用戶界面的輸入部分是新產品設計中最具挑戰性和最不易理解的方面之一。這也是設計中最令人沮喪的方面之一。如果輸入系統太簡單，則用戶必須通過復雜的舞蹈來更改配置。如果輸入系統太復雜，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的復雜性，我們仍然需要兼顧電路板布局，按鈕機制和前面板設計，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建或破壞新設計，但正確使用它并不是一項簡單的任務。

輸入系統對產品吸引力很重要，必須支持產品功能的復雜性，同時降低成本并希望將灰塵和其他外來物質排出外殼。我們如何實現這一切并仍然保持開發時間的真實性？好吧，直到最近，這將是一項艱巨的任務，需要在成本和功能之間進行多次權衡。然而，隨著Microchip新型金屬電容（MoC）輸入系統的推出，我們可以創建復雜的定制輸入系統，幾乎不會影響成本，抗污染或開發時間。

MoC系統使用產品的前面板作為輸入系統。它通過在設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。當用戶按下前面板或目標時，目標和傳感器之間的距離減小，電子設備檢測到壓力是傳感器電容的變化（圖1）。

MoC系統的優勢在于我們現在可以通過在前面板上打印按鈕圖例來根據需要創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，只是一個使用現有外殼作為輸入系統的簡單系統。

圖1：典型的MoC系統。

請注意，為清楚起見，圖1中的目標偏轉被夸大了。在典型的設計中，靶的偏轉實際上在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導電層或銀色墨水。目標上的金屬也不必具有與地面的硬連接以進行操作。通過在傳感器周圍放置一個接地平面，可以將目標電容耦合到地，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，在嘈雜的環境中，目標和地之間的硬連接對于防止噪聲是優選的。

機械設計的另一個重要方面是傳感器和目標之間的間距，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和傳感器之間的間距相關。

圖2：在目標偏轉10μm的情況下，偏移與厚度的關系。

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按壓完全脫離目標。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，并提供有關在目標位于目標下方之后設置粘合劑的正確方法的信息。

MoC的機械設計還為我們提供了壓力機所需的驅動力的靈活性。這是因為實現10微米偏轉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。因此，通過在目標下使用不同尺寸的開口，我們可以創建具有或多或少的致動力的按鈕。 Microchip還提供基于PC的應用，可計算各種目標厚度，材料和開口的驅動力（圖3）。

圖3：Microchip偏轉工具。

由于MoC系統將電容的變化測量為線性值而非數字線，因此也可以在一個按鈕上設置兩個或更多閾值。這意味著用戶最終可以通過按下按鈕獲得不同的響應。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。

之前的討論已經確定機械設計更簡單，更便宜。電氣接口和驅動它的軟件怎么樣？以下是Microchip為設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（模數轉換器）的CVD（電容分壓器）系統，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的微控制器，然后使用該微控制器上的任何系統。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系統上每個傳感器的4.7KΩ串聯電阻（圖4）。

圖4：基于CVD和CTMU的電氣設計。

系統軟件是可配置的預編程軟件包，因此設計人員無需從頭開發軟件。基本上，設計人員通過頭文件配置包，其中指定了傳感器的數量，哪些輸入與傳感器相關聯，按下閾值以及許多其他功能。該軟件系統還包括處理系統噪聲所需的附加功能，盡管MoC系統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節。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的比例值。此功能對于具有音量/速度/強度調節的系統特別有用，因為它為用戶提供了一個直觀的旋鈕，可以用上/下按鈕調節顯示器（圖5）。

圖5：帶圖例的滑塊實現示例。

這兩個系統還包括允許設計人員將MoC軟件系統鏈接到基于PC的GUI的功能，以便評估，測試和調整軟件。這在最初啟動和運行系統時特別有用，因為它允許您在用戶按下時可視地查看正在發生的事情，并且還收集硬編號以確定系統的適當檢測閾值。 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軟件還允許在系統運行時動態調整觸摸檢測閾值（圖6）。

圖6：GUI的屏幕截圖。

關于MoC系統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，允許光線照射目標層并照亮印刷的圖例。

金屬可以打孔并用透明樹脂填充。

側面照亮光管可以放置在印刷頂部和導電目標層之間。

目標上的導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層上，允許光線通過光盤后面照亮塑料目標層。

背光的唯一真正挑戰是獲得正確數量的LED和正確的光漫射材料，以防止圖例中出現熱點。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，打印機已經長時間背光傳說并且應該知道使圖像正確照明所需的所有技巧。

所以，通過使用MoC，我們可以創建任意數量的按鈕，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，我們不再需要擔心潮濕，灰塵和其他污染物;檢測軟件已經為我們編寫;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。這只會為您的應用選擇合適的微控制器。