(E+D))� Sensor da Esquerda

� % = 100 x (1-(E/(E+D)))Onde E e R são o delta de um sensor

não pressionado PIC® MCU

Sensor da EsquerdaValor Bruto

Sensor da DireitaValor Bruto

Pads Triangulares na PCB

Page 71: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 71

Agenda

Princípios de capacitância� Medindo Capacitância

Capacitância para cada HW� Comparador interno (PIC10F)� Comparador com SR Latch (PIC16F/PIC18F)� Capacitive Sense Module (CSM) (PIC16F/PIC18F)� Charge Time Measurement Unit (CTMU) (PIC18F/PIC24F)

Técnicas de SoftwareTécnicas de LayoutRecursos DisponíveisDemonstração

Page 72: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 72

Tamanho e dimensão do Pad

dA��

=C r0 A

d

� ½ ” x ½ ”(12.7mm x 12.7mm)

Page 73: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 73

Placa de Circuito Impresso

Aplicação Isolada

d

A��=C r0

Sensor próximo Sensor desejado

Sensores de Toque Adjacentes

Page 74: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 74

PCB

dA��

=Cr0

A

d

¼ ” (4.7 mm)Sensor próximo Sensor desejado

Sensores de Toque Adjacentes

Page 75: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 75

PCB

Cover Plate

Ground

CACGnd

CF2

CF1

� Adição de um ground atenua o CF2

Sensor próximo Sensor desejado

Sensores de Toque Adjacentes

Page 76: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 76

Aplicação Isolada

PCBsensorVia

CP

O Toque pode ser lido incorretamente!Filtro por software é necessário

Pads e trilhas

Page 77: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 77

sensorVia

Trilha conecta o sensor ao pino do PIC® MCU(Diretamente abaixo do pad, do lado oposto da placa)

Resolve o problema, mas aumenta a capacitância de base

Pads e trilhas

Page 78: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 78

Aplicação Isolada

PCBVia

sensor sensor 2

Mantenha a área abaixo e entre os pads livre de trilhas

Pads e trilhas

Trilha conecta o sensor ao pino do PIC® MCU(Diretamente abaixo do pad, do lado oposto da placa)

Page 79: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 79

Trilhas conectadas ao pad

� Mantenha elas pequenas� Espaço adequado para as trilhas

� Entre elas e o ground

CapacitanciaParasita

&Acoplamento dos sensores

sensor 1 sensor 2 sensor 3

Vista inferior

Page 80: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 80

dA��

=C r0

CFCF

Espessura da camada de isolação

Quanto mais fino for o isolamentomaior será a sensibilidade e a precisão

Page 81: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 81

dA��

=C r0

dA��

=C r0Se aproxima...

A

A

Sensor próximo Sensor desejado

Espessura da camada de isolação

Page 82: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 82

dA��

=C r0

Constante Dielétrica (�r)

+++++++

- - - - - - -Isolado

PCB Pad

�rvidro = 4 ���� 8

�rplexiglas = 2.25 ���� 3.5

Page 83: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 83

Efeito da Água

PCB

Isolado C F1CF2

Sensor próximo Sensor desejado

dA��

=C r0

Page 84: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 84

Montagem dos Componentes

Monte os componentes em apenas um lado da placa, no lado oposto dos sensores

Componentes do sistema

proteçãobotão 1 botão 2 botão 3PCB

Vista Lateral

Page 85: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 85

Como eu escolho a família correta?

� A escolha é feita de acordo com a aplicação:� Numero de I/Os, Memória necessária� Canais de Comunicação� Toque Cap usado com um Display� Performance de CPU � Low Power� USB, Ethernet…..

