CN102075194B - 键盘扫描电路和方法及电子设备 - Google Patents

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Abstract

一种键盘扫描电路，该键盘扫描电路包括N个输入端口、N*M个按键、N条行线、M条列线、M-2个输出端口、M-2个二极管、M-2个第一电阻、一个第二电阻及电压源，其中N为自然数，M为大于或等于3的自然数。行线分别与N个输入端口电性连接。列线一端通过N个按键与N条行线连接。第一列线另一端接地。第M条列线同时与M-2个二极管的阴极电性连接，另一端通过第二电阻接地。其余M-2条列线同时与M-2个二极管的阴极电性连接并通过第一电阻与电压源电性连接，另一端与输出端口电性连接。本发明还提供了一种键盘扫描方法及一种包括该扫描电路的电子设备。

Description

键盘扫描电路和方法及电子设备
技术领域
本发明涉及一种电子设备，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。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。随着电子产品功能的增加，要完成复杂多样的控制功能，需要键盘提供足够的按键。由于按键的增加常会导致用于进行键盘扫描的I/O端口的增加，例如有N*M个按键，就需要N+M个I/O端口，这样就导致键盘扫描电路占用过多的I/O端口资源，从而增加键盘的成本。
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扫描电路。
此外，还有必要提供一种键盘扫描方法以及一种采用该键盘扫描电路的电子设备。
一种键盘扫描电路，用于与一具有多个输入输出端口的控制器相连，该键盘扫描电路包括N条行线、M条列线、M-2个单向导通开关管、M-2个第一电阻、及一个第二电阻，其中N为自然数，M为大于或等于3的自然数。该N条行线分别与该控制器的N个输入端口电性连接。该M条列线中的第一条列线一端可通过N个按键与N条行线电性连接，另一端接地。该M条列线中的第M条列线一端可通过N个按键与N条行线电性连接，同时还与M-2个单向导通开关管的第一端电性连接，另一端通过第二电阻接地。该M条列线中的其余M-2条列线一端可通过N个按键与N条行线电性连接，同时还分别与M-2个单向导通开关管的第二端电性连接，并分别通过M-2个第一电阻与一电源电性连接，另一端与该控制器的M-2个输出端口电性连接。该单向导通开关管在其第一端电压小于第二端电压时导通。
一种应用于键盘扫描电路的键盘扫描方法，通过设置输出端口的电平状态来进行每一列的扫描，读取输入端口的电平状态，进而判断键盘按键，包括以下步骤：
读取该N个输入端口的初始电平状态；
设置M-2个输出端口均为高电平，再次读取N个输入端口的电平状态；
判断该N个输入端口是否有电平状态发生变化；
若发生变化，记录变化的输入端口并确定被按下的按键位于第一列，且为与变化的输入端口对应的按键；
若未发生变化，设置M-2个输出端口中的第i个输出端口为低电平，并保持其他输出端口为高电平不变，再次读取N个输入端口的电平状态，其中i为2到M-2间的自然数；
判断该N个输入端口是否有电平状态发生变化；
若发生变化，记录变化的输入端口并判断是否第一列的按键被按下，若不是，确定被按下的按键位于第i列，且为与变化的输入端口对应的按键；
若未发生变化，设置M-2个输出端口为低电平，再次读取N个输入端口的电平状态；
判断该N个输入端口是否有电平状态发生变化；
若发生变化，记录变化的输入端口，并判断是否为第一列的按键被按下，若不是，确定被按下的按键位于第M列，且为与变化的输入端口对应的按键。
