CN101995956A - 键盘、键盘扫描电路及方法 - Google Patents

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Abstract

一种键盘，该键盘包括内部微处理器，该微处理器还包括键盘扫描程序及I/O端口，该I/O端口包括锁存器、场效应晶体管、上拉电阻。该I/O端口为输入输出端口，用于读取键盘按键状态并将键盘按状态输出给微处理器。一种键盘扫描电路，包括N个I/O端口、若干个按键、N条行线、N条第一列线、N条第二列线、N个第一电阻及N个第二电阻，其中N为自然数。一种键盘的扫描方法，其首先将I/O端口设置为输入端口，若电平状态发生改变，读取I/O端口的键值，然后，将I/O端口设置为输出端口，再次读取I/O端口的键值，根据两次的键值确定按下的按键。

Description

键盘、键盘扫描电路及方法
技术领域
本发明涉及一种键盘，特别涉及一种键盘扫描电路及方法。
背景技术
键盘是电脑、PDA(个人数字助理)、手机等电子产品中主要的人机对话输入设备。随着电子产品功能的增加，要完成控制复杂多样的功能，则需要键盘提供足够的按键。键盘通过内部的矩阵扫描电路对键盘上的按键进行扫描，从而确定按键的位置。现有矩阵键盘扫描电路大多使用单片机I/O端口来进行键盘扫描以控制键盘的按键部分。由于控制功能增加需要利用I/O端口进行控制的端口也增加，这样就导致键盘扫描电路占用过多的I/O端口资源。低成本中小型的单片机为市场上销售的主体，如果使用上述矩阵键盘扫描电路就会使得有限的I/O端口变得更为紧张。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种用少量的I/O端口实现多按键的键盘及键盘扫描电路。
此外，还有必要提供一种键盘扫描方法。
一种键盘，该键盘包括内部微处理器，该微处理器集成了CPU、RAM，ROM、定时器/计数器部件，其特征在于：该微处理器还包括键盘扫描程序及I/O端口，该I/O端口包括锁存器、场效应晶体管、上拉电阻；该场效应晶体管的栅电极与锁存器电性连接，漏电极与上拉电阻电性连接，源电极接地；该I/O端口作为输入输出端口，用于读取键盘按键状态并将键盘按状态输出给微处理器。
一种键盘扫描电路，其包括N个I/O端口、若干个按键、N条行线、N条第一列线、N条第二列线、N个第一电阻及N个第二电阻，其中N为自然数。N条行线分别与N个I/O端口电性连接。每条第一列线的一端通过N个按键分别与N条行线电性连接，另一端通过第一电阻接地。每条第二列线的一端与对应的行线电性连接，另一端通过第二电阻与第一电阻的一端电性连接。
一种键盘的扫描方法，包括以下步骤：
设置与N条行线电性连接的N个I/O端口为输入口，同时读取该N个I/O端口的电平状态；
判断该N个I/O端口是否有电平状态发生变化；
若该I/O端口有电平状态变化，记录与N个I/O端口相对应的第一键值；
将I/O端口设置为输出口；
读取该N个I/O端口的电平状态；
记录与N个I/O端口的电平状态相对应的第二键值；
根据记录的第一键值和第二键值判断出被按下的键盘按键。
采用上述键盘扫描电路利用N个I/O端口实现扫描NxN个按键，减少了键盘对I/O端口资源的占用，并且实现了多个按键的扫描。同时，通过一种该扫描电路采用的扫描方法。
附图说明
图1为一种较佳实施方式的键盘功能示意图，该键盘包括微处理器和键盘扫描电路。
图2为图1中微处理器的I/O端口内部电路示意图。
图3为一种较佳实施方式的键盘扫描电路图。
图4为I/O端口为4时，一较佳实施方式的键盘扫描电路图。
图5为图3中键盘扫描电路的扫描方法的流程图。
图6为图4中键盘扫描电路的扫描方法的流程图。
具体实施方式
请参阅图1，其为一种较佳实施方式的键盘10的功能示意图。键盘10包括微处理器100及键盘扫描电路200。微处理器100包括I/O端口110及键盘扫描程序130。微处理器100通过I/O端口110与键盘扫描电路200电性连接。微处理器100用于执行键盘扫描程序130，控制键盘扫描电路200识别键盘10被操作的按键。
在本实施方式中，微处理器100为一单片机，其还包括第一引脚101及第二引脚102。第一引脚101与电压源Vcc连接，第二引脚102接地。
