CN101581764A - 按键检测电路 - Google Patents

Abstract

一种按键检测电路，用于检测按键的状态。该按键检测电路包括一个放电电路，当按下按键(K1)时进行放电；和一个电压检测电路，它包括一个PNP晶体管(T2)和一个NPN晶体管(T3)的组合，其中当放电电路放电一预定时间时，PNP晶体管(T2)导通，使得NPN(T3)导通并且输出用于第二功能的第二信号。

Description

按键检测电路

发明领域

本发明涉及一种按键检测电路，尤其涉及一种双模式按键检测电路。

发明背景

现今，存在采用单一按键来执行两种功能的应用程序。例如，一些移动电话上的电源键既能执行电源开/关又能执行其他功能，如“退出”功能。当移动电话处于上电模式时，如果用户按压电源键的时间少于某一预定时间阈值，该键将触发“退出”功能。如果用户按压电源键的时间长于预定时间阈值，该键将关闭移动电话。

在单一按键上实现这些多功能的传统方式是采用电源管理芯片或微控制器或微计算机。然而，这种传统电路既复杂又昂贵。

美国专利US5140178描述了一种双功能键，尤其是一种微计算机的复位电路。

发明内容

根据一个方面本发明提供了一种按键检测电路，用于检测按键的状态。该按键检测电路包括：放电电路，由电阻-电容电路组成，连接到按键并且当按下按键时进行放电；和电压检测电路，连接到所述放电电路，并且包括第一晶体管和第二晶体管的组合，其中当所述放电电路放电一预定时间时，第一晶体管导通并且输出一个电压以导通第二晶体管，使得第二晶体管输出用于第二功能的第二信号。

在前述的按键检测电路中，预定时间至少是由电阻和电容确定。

在前述的按键检测电路中，其中按键的第一端子接地并且按键的第二端子与电阻-电容电路连接。

上述的按键检测电路进一步包括一个充电电路，当释放按键时，为放电电路的电容充电。其中，该充电电路包括一个晶体管，当释放按键时，该晶体管导通，从而对电容进行充电。

在上述的按键检测电路中，当电容的电压被充电到不低于第一晶体管的阈值时，第一晶体管和第二晶体管截止。

在前述的按键检测电路中，第一晶体管是PNP晶体管或是PMOS晶体管。

在上述的按键检测电路中，第二晶体管是PNP晶体管或PMOS晶体管，或是NPN晶体管，或是NMOS晶体管。

在上述的按键检测电路中，当第一晶体管和第二晶体管都是PNP晶体管时，通过连接第二PNP晶体管的基极到第一PNP晶体管的发射极来形成组合。第二信号由第二PNP晶体管的发射极产生。当第一晶体管是一个PNP晶体管并且第二晶体管是一个NPN晶体管时，该组合通过连接NPN晶体管的基极到PNP晶体管的集电极来形成。

在上述的按键检测电路中，第二信号由NPN晶体管的集电极产生。

在前述的按键检测电路中，如果按下按键的时间少于预定时间，按键的第一端子将发出一个第一信号。

在上述的按键检测电路中，该第一信号输出给一个按键矩阵扫描电路作为其输入。

在上述的按键检测电路中，存在与第一按键并联连接的第二按键，从而共享放电电路、电压检测电路和充电电路。

附图说明

图1示出了能够执行两种功能的按键电路的原理方框图；

图2示出了根据本发明第一实施例，能够执行两种功能的按键电路的电路图；

图3示出了能够执行两种功能并能与矩阵按键扫描电路或I/O端口一起工作的按键电路的原理方框图；

图4示出了根据本发明第二实施例，其中双功能键与矩阵按键扫描电路一起工作的电路图；

图5示出了根据本发明第三实施例，其中双功能键与矩阵按键扫描电路一起工作的电路图。

具体实施方式

现在参考图1，示出了能够执行两种功能的按键电路的方框图。该电路主要包括按键、放电电路1、电压检测电路2、和快速充电电路3。第一种功能是标准按键功能，第二种功能例如是复位功能。