一种电子设备，包括一控制器、多个按键及一键盘扫描电路，该控制器包括N个输入端口及M-2个输出端口，该键盘扫描电路包括N条行线、M条列线、M-2个单向导通开关管、M-2个第一电阻、及一个第二电阻，其中N为自然数，M为大于或等于3的自然数；该N条行线与该M条列线以阵列形式排列，形成N*M交叉点；该多个按键设置于该N*M交叉点上，其一端与对应行线电性连接，另一端与对应列线电性连接；该N条行线分别与该控制器的N个输入端口电性连接；该M条列线中的第一条列线一端通过相应按键与对应行线电性连接，另一端接地；该M条列线中的第M条列线一端通过相应按键与对应行线电性连接，同时还与M-2个单向导通开关管的第一端电性连接，另一端通过第二电阻接地；该M条列线中的其余M-2条列线一端通过相应按键与对应行线电性连接，同时还分别与M-2个单向导通开关管的第二端电性连接，并分别通过M-2个第一电阻与一电源电性连接，另一端与该控制器的M-2个输出端口电性连接；该单向导通开关管在其第一端电压小于第二端电压时导通。
采用上述键盘扫描电路利用N个输入端口实现扫描N*M个按键，减少了键盘对输入端口资源的占用，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扫描电路图。
图2为I/O输入端口为4时，一较佳实施方式的键盘扫描电路图。
图3为图1中键盘扫描电路的扫描方法的流程图。
图4为图2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扫描电路200的电路图。该键盘扫描电路200可利用一控制器10，例如单片机的N个输入端口K1～Kn、M-2个输出端口W2～W(m-1)对N*M个按键S1-1～Sn-m进行扫描识别。
该键盘扫描电路200包括N条行线L1～Ln、M条列线P1～Pm、M-2个二极管D2～Dm-1、M-2个第一电阻R2～R(m-1)及一个第二电阻Rs，其中N为自然数，M为大于或等于3的自然数。M条列线与N条行线交错排列，形成N*M个交叉点。N*M个交叉点分别对应放置该N*M个按键S1-1～Sn-m。N*M个按键S1-1～Sn-m的一端分别与对应行线电性连接，另一端分别与对应的列线电性连接。在本实施方式中，N个I/O输入端口K1～Kn及M-2个输出端口W2～W(m-1)为一控制器10上的输入输出端口，通过控制器10可设定输入输出端口W2～W(m-1)的电平状态。
第一条列线P1一端通过N个按键S1-1～Sn-1与N条行线L1～Ln连接，另一端接地。第M条列线的一端通过N个按键S1-m～Sn-m与N条行线L1～Ln连接，同时还与M-2个二极管D2～Dm-1的阴极电性连接，另一端通过第二电阻Rs接地。其余M-2条列线P2～P(m-1)的一端分别通过通过N个按键与N条行线L1～Ln连接，同时还分别与M-2个二极管D2～Dm-1的阳极电性连接，并通过第一电阻R2～R(m-1)与一电压源Vcc电性连接。其余M-2条列线P2～P(m-1)的另一端与输出端口W2～W(m-1)电性连接。
第一电阻R2～R(m-1)的阻值相同或相近，且远小于第二电阻Rs的阻值，以使得第二电阻Rs与一个第一电阻对电压源Vcc的输出电压进行分压后，第二电阻Rs上的电压可被控制器10识别为高电平。
二极管D2～Dm-1具有单向导通的特点，当输出端口W2～W(m-1)中至少一个为高电平时，与输出端口W2～W(m-1)对应的二极管D2～Dm-1导通。由于第一电阻R2～R(m-1)远小于第二电阻Rs，使得第二电阻Rs两端的电压降远大于第一电阻R2～R(m-1)两端的电压降，即控制器10识别第M列按键S1-m～Sn-m的一端与高电平连接。因此在扫描第一到第M-1列的过程中，排除第M列对输入端口K1～Kn的影响。
