Bouw een capacitieve schakelaar met de PICkit 2 Debug Express

De PICkit 2 debug express van Microchip is een klein ontwikkelsysteem met een doelprint/demonstratiekaart en een debugger voor het opsporen van programmeerfouten. Dit is alles wat nodig is om een klein project vanaf de grond op te zetten. Het hier gepresenteerde ontwerp is een capacitieve schakelaar waarbij slechts enkele passieve componenten nodig zijn. De schakelaar is geïmplementeerd met de mTouch-technologie van Microchip. Hiervoor biedt Microchip een aantal verschillende hardware-oplossingen die zijn gericht op allerlei toepassingen, vanaf een simpel enkelknopsontwerp met de kleine PIC10F, via het middenbereik met omvangrijker periferie tot aan de serie MCU’s met de PIC24FJ. Het ontwerp dat hier wordt voorgesteld, is opgezet rond de PIC16F887 die zich op de ontwikkelkaart bevindt.

mTouch
De zogenaamde mTouch Sensing Solution van Microchip is een aanraakgevoelige schakeling die is gebaseerd op capaciteitsveranderingen. Veel moderne toepassingen implementeren capacitieve bediening om een product een gladde, esthetische en professionele uitstraling te geven. Het principe van capacitieve bediening is weergegeven in figuur 1. Een gebruiker raakt met zijn vinger het aanraakgevoelige oppervlak aan, waardoor er een grotere capaciteit aan het systeem wordt toegevoerd. Deze capaciteit wordt gedetecteerd via de PIC-microcontroller en de toegevoegde schakeling en software detecteren dat er op de schakelaar wordt gedrukt.

De PIC16F887 bevat als periferie een spanningvergelijker (comparator) met een SR-flipflop. De capacitieve mTouch-oplossing implementeert de capaciteit van de aanraakschakelaar als een frequentiebepalend element in een relaxatie-oscillator. De frequentie van de oscillator wordt dan gemeten en elke wijziging ten gevolge van de aanraking door de gebruiker wordt gedetecteerd en verwerkt via de software. Figuur 1 toont het schema van de oscillator/timer dat wordt gebruikt met de sensorcapaciteit.

De relaxatie-oscillator is een vrijlopende RC-oscillator, waarbij de beide spanningvergelijkers samen met een SR-flipflop worden gebruikt om de ladingsrichting te veranderen en daarmee de spanning van de aanraakgevoelige capaciteit, op en neer. Hierbij wordt de condensator geladen en ontladen met een snelheid die wordt bepaald door een RC-tijdconstante. Het laden vindt plaats tussen de bovenste en onderste grenswaarden die worden bepaald door de positieve spanningen op de ingangen van de spanningvergelijkers. De bovengrens is intern vastgelegd, maar de ondergrens moet extern worden ingesteld. Een eenvoudige weerstand-spanningsdeler met een ontkoppelcondensator van 100 nF klaart deze klus. De condensator van 100 nF dient hier om de HF-ruis van de voedingsspanning te onderdrukken en zorgt tevens voor een stabiele ondergrenswaarde.

De spanning over de aanraakgevoelige condensator wordt tussen deze grenzen geladen en ontladen en wordt gestuurd door de logische niveaus op RA5. Deze inverterende uitgang van de SR-flipflop levert het juiste gedrag voor het laden en ontladen. De terugkoppelweerstand vormt de RC-combinatie samen met de sensorplaat die wordt aangeduid als Cs. Als de spanning over condensator Cs lager is dan de onderste grenswaarde wordt RA5 hoog en begint het systeem met het laden. Tussen deze grenswaarden zal het systeem de laatste toestand vasthouden (laden of ontladen). Als de spanning de bovenste grenswaarde overschrijdt, gaat RA5 laag en begint het systeem te ontladen, totdat de onderste grenswaarde weer is bereikt, enzovoort. Een illustratie van de laad- en ontlaadcycli is weergegeven in figuur 2. De stand van de inverterende uitgang Q van de flipflop en de laad- of ontlaadtoestand die deze vertegenwoordigt, wordt bepaald door de relatieve waarden van de negatieve ingang ten opzichte van de positieve ingang van elke spanningvergelijker en het schakelen van de SR-flipflop.

Voor het complete artikel klikt u hier