电容按键原理
电容器 (简称为电容) 就是可以容纳电荷的器件，两个金属块中间隔一层绝缘体就可以构成一个最简单的电容。如图 32_1 (俯视图)，有两个金属片，之间有一个绝缘介质，这样就构成了一个电容。这样一个电容在电路板上非常容易实现，一般设计四周的铜片与电路板地信号连通，这样一种结构就是电容按键的模型。当电路板形状固定之后，该电容的容量也是相对稳定的。
电路板制作时都会在表面上覆盖一层绝缘层，用于防腐蚀和绝缘，所以实际电路板设计时情况如图。电路板最上层是绝缘材料，下面一层是导电铜箔，我们根据电路走线情况设计决定铜箔的形状，再下面一层一般是 FR-4 板材。金属感应片与地信号之间有绝缘材料隔着，整个可以等效为一个电容 Cx。一般在设计时候，把金属感应片设计成方便手指触摸大小。
图 1 无手指触摸情况
在电路板未上电时，可以认为电容 Cx 是没有电荷的，在上电时，在电阻作用下，电容 Cx 就会有一个充电过程，直到电容充满，即 Vc 电压值为 3.3V，这个充电过程的时间长短受到电阻 R 阻值和电容 Cx 容值的直接影响。但是在我们选择合适电阻 R 并焊接固定到电路板上后，这个充电时间就基本上不会变了，因为此时电阻 R 已经是固定的，电容 Cx 在无外界明显干扰情况下基本上也是保持不变的。
当我们用手指触摸时，金属感应片除了与地信号形成一个等效电容 Cx 外，还会与手指形成一个 Cs 等效电容。
图 2 有手指触摸情况
此时整个电容按键可以容纳的电荷数量就比没有手指触摸时要多了，可以看成是 Cx 和 Cs 叠加的效果。在相同的电阻 R 情况下，因为电容容值增大了，导致需要更长的充电时间。也就是这个充电时间变长使得我们区分有无手指触摸，也就是电容按键是否被按下。现在最主要的任务就是测量充电时间。充电过程可以看出是一个信号从低电平变成高电平的过程，现在就是要求出这个变化过程的时间。我们可以利用定时器输入捕获功能计算充电时间，即设置 TIMx_CH 为定时器输入捕获模式通道。这样先测量得到无触摸时的充电时间作为比较基准，然后再定时循环测量充电时间与无触摸时的充电时间作比较，如果超过一定的阈值就认为是有手指触摸。图 3 为 Vc 跟随时间变化情况，可以看出在无触摸情况下，电压变化较快；而在有触摸时，总的电容量增大了，电压变化缓慢一些。
图 3 Vc 电压与充电时间关系
为测量充电时间，我们需要设置定时器输入捕获功能为上升沿触发， 图 32_4 中 VH 就是被触发上升沿的电压值，也是 STM32 认为是高电平的最低电压值，大约为 1.8V。 t1 和 t2 可以通过定时器捕获/比较寄存器获取得到。
不过，在测量充电时间之前，我们必须想办法制作这个充电过程。之前的分析是在电路板上电时会有充电过程，现在我们要求在程序运行中循环检测按键，所以必须可以控制充电过程的生成。我们可以控制 TIMx_CH 引脚作为普通的 GPIO 使用，使其输出一小段时间的低电平，为电容 Cx放电，即 Vc 为 0V。当我们重新配置 TIMx_CH 为输入捕获时电容 Cx 在电阻 R 的作用下就可以产生充电过程。