在执行按键扫描程序时，通过设置输出端口W2～W(m-1)的电平状态对键盘扫描电路200进行列扫描，同时读取输入端口K1～Kn的电平状态，判断是否有按键按下。为了清楚地描述键盘扫描程序，以下该电平状态的变化均是相对于输入端口K1～Kn的初始电平状态而言。首先读取输入端口K1～Kn初始电平状态。然后，扫描第一列：设置输出端口W2～W(m-1)均为高电平状态，再次读取输入端口K1～Kn的电平状态，并判断输入端口K1～Kn是否有电平状态发生改变。若发生改变，记录变化的输入端口并确定按键为第一列按键被按下，且为与变化的输入端口对应的按键。
若未发生变化，依次扫描第二到第M-1列：设置输出端口W2～W(m-1)中第i个输出端口为低电平，同时保持其他输出端口为高电平不变，再次读取输入端口K1～Kn的电平状态。判断输入端口K1～Kn是否有电平状态发生改变。若发生变化，记录变化的输入端口并判断是否第一列的按键被按下。判断是否是第一列的按键被按下的方法与扫描第一列的方法相似：将第i个输出端口切换为高电平，再次读取输入端口K1～Kn状态，其中，i为2到M-1中的自然数。如果输入端口K1～Kn的电平状态发生变化，判断为第一列的按键被按下，且为与变化的输入端口对应的按键。如果输入端口K1～Kn的电平状态未发生变化，判断不是第一列的按键被按下。若不是第一列的按键被按下，确定被按下的按键位于第i列，且为与变化的输入端口对应的按键。
若未发生变化，扫描第M列：设置输出端口W2～W(m-1)均为低电平状态，依次读取输入端口K1～Kn的电平状态。判断输入端口K1～Kn是否有电平状态发生改变。若发生变化，记录变化的输入端口，并判断是否第一到第M-1列的按键被按下。其中，判断是否为第一列的按键被按下的方法与上面描述的相同，判断是否为第二到第M-1列的按键被按下的方法与扫描第二到第M-1列的方法相同：依次设置M-2个输出端口中的一个为低电平，其余为高电平，如果输入端口K1～Kn的电平状态未发生改变，则判断不是第二列到第M-1列的按键被按下，如果在第i个输出端口为低电平时，输入端口K1～Kn的电平状态发生变化，则确定被按下的按键位于第i+1列，且为与变化的输入端口对应的按键。若判断不是，确定被按下的按键位于第M列，且为与变化的输入端口对应的按键。
在实际操作中，由于控制器10的扫描速度非常快，扫描第M列时，可以直接排除第二列到第M-1列的干扰。即：省略判断是否为第二到第M-1列的按键被按下的步骤，在排除不是第一列的按键被按下后即可确定被按下的按键位于第M列。
请参阅图2，其为N＝M＝4时的一较佳实施例的键盘扫描电路201的电路图。该键盘扫描电路201包括4条行线L1～L4、4条列线P1～P4、2个二极管D2～D3、2个第一电阻R2～R3及一个第二电阻Rs，。4条列线与4条行线交错排列，形成4*4个交叉点。4*4个交叉点分别对应放置该4*4个按键S1-1～S4-4。4*4个按键S1-1～S4-4的一端分别与对应行线电性连接，另一端分别与对应的列线电性连接。在本实施方式中，4个I/O输入端口K1～K4及2个输出端口W2～W3为一控制器10上的输入输出端口，通过控制器10可设定输入输出端口W2～W3的电平状态。
第一条列线P1一端通过4个按键S1-1～S4-1与N条行线L1～L4连接，另一端接地。第4条列线的一端通过4个按键S1-4～S4-4与N条行线L1～L4连接，同时还与2个二极管D2～D3的阴极电性连接，另一端通过第二电阻Rs接地。其余M-2条列线P2～P3的一端分别通过通过4个按键与4条行线L1～L4连接，同时还分别与2个二极管D2～D3的阳极电性连接，并通过第一电阻R2～R3与一电压源Vcc电性连接。其余2条列线P2～P3的另一端与输出端口W2～W3电性连接。
