用戶界面的輸入部分是新產(chǎn)品設(shè)計中最具挑戰(zhàn)性和最不易理解的方面之一。這也是設(shè)計中最令人沮喪的方面之一。如果輸入系統(tǒng)太簡單，則用戶必須通過復(fù)雜的舞蹈來更改配置。如果輸入系統(tǒng)太復(fù)雜，那么單元的成本會受到影響并削減單元的銷售。如果我們選擇了錯誤類型的按鈕，我們就會遇到濕氣，灰塵和其他污染物的問題。即使使用正確的按鈕和適當(dāng)?shù)膹?fù)雜性，我們?nèi)匀恍枰骖欕娐钒宀季?，按鈕機制和前面板設(shè)計，以使按鈕與前面板正確對齊。簡而言之，找到合適的用戶輸入可以創(chuàng)建或破壞新設(shè)計，但正確使用它并不是一項簡單的任務(wù)。

輸入系統(tǒng)對產(chǎn)品吸引力很重要，必須支持產(chǎn)品功能的復(fù)雜性，同時降低成本并希望將灰塵和其他外來物質(zhì)排出外殼。我們?nèi)绾螌崿F(xiàn)這一切并仍然保持開發(fā)時間的真實性？好吧，直到最近，這將是一項艱巨的任務(wù)，需要在成本和功能之間進(jìn)行多次權(quán)衡。然而，隨著Microchip新型金屬電容（MoC）輸入系統(tǒng)的推出，我們可以創(chuàng)建復(fù)雜的定制輸入系統(tǒng)，幾乎不會影響成本，抗污染或開發(fā)時間。

MoC系統(tǒng)使用產(chǎn)品的前面板作為輸入系統(tǒng)。它通過在設(shè)備前面板上印刷的每個“按鈕”后面安裝電容式傳感器來實現(xiàn)。當(dāng)用戶按下前面板或目標(biāo)時，目標(biāo)和傳感器之間的距離減小，電子設(shè)備檢測到壓力是傳感器電容的變化（圖1）。

MoC系統(tǒng)的優(yōu)勢在于我們現(xiàn)在可以通過在前面板上打印按鈕圖例來根據(jù)需要創(chuàng)建盡可能多的密封按鈕。面板上沒有切口，沒有機械按鈕，PCB/按鈕/前面板之間沒有堆疊公差，只是一個使用現(xiàn)有外殼作為輸入系統(tǒng)的簡單系統(tǒng)。

圖1：典型的MoC系統(tǒng)。

請注意，為清楚起見，圖1中的目標(biāo)偏轉(zhuǎn)被夸大了。在典型的設(shè)計中，靶的偏轉(zhuǎn)實際上在10到15微米的量級，因此金屬疲勞不是問題。實際上，目標(biāo)不一定是固體金屬板。 MoC在塑料靶上的效果同樣很好，背面只有一層薄薄的Mylar導(dǎo)電層或銀色墨水。目標(biāo)上的金屬也不必具有與地面的硬連接以進(jìn)行操作。通過在傳感器周圍放置一個接地平面，可以將目標(biāo)電容耦合到地，或者傳感器可以分成兩半，一半接地，另一半作為傳感器。然而，在嘈雜的環(huán)境中，目標(biāo)和地之間的硬連接對于防止噪聲是優(yōu)選的。

機械設(shè)計的另一個重要方面是傳感器和目標(biāo)之間的間距，通常約為50到100微米。使用雙面粘合劑很容易實現(xiàn)這種間距，并且傳感器的電容提供10％到20％的偏移。這通常足以可靠地檢測用戶的印刷機，加上一些噪聲容限。圖2顯示了靈敏度如何與目標(biāo)和傳感器之間的間距相關(guān)。

圖2：在目標(biāo)偏轉(zhuǎn)10μm的情況下，偏移與厚度的關(guān)系。

要記住的一個重要因素是，并非所有材料都能很好地粘附在同一種粘合劑上。原因是不同的材料具有不同的表面能量等級。如果使用錯誤的粘合劑，則間隔可隨時間改變而降低靈敏度，或者傳感器可通過用戶的重復(fù)按壓完全脫離目標(biāo)。咨詢粘合劑分配器將提供對哪種粘合劑適合工作的深入了解，并提供有關(guān)在目標(biāo)位于目標(biāo)下方之后設(shè)置粘合劑的正確方法的信息。

MoC的機械設(shè)計還為我們提供了壓力機所需的驅(qū)動力的靈活性。這是因為實現(xiàn)10微米偏轉(zhuǎn)所需的力的大小是靶下方的開口直徑，靶的厚度和靶材料的楊氏模量的函數(shù)。因此，通過在目標(biāo)下使用不同尺寸的開口，我們可以創(chuàng)建具有或多或少的致動力的按鈕。 Microchip還提供基于PC的應(yīng)用，可計算各種目標(biāo)厚度，材料和開口的驅(qū)動力（圖3）。