现在返回到图2，进一步详细描述了图1的原理。在图2中，示出了一个具体实施例，用于说明能够执行两种功能的双功能按键的按键检测电路。一种功能是标准按键功能。例如，在移动电话上，标准按键功能是用于输入数字。另一个功能例如是移动电话上的复位功能。这里引入移动电话来说明本发明原理，并不应当认为是对本发明的任何限定。本发明原理能够应用在其他设备中以及被用于旨在执行一个或多个功能的按键中。

在图2的电路中，K1是双功能按键。该电路主要包括三个部分：放电部、电压检测部、和一个快速充电部。放电部电路包括一个电阻R1和一个电容C1。快速充电部电路包括两个电阻R2和R3，以及一个晶体管T1。电压检测部电路由晶体管T2和T3以及电阻R4，R5和R6组成。

双功能按键K1的第一端子接地，K1的第二端子OUTPUT1经由电阻R2连接到源电压Vcc，并且K1的第二端子OUTPUT1通过串联的电阻R1和电容C1接地。K1的第二端子还连接到晶体管T1的基极。晶体管T1的集电极经由电阻R3连接到源电压Vcc，其中发射极通过电容C1接地。源电压Vcc和地之间存在着串联的PNP晶体管T2和电阻R5，该PNP晶体管T2的发射极连接到源电压Vcc，集电极连接到电阻R5。T2的基极经由电阻R4耦接到T1的发射极。T2的集电极还连接到晶体管T3的基极。而T3的集电极通过电阻R6连接到源电压Vcc，它的发射极接地。

用于按键K1第一功能的第一信号直接由K1的第二端子(也就是，OUTPUT1)产生。用于第二功能的第二信号通过从T3的集电极的端子(也就是，OUTPUT2)输出。如果按压按键K1的时间少于预定时间阈值，将通过OUTPUT1输出第一信号。如果按压按键K1的时间不少于预定时间阈值，该电路通过OUTPUT2输出第二信号。在本实施例中，当处于一个低电压电平时，输出被认为是激活的，也就是，实际上接地“G”。

现在接下来描述双功能电路的工作进程。首先，电容C1通过电阻R2和R3由源电压Vcc充满电。当按下K1时，C1将通过R1和K1连接到地端放电。C1放电的预定时间阈值以及随后触发第二功能主要由R1和C1的值来确定。因此放电电路也能够被认为是一个定时电路。预定时间阈值能够基于R1、C1和R4的值以及T2的特性一起计算出来。

如果预定时间阈值很长，可以在T2的发射极和Vcc之间增加电阻。通过本说明书的教导，本领域的技术人员能够理解，当计算该预定时间阈值时，也应当考虑增加的电阻。电阻会减少T2发射极的电压，从而C1的电压会放电更多以导通T2，这会延迟预定时间阈值。为安全起见，R3用于控制C1的充电电流。但是如果正向电流在T1要求的范围内，R3可以忽略。

当按压按键K1的时间少于预定时间阈值时，检测电路不会在OUTPUT2端输出低电平信号，从而不会触发第二功能。由于这种情况下处于最初充电的C1的电压不足够低，以至于不能够导通PNP晶体管T2，而当T2处于“截止”状态时，T3基极的电势将是“低电平”，并且T3不导通，从而位于T3集电极的电压不足够低，以至于不能够触发第二功能信号。因而看起来控制器只在OUTPUT1检测到标准按键状态，并且只有第一功能被激活。这里所指的控制器可以是CPU，微处理器，或其他在各种环境中用于处理信号的处理器。

当按压K1的时间不少于预定时间阈值时，C1放电，并且C1的电压降低，以至于使得晶体管T2导通。然后，电流流经电阻R5，使R5的电压电平上升，这使得T3基极上的电势是“高电平”，晶体管T3导通。当T3导通时，会在OUTPUT2端产生用于第二功能的第二信号，例如低电平复位信号。

从上文的描述可以得出以下结论，用于第二功能的第二信号不会依赖于软件，而是基于硬件产生。优点在于，如果软件发生故障引起控制器阻塞，第二功能仍然能够被执行。例如，在PC机中，即使当程序损坏时，仍然能够手动或从外部通过硬件复位按钮重新设置整个系统。