第一电阻R2～R3的阻值相同或相近，且远小于第二电阻Rs的阻值，以使得第二电阻Rs与一个第一电阻对电压源Vcc的输出电压进行分压后，第二电阻Rs上的电压可被控制器10识别为高电平。
在执行按键扫描程序时，如果按键S3-3被按下，其扫描过程为：为了清楚地描述键盘扫描程序，以下所述电平状态的变化均是相对于输入端口K1～K4的初始电平状态而言。
首先读取输入端口K1～K4初始电平状态。然后，扫描第一列：设置输出端口W2～W3均为高电平状态，再次读取输入端口K1～K4的电平状态，并判断输入端口K1～K4是否有电平状态发生改变。
若输入端口K1～K4电平状态未发生变化，扫描第二列：设置输出端口W2为低电平，同时保持输出端口W3为高电平不变，再次读取输入端口K1～K4的电平状态。判断输入端口K1～K4是否有电平状态发生改变。
若输入端口K1～K4电平状态未发生变化，设置输出端口W3输出端口为低电平，同时保持输出端口W2为高电平不变，再次读取输入端口K1～K4的电平状态。判断输入端口K1～K4是否有电平状态发生改变。若输入端口K3的电平状态发生变化，进一步判断是否是第一列的按键被按下。判断是否是第一列的按键被按下的方法与扫描第一列的方法相似：将输出端口W3切换为高电平，再次读取输入端口K1～K4状态，若输入端口K1～K4的电平状态未发生变化，判断不是第一列的按键被按下。若不是第一列的按键被按下，确定被按下的按键位于第三列，且为与变化的输入端口K3对应的按键S3-3被按下。
请参看图3，其为图1中键盘扫描电路的扫描方法300的流程图。扫描程序启动后，控制器10开始对输入端口K1～Kn进行扫描。
步骤301，读取输入端口K1～Kn的初始电平状态。为了清楚地描述键盘扫描方法300，以下所述电平状态的变化均是相对于所述初始电平状态而言。
步骤302，设置输出端口W2～W(m-1)均为高电平，再次读取输入端口K1～Kn的电平状态。
步骤303，判断输入端口K1～Kn是否有电平状态发生变化，若无变化，则执行步骤304；若有变化，则执行步骤314。
步骤304，设置输出端口W2～W(m-1)中第i个为低电平，并且保持其他输出端口状态为高电平不变，再次读取输入端口K1～Kn的电平状态。i从2～(m-1)依次取值。
步骤305判断输入端口K1～Kn是否有电平状态发生变化，若有变化，则执行步骤306；若无变化，则执行步骤308。
步骤306，将第i个输出端口W2～W(m-1)切换为高电平，再次读取输入端口K1～Kn的电平状态。
步骤307，判断输入端口K1～Kn是否有电平状态发生变化，若有变化，则执行步骤314；若无变化，则执行步骤315。
步骤308，设置输出端口W2～W(m-1)均为低电平，再次读取输入端口K1～Kn的电平状态。
步骤309，判断输入端口K1～Kn是否有电平状态发生变化，若有变化，则执行步骤310；若无变化，则本次键盘扫描结束。
步骤310，设置输出端口W2～W(m-1)均为高电平，再次读取输入端口K1～Kn的电平状态。
步骤311，判断输入端口K1～Kn是否有电平状态发生变化，若无变化，则执行步骤312；若有变化，执行步骤314。
步骤312，依次将输出端口W2～W(m-1)切换为高电平，再次读取输入端口K1～Kn的电平状态。
步骤313，判断输入端口K1～Kn是否有电平状态发生变化，若有变化，则执行步骤315；若无变化，执行步骤316。
步骤314，记录变化端口并确定按键为第一列，且为与变化端口对应的按键被按下。
步骤315，记录变化端口并确定按键为低电平输出端口对应列，且为与变化端口对应的按键。
步骤316，记录变化端口并确定按键为第M列，且为与变化端口对应的按键。本次键盘扫描结束。