圖3：Microchip偏轉(zhuǎn)工具。

由于MoC系統(tǒng)將電容的變化測量為線性值而非數(shù)字線，因此也可以在一個按鈕上設(shè)置兩個或更多閾值。這意味著用戶最終可以通過按下按鈕獲得不同的響應(yīng)。例如，如果用戶按下按鈕，則音量增大按鈕可以更快地增加音量。

之前的討論已經(jīng)確定機械設(shè)計更簡單，更便宜。電氣接口和驅(qū)動它的軟件怎么樣？以下是Microchip為設(shè)計人員提供簡便方法的另一個例子：電氣接口是使用10位ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）的CVD（電容分壓器）系統(tǒng)，或CTMU（充電時間測量單元）加一個ADC。兩者都同樣有效，您只需選擇一個帶有所需附加外設(shè)的微控制器，然后使用該微控制器上的任何系統(tǒng)。所需的唯一外部元件是微控制器電源上的旁路電容，以及CVD系統(tǒng)上每個傳感器的4.7KΩ串聯(lián)電阻（圖4）。

圖4：基于CVD和CTMU的電氣設(shè)計。

系統(tǒng)軟件是可配置的預(yù)編程軟件包，因此設(shè)計人員無需從頭開發(fā)軟件。基本上，設(shè)計人員通過頭文件配置包，其中指定了傳感器的數(shù)量，哪些輸入與傳感器相關(guān)聯(lián)，按下閾值以及許多其他功能。該軟件系統(tǒng)還包括處理系統(tǒng)噪聲所需的附加功能，盡管MoC系統(tǒng)在很大程度上不受噪聲影響，因為傳感器基本上被法拉第籠包圍。請記住，如果傳感器上的目標(biāo)沒有硬接地，則可能必須啟用一些噪聲抑制功能來處理可能會傳播的任何傳導(dǎo)噪聲問題。

軟件中的一個有用選項是能夠定義滑塊。滑塊是兩個或多個傳感器組合在一起，形成類似于線性電位計的可變調(diào)節(jié)。用戶所要做的就是按下滑塊上兩個極端之間的任何位置，軟件提供與用戶手指位置相對應(yīng)的比例值。此功能對于具有音量/速度/強度調(diào)節(jié)的系統(tǒng)特別有用，因為它為用戶提供了一個直觀的旋鈕，可以用上/下按鈕調(diào)節(jié)顯示器（圖5）。

圖5：帶圖例的滑塊實現(xiàn)示例。

這兩個系統(tǒng)還包括允許設(shè)計人員將MoC軟件系統(tǒng)鏈接到基于PC的GUI的功能，以便評估，測試和調(diào)整軟件。這在最初啟動和運行系統(tǒng)時特別有用，因為它允許您在用戶按下時可視地查看正在發(fā)生的事情，并且還收集硬編號以確定系統(tǒng)的適當(dāng)檢測閾值。 MoC軟件和GUI之間的物理鏈接是可配置的，允許I2C和串行通信。某些版本的MoC/GUI軟件還允許在系統(tǒng)運行時動態(tài)調(diào)整觸摸檢測閾值（圖6）。

圖6：GUI的屏幕截圖。

關(guān)于MoC系統(tǒng)的最后一點是按鈕圖例的背光。沒錯，我們實際上可以為金屬按鈕提供背光。有幾種方法可以實現(xiàn)這一點;

我們可以使用帶有印刷ITO（氧化銦錫）或ATO（氧化銻錫）金屬層的塑料靶。兩種材料都是透明的，允許光線照射目標(biāo)層并照亮印刷的圖例。

金屬可以打孔并用透明樹脂填充。

側(cè)面照亮光管可以放置在印刷頂部和導(dǎo)電目標(biāo)層之間。

目標(biāo)上的導(dǎo)電層可以是一個簡單的金屬圓盤，通過一個短基座粘合到透明塑料目標(biāo)層上，允許光線通過光盤后面照亮塑料目標(biāo)層。

背光的唯一真正挑戰(zhàn)是獲得正確數(shù)量的LED和正確的光漫射材料，以防止圖例中出現(xiàn)熱點。但是，在咨詢印刷廠之后，即使這個問題也不是不可克服的;畢竟，打印機已經(jīng)長時間背光傳說并且應(yīng)該知道使圖像正確照明所需的所有技巧。

所以，通過使用MoC，我們可以創(chuàng)建任意數(shù)量的按鈕，我們可以使用塑料或金屬前面板，我們不必在前面板上切任何孔，我們可以使按鈕任意形狀我們想要，我們甚至可以改變按下按鈕所需的力量。最重要的是，我們不再需要擔(dān)心潮濕，灰塵和其他污染物;檢測軟件已經(jīng)為我們編寫;我們可以有按鈕/滑塊/多個閾值按鈕;我們唯一需要做的就是找到合適的粘合劑將PCB粘到前面板上。聽起來像設(shè)計我們的用戶界面的輸入一半變得更容易。這只會為您的應(yīng)用選擇合適的微控制器。