于是，当释放K1时，T1的基极处于高电平且T1导通。电流流经电阻R3和晶体管T1对电容C1进行充电。在具体实施例中，R3的阻抗远低于R1的阻抗，因此充电时间远远短于放电时间。这样，电路能够确保快速充电操作并且确保K1上的下一个按压操作能够正常运行。

在C1的电压通过充电电路增加到一个确定值后，位于晶体管T2基极的电压电平足够高，以至于使得晶体管T2截止。当T2截止时，T3也被截止。从OUTPUT2端获得的第二信号处于高电平并且第二复位功能未激活。

当未按下K1时，电路中所有的晶体管都将被截止。因此，整个复位电路基本上不消耗电能。在电路中，电阻R2～R6都是偏压电阻器。它们用于控制电流并且使得晶体管正常工作。

在第一实施例的另一种形式中，如果仅存在K1的第二输出端，也就是说，不存在OUTPUT1端而仅存在OUTPUT2端，当按压K1的时间不少于预定时间阈值时，电路仍然能够实现第二功能。

图3示出了能够执行两种功能并且能够与矩阵扫描电路或I/O端口一起工作的按键电路的原理方框图。按键电路主要包括一个按键、一个放电电路1、一个电压检测电路2、一个快速充电电路3、以及一个按键扫描电路4。第一功能是标准按键功能，该功能能够由I/O端口或通过矩阵按键扫描电路的“扫描输出”检测，例如第二功能是复位功能。

在另一个实施例中，如图4所示，该实施例说明了图3原理的具体实施方式。如图4所示，双功能键位于按键矩阵中，并与矩阵按键扫描电路一起工作。在按键矩阵中，K1和K2是用于说明本发明原理的两个按键，其中K1是本发明的双功能键，K2是传统的单一功能键。这里使用的K2是为了证明K1能够很好地执行两种功能，而不会影响到其他按键的性能。这里我们假设K1和K2在按键扫描电路中属于同行而不同列。按键扫描矩阵电路能够检测到来自OUTPUT1’端的用于K1第一功能的第一信号。

当在按键矩阵中存在多个按键时，能够使用按键扫描电路。按键驱动电路具有两种类型：矩阵按键扫描电路和I/O端口直接输入电路。

根据矩阵按键扫描方法，按键矩阵的输出共享控制器的输入/输出(I/O)端口，从而节省端口资源。这里的控制器可以是CPU、微计算机、或其他能够检测并处理按键状态的处理装置。矩阵按键扫描控制器将扫描所有行，逐一激活扫描输入引脚，从而将信号输入给本发明电路。当行被激活时，控制器检测“被激活”列中的每个扫描输出引脚。指定的行和列可以互相交换。

I/O端口方法是一种监测按键状态简单且直接的方法。该方法适用于每个按键使用一个I/O端口，并且检测每个端口的输入以获得每个按键的状态。

图4中的放电电路1、电压检测电路2、以及充电电路3与图2中的电路相同，因此通过使用与图2相同的符号来表示这些部件并且为了清楚简明，这里就不再进行详细说明。另外，为了执行矩阵按键扫描功能，K1使用第四晶体管T4、两个电阻R7和R8、电容C2，而K2使用晶体管T5。从图4中可以看出，T4的发射极连接到K1的第二端子，也就是OUTPUT1’，T4的基极通过R7耦接到SCAN-IN1端，T4的集电极耦接到SCAN-OUT1端，SCAN-OUT1端具有要被检测到的由C2进行平滑的电压，其中T4的集电极通过R8连接到电源电压Vcc并通过电容C2连接到地G。