在其他实施例中，步骤312～313可省略，步骤311需改为：判断输入端口K1～Kn是否有电平状态发生变化，若无变化，则执行步骤316；若有变化，执行步骤314。
请参看图4，其为图2中键盘扫描电路的扫描方法400的流程图。扫描程序启动后，控制器10开始对I/O输入端口K1～K4进行扫描。
步骤401，读取输入端口K1～K4的初始电平状态。为了清楚地描述键盘扫描方法400，以下所述电平状态的变化均是相对于所述初始电平状态而言。
步骤402，设置输出端口W2～W3均为高电平，再次读取输入端口K1～K4的电平状态。
步骤403，判断输入端口K1～K4是否有电平状态发生变化，若无变化，则执行步骤404；若有变化，则执行步骤414。
步骤404，设置输出端口W2～W3中第i个为低电平，并且保持其他输出端口状态为高电平不变，再次读取输入端口K1～K4的电平状态。i从2～3依次取值。
步骤405判断输入端口K1～K4是否有电平状态发生变化，若有变化，则执行步骤406；若无变化，则执行步骤408。
步骤406，将第i个输出端口W2～W3切换为高电平，再次读取输入端口K1～K4的电平状态。
步骤407，判断输入端口K1～K4是否有电平状态发生变化，若有变化，则执行步骤414；若无变化，则执行步骤415。
步骤408，设置输出端口W2～W3均为低电平，再次读取输入端口K1～K4的电平状态。
步骤409，判断输入端口K1～K4是否有电平状态发生变化，若有变化，则执行步骤410；若无变化，则本次键盘扫描结束。
步骤410，设置输出端口W2～W3均为高电平，再次读取输入端口K1～K4的电平状态。
步骤411，判断输入端口K1～K4是否有电平状态发生变化，若无变化，则执行步骤412；若有变化，执行步骤414。
步骤412，依次将输出端口W2～W3切换为高电平，再次读取输入端口K1～K4的电平状态。
步骤413，判断输入端口K1～K4是否有电平状态发生变化，若有变化，则执行步骤415；若无变化，执行步骤416。
步骤414，记录变化端口并确定按键为第一列，且为与变化端口对应的按键被按下。
步骤415，记录变化端口并确定按键为低电平输出端口对应列，且为与变化端口对应的按键。
步骤416，记录变化端口并确定按键为第4列，且为与变化端口对应的按键。本次键盘扫描结束。
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 (10)

1.一种键盘扫描电路，其特征在于：该键盘扫描电路包括N个输入端口、M-2个输出端口、N条行线、M条列线、M-2个单向导通开关管、M-2个第一电阻、及一个第二电阻，其中N为自然数，M为大于或等于3的自然数；该N条行线分别与N个输入端口电性连接；该M条列线中的第一条列线一端通过N个按键与N条行线电性连接，另一端接地；该M条列线中的第M条列线一端通过N个按键与该N条行线电性连接，同时还与M-2个单向导通开关管的第一端电性连接，另一端通过第二电阻接地；该M条列线中的其余M-2条列线的一端通过该N个按键与N条行线电性连接，同时还分别与M-2个单向导通开关管的第二端电性连接，并分别通过该M-2个第一电阻与一电源电性连接，另一端与M-2个输出端口电性连接；该单向导通开关管在其第一端电压小于第二端电压时导通。
2.如权利要求1所述的键盘扫描电路，其特征在于：该单向导通开关管为二极管，该二极管用于在M-2个输出端口中至少一个为高电平时，将与第M列连接的按键的一端设置为高电平。
3.如权利要求1所述的键盘扫描电路，其特征在于：该N条行线和M条列线一一对应且交叉形成N*M交叉点，该N*M个交叉点上放置N*M按键，每个按键的一端与对应行线电性连接，另一端与对应列线电性连接。