I/O端口110为输入输出端口，用于读取键盘10的按键状态并将读取的键盘10按键状态输出给微处理器100。通过CPU输入不同的命令和参数，控制I/O端口110相关的电路及简单的操作。在其他实施方式中，I/O端口110也可作为地址/数据总线。
请参阅图2，其为一种较佳实施方式的微处理器100中I/O端口110内部电路示意图。该I/O端口110在微处理器100的内部电路包括锁存器113、上拉电阻R1、场效应晶体管V1及第三引脚115。
锁存器113与内部总线信号连接(图未示)，用于对I/O端口110的输入数据进行锁存。当I/O端口110作为输入时，锁存器113输出为高电平；当I/O端口110作为输出时，锁存器113根据内部总线信号控制锁存器113的输出。
上拉电阻R1电性连接于电压源Vcc和场效应晶体管V1的源电极。
场效应晶体管V1的栅电极与锁存器113电性连接，漏电极与上拉电阻R1电性连接，源电极接地。本实施例中，场效应晶体管V1为N型场效应管。
第三引脚115与场效应晶体管V1的漏电极电性连接。
在I/O端口110作为输入时，锁存器113输出为高电平，场效应管V1的Vgs＜0，导致场效应晶体管V1截止，但由于上拉电阻R1的分压作用，第三引脚115为高电平。此时，第三引脚115也可以通过外部输入源控制其电平状态，若外部输入为高电平，第三引脚115为高电平；外部输入为低电平，第三引脚115为低电平。
在I/O端口110作为输出时，锁存器113输出为高电平时，场效应管V1的Vgs＜0，场效应晶体管V1截止，由于上拉电阻R1的分压作用，第三引脚115为高电平；锁存器113输出为低电平时，场效应管V1的Vgs＞0，场效应晶体管V1导通，第三引脚115为低电平。
请参阅图3，其为一种较佳实施方式的键盘扫描电路200的电路图。键盘扫描电路200包括N条行线L1～Ln、N条第一列线P1-1～P1-n、N条第二列线P2-1～P2-n、NxN个按键S1-1～Sn-n、N个I/O端口K1～Kn、N个第一电阻R1-1～R1-n及N个第二电阻R2-1～R2-n，其中N为自然数。N-1条第一列线与N条行线交错排列，形成Nx(N-1)个交叉点。Nx(N-1)个交叉点分别对应放置Nx(N-1)个按键。第N条第一列线通过N个按键直接与N条行线连接。NxN个按键的一端分别与对应行线电性连接，另一端分别与对应的第一列线电性连接。N条第二列线与N条行线一一对应，且每条第二列线一端与对应行线电性连接，另一端通过第二电阻与第一电阻的一端电性连接。第一电阻R1-1～R1-n的阻值远小于第二电阻R2-1～R2-n的阻值。
每条行线L1～Ln分别由一个I/O端口及N个按键的一端顺次电性连接而成。如行线L1其由I/O端口K1及S1-1～S1-nN个按键的一端顺次电性连接。同样，对于行线Lm，其中m为自然数，且2＝＜m＜n，其由I/O端口Km及Sm-1～Sm-nN个按键的一端顺次电性连接。
每条第一列线P1-1～P1-n分别由N个按键的另一端及一个第一电阻的一端顺次电性连接而成，且第一电阻的另一端接地。如第一列线P1-1其由S1-1～Sn-1N个按键的另一端及第一电阻R1-1顺次电性连接。同样，对于第一列线P1-m，其中m为自然数，且2＝＜m＜n，其由Sm-1～Sm-nN个按键的另一端及第一电阻R1-m顺次电性连接。
每条第二列线P2-1～P2-n分别由一个I/O端口及一个第二电阻顺次电性连接而成。如第二列线P2-1由I/O端口K1及第二电阻R2-1顺次电性连接。同样，对于第二列线P2-m，其中m为自然数，且2＝＜m＜n，其由Km及第一电阻R1-m顺次电性连接。
键盘扫描电路200在执行按键扫描程序时，首先将I/O端口K1～Kn设置成为输入口；然后，扫描I/O端口K1～Kn的电平状态。若全部为高电平状态，则无按键按下，若I/O端口K1～Kn中任意一个I/O端为低电平状态，则该行有按键被按下，CPU记录此时的I/O端口K1～Kn的电平状态为第一键值；然后，将I/O端口设置为输出口，且该电平状态变化的I/O端口设置为高电平状态，其余I/O端口为低电平状态。此时，若按键仍然被按下，由于第二电阻的阻值远大于第一电阻的阻值，通过第二电阻及第二列线与第一电阻一端电性连接的I/O端口也为高电平状态。再次扫描I/O端口K1～Kn的电平状态；CPU记录此时的I/O端口K1～Kn的电平状态为第二键值；将第一键值左移4位后与第二键值相加得到第三键值；通过查表方式得到该第三键值对应的按键。