在图4中，SCAN-IN1端是行扫描输入端口，用于将控制器的信号输入给本发明电路，而SCAN-OUT1端和SCAN-OUT2端是列扫描输出端口，用于将本发明电路的按键信号输出给控制器。控制器激活行扫描输入端口SCAN-IN1端并输入高电平电压，从而晶体管T4和T5导通。然后控制器检测来自SCAN-OUT1端和SCAN-OUT2端的列输入端口。当K1和K2都没有被按下时，行SCAN-OUT1端和SCAN-OUT2端都不被激活，并且保持在高电平。当按下K1时，SCAN-OUT1端被下拉到低电平而SCAN-OUT2端保持在高电平。这样，控制器能够检测到哪个按键被按下。晶体管T4和晶体管T5的作用在于提高矩阵中输出端口的负载容量，这意味着晶体管T4和晶体管T5被用作放大器，使得控制器能够在同一时刻驱动更多的按键电路。如果CPU的I/O端口的负载容量足够大，可以省略这些晶体管。

当按下K1时，C1将通过R1和K1接地释放电荷。R1和C1的值决定放电的时间。当按压K1的时间不短于预定时间阈值时，C1的电压降低，以至于使得晶体管T2导通。从而电流流经R5并且R5的电压升高，这使得晶体管T3导通。最后，在晶体管T3的集电极，也就是OUTPUT2’，触发一个低电平复位信号。

一旦释放K1，晶体管T1的基极再次回到高电平。于是晶体管T1导通，并且电流流经R3和T1，从而给电容C1充电。选择电阻R3，使其阻抗比R1的小很多，充电时间比放电时间更短。这样如果在短时间内再次按下K1，将确保相同的放电时间。在C1的电压提高到确定的数量后，晶体管T2和T3截止。当来自T3集电极的复位信号被触发时，T3的集电极变为高电平并且复位信号未被激活。再次按下K1之前，所有的晶体管保持截止。因此，整个复位电路没有消耗电能。电阻R2到R8都是晶体管的偏压电阻器。它们用于控制晶体管的电流并且使得晶体管正常工作。电容C2用于过滤电压并且能够抑制电压，从而避免过冲(overshoot)或电压抖动(flicker)发生。

图5给出了第三实施例，其中K1和K2都是具有第二功能，例如复位功能的按键，位于按键矩阵中并且和一个矩阵扫描电路一起工作。图5使用与图2和图4中相同的符号来表示相同的元件。在图5中，K1和K2共享放电电路1、电压检测电路2、和充电电路3，并且共享SCAN-OUT1端以发送信号到控制器。K1和K2独立地接收分别来自SCAN-IN1端和SCAN-IN2端的矩阵扫描电路的信号。

为了确保K1和K2固有的性能，二极管D1连接在位于K1第二端子的OUTPUT11端和R1之间，并且电流从R1流向K1。类似地，第二二极管D2连接在位于K2第二端子的OUTPUT12端和R1之间，并且电流从R1流向K2。与图4不同，在图5中，T5的集电极连接到T4的集电极以共享SCAN-OUT1端。与K1类似，对于K2，电阻R9连接在T5的基极和SCAN-IN2端之间。

在图5中，假设K1和K2位于相同的列，但是位于不同的行。SCAN-IN1端和SCAN-IN2端信号交替被激活。当SCAN-IN1端输出一个高电平扫描信号时，由于SCAN-IN2端位于低电平，晶体管T4导通而T5保持截止(off)。如果未按下K1，SCAN-OUT1端将显示一个高电平，即使如果在这时按下K2。当按下K1时，位于SCAN-OUT1端的低电平激活信号被监测到。相同的原理适用于K2。K1和K2不存在交互作用(interaction)。如果处理器的I/O端口不能够维持足够电流，则T4和T5用于改进负载容量。

当按下按键K1时，C1放电并且对按键K1的第二功能开始计时。尽管C1上的电压减少，由于二极管D2提供了绝缘，这不会影响监测K2的状态。例如，如果按下K1且未按下K2，二极管D1的阴极跟随着D1的阳极转到低电平。由于二极管的单向传导，D2的阴极仍然是高电平。因而由于高电平信号输出，控制器能够检测到K2未被按压。如果K2也被按下，将输出激活低电平信号到控制器。因此K1和K2不存在交互作用(interaction)。所有按键能够共享定时电路。由于一旦按下按键，就能够认为这些按键接地，并且二极管不会影响C1放电，因此能够同时按压多个按键而不会显著影响触发第二功能所需的时间。同时，定时功能不会影响按键扫描功能。