4.如权利要求1所述的键盘扫描电路，其特征在于：该M-2个第一电阻的阻值相等，并小于第二电阻的阻值。
5.一种应用于权利要求1所述键盘扫描电路的键盘扫描方法，该键盘扫描方法包括以下步骤：
读取该N个输入端口的初始电平状态；
设置该M-2个输出端口均为高电平，再次读取该N个输入端口的电平状态；
判断该N个输入端口是否有电平状态发生变化；
若该N个输入端口的电平状态发生变化，记录电平状态发生变化的输入端口，并确定被按下的按键位于第一列，且为与变化的输入端口对应的按键；
若该N个输入端口的电平状态未发生变化，设置M-2个输出端口中的第i个输出端口为低电平，并保持其他输出端口为高电平不变，再次读取该N个输入端口的电平状态，其中i为2到M-2间的自然数；
判断该N个输入端口是否有电平状态发生变化；
若该N个输入端口的电平状态发生变化，记录电平状态发生变化的输入端口并判断是否第一列的按键被按下，若不是，确定被按下的按键位于第i列，且为与变化的输入端口对应的按键；
若该N个输入端口的电平状态未发生变化，设置M-2个输出端口为低电平，再次读取该N个输入端口的电平状态；
判断该N个输入端口是否有电平状态发生变化；
若该N个输入端口的电平状态发生变化，记录电平状态发生变化的输入端口，并判断是否为第一列的按键被按下，若不是，确定被按下的按键位于第M列，且为与变化的输入端口对应的按键。
6.如权利要求5所述的键盘扫描方法，其特征在于：该判断是否第一列的按键被按下的步骤进一步包括以下步骤：
设置M-2个输出端口均为高电平，再次读取该N个输入端口的状态；
判断该N个输入端口是否有电平状态发生变化；
若该N个输入端口的电平状态发生改变，记录电平状态发生变化输入端口且确定被按下的按键位于第一列，且为与变化的输入端口对应的按键；
若该N个输入端口的电平状态未发生改变，确定不是第一列的按键被按下。
7.如权利要求5所述的键盘扫描方法，其特征在于：当设置M-2个输出端口为低电平、判断该N个输入端口的电平状态有变化、并判断不是第一列的按键被按下时，进一步判断是否第二到第M-1列的按键被按下，若不是，确定被按下的按键位于第M列，且为与变化的输入端口对应的按键。
8.如权利要求7所述的键盘扫描方法，其特征在于：该判断是否第二到第M-1列的按键被按下进一步包括以下步骤：
依次设置M-2个输出端口中的一个为低电平，其余为高电平，若N个输入端口的电平均为高电平，则判断不是第二列到第M-1列的按键被按下。
9.一种电子设备，包括一控制器、多个按键及一键盘扫描电路，该控制器包括N个输入端口及M-2个输出端口，其特征在于：该键盘扫描电路包括N条行线、M条列线、M-2个单向导通开关管、M-2个第一电阻、及一个第二电阻，其中N为自然数，M为大于或等于3的自然数；该N条行线与该M条列线以阵列形式排列，形成N*M交叉点；该多个按键设置于该N*M交叉点上，其一端与对应行线电性连接，另一端与对应列线电性连接；该N条行线分别与该控制器的N个输入端口电性连接；该M条列线中的第一条列线一端通过相应按键与对应行线电性连接，另一端接地；该M条列线中的第M条列线一端通过相应按键与对应行线电性连接，同时还与M-2个单向导通开关管的第一端电性连接，另一端通过第二电阻接地；该M条列线中的其余M-2条列线一端通过相应按键与对应行线电性连接，同时还分别与M-2个单向导通开关管的第二端电性连接，并分别通过M-2个第一电阻与一电源电性连接，另一端与该控制器的M-2个输出端口电性连接；该单向导通开关管在其第一端电压小于第二端电压时导通。
10.如权利要求9所述的电子设备，其特征在于：该M-2个第一电阻的阻值均小于第二电阻的阻值。
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