请参阅图4，其为N为4时的一较佳实施例的键盘扫描电路201的电路图。键盘扫描电路101包括4条行线L1～L4、4条第一列线P1-1～P1-4、4条第二列线P2-1～P2-4、16个按键S1-1～S4-4、4个I/O端口K1～K4、4个第一电阻R1-1～R1-4及4个第二电阻R2-1～R2-4。3条第一列线与4条行线交叉放置形成12个交叉点的矩阵，12个交叉点放置12个按键。第4条第一列线通过4个按键直接与4条行线连接。16个按键的一端分别与对应行线电性连接，另一端分别与对应第一列线连接。4条第二列线与4条行线一一对应，且每条第二列线一端与对应行线连接，另一端通过第二电阻与第一电阻连接。
行线L1由I/O端口K1及S1-1、S1-2、S1-3、S1-4按键的一端顺次电性连接，行线L2由I/O端口K2及S2-1、S2-2、S2-3、S2-4按键的一端顺次电性连接，行线L3由I/O端口K3及S3-1、S3-2、S3-3、S3-4按键的一端顺次电性连接，行线L4由I/O端口K4及S4-1、S4-2、S4-3、S4-4按键的一端顺次电性连接。
第一列线P1-1其由S1-1、S2-1、S3-1、S4-1按键的另一端及第一电阻R1-1顺次电性连接，第一列线P1-2其由S1-2、S2-2、S3-2、S4-2按键的另一端及第一电阻R1-2顺次电性连接，第一列线P1-3其由S1-3、S2-3、S3-3、S4-3按键的另一端及第一电阻R1-3顺次电性连接，第一列线P1-4其由S1-4、S2-4、S3-4、S4-4按键的另一端及第一电阻R1-4顺次电性连接。
第二列线P2-1由I/O端口K1及第二电阻R2-1顺次电性连接，第二列线P2-2由I/O端口K2及第二电阻R2-2顺次电性连接，第二列线P2-3由I/O端口K3及第二电阻R2-3顺次电性连接，第二列线P2-4由I/O端口K4及第二电阻R2-4顺次电性连接。
键盘扫描电路200在执行按键扫描程序时，首先将I/O端口K1～K4设置成为输入口；然后，扫描I/O端口K1～K4的电平状态。若全部为高电平状态，则无按键按下，若I/O端口K1～K4中任意一个I/O端为低电平状态，则该行有按键被按下，CPU记录此时的I/O端口K1～K4的电平状态为第一键值；然后，将I/O端口设置为输出口，并且该电平状态变化的I/O端口设置为高电平状态，其余I/O端口设置为低电平状态。此时，若按键仍然被按下，由于第二电阻的阻值远大于第一电阻的阻值，通过第二电阻及第二列线与第一电阻一端电性连接的I/O端口也为高电平状态。再次扫描I/O端口K1～K4的电平状态；CPU记录此时的I/O端口K1～K4的电平状态为第二键值；将第一键值左移4位后与第二键值相加得到第三键值；通过查表方式得到该第三键值对应的按键。
如表一所示，其为4x4键盘扫描电路不同按键被按下时所对应键值表。
表一4x4键盘扫描电路的键值表
  当前按键   第一键值   第二键值   第三键值
  S1-1   0111   1000   01111000
  S1-2   0111   1100   01111100
  S1-3   0111   1010   01111010
  S1-4   0111   1001   01111001
  S2-1   1011   1100   10111100
  S2-2   1011   0100   10110100
  S2-3   1011   0110   10110110
  S2-4   1011   0101   10110101
  S3-1   1101   1010   11011010
  S3-2   1101   0110   11010110
  S3-3   1101   0010   11010010
  S3-4   1101   0011   11010011
  S4-1   1110   1001   11101001
  S4-2   1110   0101   11100101
  S4-3   1110   0011   11100011
  S4-4   1110   0001   11100001
从表一可以看出，不同按键按下时所对应的键值是唯一的。因此，采用4个I/O端口可以实现4X4个按键扫描。
