大多數的設計只須經過微幅修改，就能以創新酷炫的電容式觸控感測技術，取代傳統機械式按鍵。由于電容式觸控控制器是利用中斷來模擬機械式鍵盤的掃描介面，因此開發人員應選用中斷延遲時間短的觸控控制器，以免影響產品效能。 
  
　　機械式按鍵與薄膜開關，已漸被創新酷炫的電容式觸控感測技術所取代，后者使用容易且更強固耐用，大多數設計只須經過微幅修改，就能加入電容式觸控按鍵，研發業者善加運用即可派上用場。

　　現今市面上有許多簡單且容易使用的電容式觸控設計，可直接利用觸控感測器來取代按鍵。感測器偵測到手指存在時，就會把輸出接腳切換至高或低位狀態，以模擬機械式按鈕的啟動與關閉狀態。然而此種取代方案具有限制，許多特殊種類的機械式使用者介面，無法在輸入和輸出模式1：1下運作，當中包括機械式鍵盤；機械式鍵盤介面雖然結構簡單，但要取代的不光只是一個個按鈕。本文探討各種利用電容式觸控感測器來取代機械式鍵盤的方法，使電容式觸控設計的取代過程更有效率。

　　機械式鍵盤底層基礎結構

　　傳統機械式鍵盤把許多按鈕排成數行與數列的方陣，系統藉由驅動列數或行數(掃描線)，以及檢查其他線路(讀取線)來偵測任何持續動作(按壓)，即可發現按壓的行為，這種設計概念可分成兩類，其一為輪詢式(Polling-Based)，其次則是中斷式(Interrupt-Based)。

　　輪詢式機械式鍵盤

　　獨立式按鍵掃描控制器，通常會使用持續輪詢掃描線，并檢查讀取線是否有任何持續按壓動作。讀取線通常會透過一個暫存器，拉升至電源(Vcc)或邏輯狀態「1」，系統會一次輪詢一條掃描線，輪詢后將線路切換至「0」狀態，其他線路則維持為「1」的邏輯狀態。每當一個按鈕被按壓時，掃描至讀取線就會短路，掃描線的「0」會傳送到讀取線，代表一個按鈕按壓，如圖1所示。當偵測到按壓時，控制器會透過I2C或串列周邊介面(SPI)等通訊介面，把事件通報給主控端(Host)，而不是讓主控端自己執行按鍵掃描作業，因此對于單晶片系統而言，可說是缺乏效率且又不實用。

圖1 機械式鍵盤工作模式 

　　中斷式機械式鍵盤

　　這種方法通常用在主控端和Master自己掃描按鍵的系統，所有掃描線都有接地，而讀取線則拉升至Vcc。當按鈕被按壓后，掃描線的「0」就會透過實體短路(按鍵按壓)傳送到讀取線。讀取線在讀到「0」時，會觸發一個中斷，主控端此時會輪詢掃描線，找出被按壓的按鍵，主控端不必持續對掃描線進行輪詢，因此能改善中央處理器(CPU)的使用頻寬。 
  
　　電容感測器取代機械鍵盤

　　如前述，系統會輪流查詢掃描線，找出被按壓的按鈕，無論是持續查詢或發生中斷時才查詢，這構成取代方法基礎。多數電容式觸控控制器都屬于微控制器元件，不只有電容感測功能，更負責執行取代和模擬的工作。

　　一個4×4矩陣鍵盤的典型波形如圖2所示，在任何時刻都有掃描線逐一被推至GND接地端，數量不會超過處于邏輯「0」狀態的掃描線。同時有多條掃描線處于邏輯「0」狀態，會減低偵測出被按壓按鈕的精確度。

圖2 4×4矩陣鍵盤的典型掃描線波形 

　　電容感測控制器必須扮演一個機械式鍵盤角色，并讓主控端認為它就是機械鍵盤，主控端的輸出線(掃描線)必須變為輸入瑞，而主控端的輸入線(讀取線)則會成為電容感測控制器的輸出端。根據掃描線狀態及被觸碰的按鈕的狀態，系統須視情況由控制器來更新讀取線。

　　以一個有十二個按鈕(圖3)的產品為例，按鈕必須排成3×4的矩陣，其中3是掃描線數量，4則是讀取線的數量，操作步驟首先是先啟動掃描線上的中斷，再把中斷設定成邊緣觸發(在兩端)。在三條掃描線中，啟動一個「3」位元組陣列，由于需要四條讀取線(每條分配一個位元)，因此選擇BYTE位元組；若是超過八條讀取線，則使用WORD字元組。任何利用電容感測演算法的手指觸控系統，須讀取十二個按鈕，并利用相對應的數值來更新位元組陣列；此時須注意的是，讀取線應是Active Low狀態，因為每當按鈕被按壓，掃描線上的一個「0」就會傳送至讀取線，在預設狀態下，讀取線會拉升至Vcc。所有掃描線中斷都無須啟動，只有當掃描線上通報有一個按鈕按壓事件，中斷才會啟動，不然應處于關閉狀態，這樣的設計有助于在電容式觸控控制器中降低處理器的負荷。在掃描線中斷時，讀取這些線并視狀況更新讀取線(圖3)。

圖3 鍵盤模擬實作 

　　上述的方法能協助取代輪詢式鍵盤掃描，同樣的邏輯經過些許調整就能取代中斷式鍵盤；當按下按鈕時，儲存在讀取線的所有數值都會經過AND邏輯處理，并透過讀取線傳送到主控端，當主控端感測到訊號并開始掃描時，就會接著進行上述的后續步驟。

　　電容式觸控取代方案的限制

　　過程中會面臨到的限制是，電容式觸控控制器利用中斷來模擬機械式鍵盤的掃描介面，因此會產生額外的延遲，中斷延遲加上處理中斷內的讀取線。盡管延遲時間很短，實體的短路僅發生一瞬間(通常僅數奈秒)，對實體按鈕而言仍為一項限制；在取代系統中，延遲可能長達數微秒，然而實際時間端視選用的控制器而定。

　　值得注意的是，主控端不必費心去消除按鈕的開關彈跳(Debounce)，因為透過先修改主控端的韌體，觸控控制器可在報告按鈕為ON狀態之前，就完成這項作業，此功能也能節省主控端的處理時間(圖4)。

 圖4 利用掃描線分析方法，在掃描線連結介面下可達到的最小波形。