Uma chave ou sensor de proximidade

Vá fácil e barato com a família PIC10F

4-10 botões/chaves ou tecladoO modulo S/R latch é uma

solução com excelente custo benefício

> 15 chaves/botões com comunicação básica

A escolha da família é a mais indicada PIC16F72X

> 15 chaves/botões com alta performance e interface do usuário

com Display, USB, Speech…Say Hello ao PIC24F com CTMU

Page 86: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 86

Agenda

Princípios de capacitância� Medindo Capacitância

Capacitância para cada HW� Comparador interno (PIC10F)� Comparador com SR Latch (PIC16F/PIC18F)� Capacitive Sense Module (CSM) (PIC16F/PIC18F)� Charge Time Measurement Unit (CTMU) (PIC18F/PIC24F)

Técnicas de SoftwareTécnicas de Layout de placaRecursos DisponíveisDemonstração

Page 87: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 87

Recursos Disponíveis

PIC10F Capacitive Touch BoardImplementação de um botão simples ou sensor de proximidade

• Montado com a famíliaPIC10F;

• Interface de ação simples (ON/OFF), (ABRE/FECHA), ...

• Sensor de detecção de proximidade das mãos;

• Baixo consumo em standby;

Page 88: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 88

Recursos Disponíveis

PICDEM Touch Sense 1 Development KitImplementação de teclado, pad direcional e slider

• Montado com PIC16F677 e PIC16F887;

• Conectividade com PICkitTM Serial Analyzer

Page 89: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 89

Recursos Disponíveis

PICDEM Touch Sense 2 Demonstration Board Implementação com a família PIC24F e o Charge Time Measurement Unit (CTMU)

• Montado com PIC24F256GB110;

• Implementação de teclado, pad direcional e slider;

• Conectividade com PICkitTM Serial Analyzer

Page 90: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 90

Recursos Disponíveis

mTouch Capacitive Evaluation KitKit com várias aplicações

• PIC16F727 Motherboard • PIC24FJ64GB106

Motherboard • Direct 8 Key Board • 12-Key Matrix Sensor Board • 4-Channel Slider Sensor

Board • 2-Channel Slider Sensor

Board• Conectividade com PICkitTM

Serial Analyzer

Page 91: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 91

Recursos Disponíveis

mTouch™ Diagnostic GUIFerramenta de suporte à calibração dos pads

Page 92: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 92

Literaturas complementaresmTouch™

AN1101 - Introduction to Capacitive Sensing

AN1102 - Layout and Physical Design Guidelines for Capacitive Sensing

AN1103 - Software Handling for Capacitive Sensing AN1104 - Capacitive Multibutton Configurations

AN1171 - Using the Capacitive Sensing Module on the PIC16F72X

AN1250 - Microchip CTMU for Capacitive Touch Applications AN1254 - Capacitive Touch Algorithm Simulation AN1286 - Water-Resistant Capacitiv Sensing

TB3014 - Low-Power Capacitive Sensing with Capacitive Sensing Module

# "���� " ������������������4 ������ ����$� � � (# ��$�����(��# 7# �����

Page 93: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 93

Capacitive mTouch™Sensing Solutions

ComparadorComparadorComparador

Comparadorcom SR Latch

ComparadorComparadorcom SR Latchcom SR Latch

Capacitive Sensing

Module (CSM)

Capacitive Capacitive Sensing Sensing

Module (CSM)Module (CSM)

Charge TimeMeasurementUnit (CTMU)

Charge TimeCharge TimeMeasurementMeasurementUnit (CTMU)Unit (CTMU)

MC

U P

ER

FOR

MA

NC

E

CANAIS DISPONÍVEIS

1 1 -- 22 4 4 -- 1010 > 15> 15

Qualquer PIC® MCU com Comparador

PIC16F72x Family

PIC24F GA1xx e PIC24F GB1xx

FamilyPIC16F616PIC16F690 familyPIC16F88X familyPIC18F14K50 family

Page 94: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 94

Agenda

Princípios de capacitância� Medindo Capacitância

Capacitância para cada HW� Comparador interno (PIC10F)� Comparador com SR Latch (PIC16F/PIC18F)� Capacitive Sense Module (CSM) (PIC16F/PIC18F)� Charge Time Measurement Unit (CTMU) (PIC18F/PIC24F)

Técnicas de SoftwareTécnicas de Layout de placaRecursos DisponíveisDemonstração

Page 95: Solução de sensoriamento Capacitivo com a linha PIC®micro

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 95

A equipe Microchip agradece a sua presença!