请参看图5，其为图3中键盘扫描电路的扫描方法300的流程图。扫描程序启动后，软件开始对I/O端口进行扫描。
步骤301，设置键盘所用到的I/O端口K1～Kn为输入口，同时读取K1～Kn的电平状态。
步骤303，根据K1～Kn的电平状态判断是否有按键按下。如果没有按键按下，流程返回步骤301。
步骤304，如果有按键按下，记录此时K1～Kn的电平状态为第一键值。
步骤305将I/O端口设置为输出口，并将电平变化的I/O端口设置为高电平状态，其余I/O端口设置为低电平状态。
步骤306，再次读取I/O端口K1～Kn的电平状态，并记录K1～Kn的电平状态为第二键值。
步骤308，将第一键值左移若干位后与第二键值相加，得到第三键值。
步骤310，根据第三键值判断键盘按下的按键。
请参看图6，其为图4中键盘扫描电路的扫描方法400的流程图。扫描程序启动后，软件开始对I/O端口进行扫描。
步骤401，设置键盘所用到的I/O端口K1～K4为输入口，同时读取K1～K4的电平状态。
步骤403，根据K1～K4的电平状态判断是否有按键按下。如果没有按键按下，流程返回步骤401。
步骤404，如果有按键按下，记录此时K1～K4的电平状态为第一键值。
步骤405将I/O端口设置为输出口，并电平变化的I/O端口设置为高电平状态，其余I/O端口设置为低电平状态。
步骤406，再次读取I/O端口K1～K4的电平状态，并记录K1～K4的电平状态为第二键值。
步骤408，将第一键值左移4位后与第二键值相加，得到第三键值。
步骤410，根据第三键值判断键盘按下的按键。
本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种键盘，其包括微处理器，其特征在于：该微处理器还包括键盘扫描程序及I/O端口，该I/O端口包括锁存器、场效应晶体管、上拉电阻；该微处理器的第一引脚与电压源连接，第二引脚接地；该场效应晶体管的栅电极与锁存器电性连接，漏电极与上拉电阻电性连接，源电极接地；该I/O端口作为输入输出端口，用于读取键盘按键状态并将键盘按状态输出给微处理器。
2.如权利要求1所述的键盘，其特征在于：该I/O端口用作输入端口时，场效应晶体管截止，通过上拉电阻将I/O端口置为高电平，然后根据外部输入源为高电平，I/O端口为高电平，外部输入源为低电平，I/O端口为低电平；该I/O端口用作输出口时，若场效应晶体管截止，I/O端口为高电平，若场效应晶体管导通，I/O端口为低电平。
3.如权利要求2所述键盘，其特征在于：该场效应晶体管为N型场效应晶体管，该I/O端口也可以作为地址/数据总线。
4.一种键盘扫描电路，其特征在于：该键盘扫描电路包括N个I/O端口、若干个按键、N条行线、N条第一列线、N条第二列线、N个第一电阻及N个第二电阻，其中N为自然数，该N条行线分别与N个I/O端口电性连接；每条第一列线的一端通过N个按键分别与N条行线电性连接，另一端通过第一电阻接地；每条第二列线的一端与对应的行线电性连接，另一端通过第二电阻与第一电阻的一端电性连接。
5.如权利要求4所述的键盘扫描电路，其特征在于：每一个第一电阻的阻值小于对应的第二电阻的阻值。
6.一种键盘的扫描方法，包括以下步骤：
设置与N条行线电性连接的N个I/O端口为输入口，同时读取该N个I/O端口的电平状态；
判断该N个I/O端口是否有电平状态发生变化；
若该I/O端口有电平状态变化，记录与N个I/O端口的电平状态相对应的第一键值；
将I/O端口设置为输出口；
读取该N个I/O端口的电平状态；
记录与N个I/O端口的电平状态相对应的第二键值；
根据记录的第一键值和第二键值判断出被按下的键盘按键。
7.如权利要求6所述的键盘扫描方法，其特征在于：将I/O端口设置为输出口的步骤进一步包括：
将有电平状态变化的I/O端口设置为高电平状态，其他I/O端口设置为低电平状态。
8.如权利要求7所述的键盘扫描方法，其特征在于：该电平状态变化的I/O端口被置为高电平状态时，通过第二列线及第二电阻与第一电阻一端连接的I/O端口同时被置为高电平状态。
9.如权利要求8所述的键盘扫描方法，其特征在于：进一步包括：将第一键值左移若干位后与第二键值相加，得到第三键值；
根据第三键值判断出被按下的键盘按键。
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