在上述实施例中，当电路在OUTPUT2端(参见图2)或OUTPUT2’端(参见图4)或OUTPUT22端(参见图5)输出一个低电平时，第二功能被激活；当电路在OUTPUT2端(参见图2)或OUTPUT2’端(参见图4)或OUTPUT22端(参见图5)输出一个高电平时，第二功能不被激活。然而，本领域的技术人员能够理解第二功能能够被激活，而在相反的条件下不能够被激活。

在上述实施例中，T3和T4之间的连接也能够颠倒。即，首先NPN晶体管T4导通，其次PNP晶体管T3导通。在这种情况中，其他相关电路相应地改变。

在所有上述实施例中，这些实施例中的PNP和NPN晶体管也能够由PMOS和NMOS代替。此外，尽管在上述实施例中，T3是一个NPN晶体管，它也能够是一个PNP晶体管。如果这样，T3的基极应当连接到T2的发射极，并且第二信号来自T3的发射极。

有利地，由于当按键打开时晶体管截止，因此几乎没有消耗电能。

除了复位功能以外，具有按键扫描和定时功能的多个按键电路能够使用在某一时间按压任何一个按键之后要求触发一个信号的所有情况中。例如，这能够应用于当按键中的任何一个被长时间按压时开启警报灯。

Claims (15)

1.一种按键检测电路，用于检测按键(K1)的状态，特征在于它包括：

放电电路(1)，由电阻-电容(R1，C1)电路组成，连接到按键(K1)并且当按下按键(K1)时进行放电，和

电压检测电路(2)，连接到所述放电电路(1)并且包括第一晶体管(T2)和第二晶体管(T3)的组合，其中当所述放电电路放电一预定时间时，第一晶体管(T2)导通并且输出一个电压以导通第二晶体管(T3)，使得第二晶体管(T3)输出用于第二功能的第二信号。

2.根据权利要求1的按键检测电路，其中该预定时间至少是由电阻(R1)和电容(C1)确定。

3.根据权利要求1或2的按键检测电路，其中按键(K1)的第一端子接地并且按键(K1)的第二端子与电阻-电容(R1，C1)电路连接。

4.根据权利要求3的按键检测电路，其中进一步包括充电电路(3)，当释放按键(K1)时，为放电电路(1)的电容(C1)充电。

5.根据权利要求4的按键检测电路，其中该充电电路包括晶体管(T1)，当释放按键(K1)时，晶体管(T1)导通，从而对电容(C1)进行充电。

6.根据权利要求5的按键检测电路，其中当电容(C1)的电压被充电到不低于第一晶体管(T2)的阈值时，第一晶体管(T2)和第二晶体管(T3)截止。

7.根据前述权利要求任意一项权利要求的按键检测电路，其中第一晶体管(T2)是PNP晶体管或是PMOS晶体管。

8、根据权利要求7所述的按键检测电路，其中第二晶体管(T3)是PNP晶体管或PMOS晶体管，或是NPN晶体管，或是NMOS晶体管。

9、根据权利要求8所述的按键检测电路，其中当第一晶体管(T2)和第二晶体管(T3)都是PNP晶体管时，通过连接第二PNP晶体管的基极到第一PNP晶体管的发射极来形成组合。

10.根据权利要求9的按键检测电路，其中第二信号由第二PNP晶体管的发射极产生。

11.根据权利要求8的按键检测电路，其中当第一晶体管(T2)是PNP晶体管并且第二晶体管(T3)是NPN晶体管时，该组合通过连接NPN晶体管的基极到PNP晶体管的集电极来形成。

12.根据权利要求11的按键检测电路，其中第二信号由NPN晶体管的集电极产生。

13.根据权利要求3、10和12任意一个的按键检测电路，其中如果按下按键的时间少于预定时间，按键(K1)的第一端子将发出第一信号。

14.根据权利要求13的按键检测电路，其中该第一信号输出给一个按键矩阵扫描电路作为其输入。

15.根据权利要求14的按键检测电路，其中存在与第一按键并联连接的第二按键，从而共享放电电路(1)、电压检测电路(2)和充电电路(3)。

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