CN102142846B - 键盘扫描装置及其按键矩阵电路与其扫描方法 - Google Patents

Abstract

一种键盘扫描装置及其按键矩阵电路与其扫描方法，该键盘扫描装置包括：一按键矩阵电路及一键盘控制器。按键矩阵电路包含多条第一信号线、多条第二信号线、多个按键开关及一调制电路。第二信号线分别与第一信号线交越形成一基本交越点，并且再通过一延伸线路而分别与第一信号线交越形成至少一延伸交越点。按键开关是设于所有基本交越点及延伸交越点，调制电路是电性连接于所有的延伸交越点。键盘控制器是产生一扫描信号来提供给第一信号线，并解码第二信号线所回传的一感测信号，以在有按键开关导通时，辨识出导通的按键开关的一矩阵位置。借此，让键盘控制器得以减少控制脚位。本发明可以降低键盘控制器的成本，并在应用上更为灵活。

Description

键盘扫描装置及其按键矩阵电路与其扫描方法

技术领域

本发明涉及一种键盘扫描装置，特别涉及一种可减少按键矩阵电路的控制信号线数量的键盘扫描装置及其按键矩阵电路与其扫描方法。

背景技术

由于科技产业的快速成长，键盘已经是相当成熟且普遍的周边输入装置，用来让使用者方便在电子产品(如：计算机、移动装置等)上进行输入数据。

在键盘的设计架构上，主要是包含一按键矩阵及一键盘控制器。该按键矩阵的每一列信号线及行信号线的交越点是并联一按键开关，让该交越点得以用来实现一按键功能。举例来说，假设要设计一个具有64个按键的键盘的话，则按键矩阵的列信号线及行信号线就例如是分别设计为8条信号线来进行交越，以形成8×8＝64的按键矩阵。然而，也就因此，键盘控制器就必须至少设计有16个控制脚位(8+8＝16)，才能顺利以扫描检测的方式来控制按键矩阵的运行。

随着产业的竞争越来越强烈，对于产品成本的要求也就越来越严格，目前市面上各种产品都不断地在进行改良设计，以期降低产品成本。而对于技术已经相当成熟的键盘来讲，要如何进一步有效地降低成本，便是目前所需进行研究及探讨的地方。

此外，由于电子产品的体积越来越讲究轻薄短小，因此在电子产品上所搭配的键盘也就相对的会受到考虑及重视。而在按键数量固定(操作功能不变)的情况下，要如何降低按键矩阵电路及键盘控制器之间的控制线路所占用的面积，则也是目前值得加以改良的地方。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于，通过按键矩阵电路的改良，将按键矩阵电路的列信号线及行信号线进行共用，让原本的每一条列信号线对每一条行信号线不仅仅是形成一个交越点，而是得以延伸来形成多个交越点，并且针对延伸出来的交越点再搭配一调制电路，以让键盘控制器在进行扫描作业时，得以顺利区分出按键矩阵电路中每一条列信号线对每一条行信号线所交越形成的所有交越点。

依据本发明所提出的一方案，提供一种键盘扫描装置，其包括：一按键矩阵电路及一键盘控制器。按键矩阵电路进一步包含：多条第一信号线、多条第二信号线、多个按键开关及一调制电路。其中，所述第二信号线是分别与每一所述第一信号线交越形成一基本交越点，并且分别再通过一延伸线路而与每一所述第一信号线交越形成至少一延伸交越点。按键开关则是分别设于每一所述基本交越点及每一所述延伸交越点，用来作为第一信号线及第二信号线之间的导通开关，而调制电路则是电性连接于所有的延伸交越点。此外，键盘控制器是产生一扫描信号来提供给所述第一信号线，并且解码所述第二信号线分别所回传的一感测信号，以在任一所述按键开关导通时，辨识出该导通的按键开关所在的一矩阵位置。

依据本发明所提出的另一方案，提供一种按键矩阵电路，其包括：多条第一信号线、多条第二信号线、多个按键开关及一调制电路。其中所述第二信号线是分别与每一所述第一信号线交越形成一基本交越点，并且分别再通过一延伸线路而与每一所述第一信号线交越形成至少一延伸交越点。按键开关是分别设于每一所述基本交越点及每一所述延伸交越点，用来作为第一信号线及第二信号线之间的导通开关，而调制电路则是电性连接于所述延伸交越点。

依据本发明所提出的再一方案，提供一种扫描方法，用以扫描如前述方案所述的按键矩阵电路，其步骤包括：首先，产生一扫描信号以提供给所述第一信号线，并且解码所述第二信号线分别所回传的一感测信号，以当有至少一所述按键开关形成导通时，辨识出该导通的按键开关所在的一矩阵位置。其中，若感测信号是等于第一信号线所传输的扫描信号时，该导通的按键开关是属于基本交越点；而若感测信号是经该调制电路所调制后的扫描信号时，则该导通的按键开关是属于延伸交越点。

借此，本发明所能达到的功效在于，让按键矩阵电路得以利用较少的列信号线及行信号线来实现设计时所需的按键数量。而在有效降低列信号线及行信号线的总数的情况下，键盘控制器相对所需的控制脚位也就可以减少。如此一来，不仅可以达到降低键盘控制器的成本，更是可以让键盘控制器在所占用的面积上获得改善，以降低占用的空间，进而在应用上更为灵活。

以上的概述与接下来的详细说明及附图，都是为了能进一步说明本发明为实现预定目的所采取的方式、手段及功效。而有关本发明的其他目的及优点，将在后续的说明及附图中加以阐述。

附图说明

图1为本发明键盘扫描装置的实施例电路示意图；

图2为本发明行行信号线所传输的扫描信号的波形比对示意图；

图3A及图3B为本发明按键矩阵电路中的调制电路的实施例电路示意图；及

图4为本发明用来扫描按键矩阵电路的扫描方法的实施例流程图。

上述附图中的附图标记说明如下：

1键盘扫描装置

10按键矩阵电路

101调制电路

11键盘控制器

C1电容

Col1，Col2，Col3列信号线

D二极管

P1基本交越点

P2延伸交越点

R，R1电阻

Row1，Row2，Row3行信号线

S按键开关

S401至S413流程图步骤说明

具体实施方式

本发明是通过按键矩阵电路的改良，将按键矩阵电路的列信号线及行信号线进行共用，让原本的每一条列信号线对每一条行信号线不单只是形成一个交越点，而是得以延伸来形成多个交越点。并且针对所延伸出来的交越点再搭配一调制电路，以让键盘控制器在进行扫描作业时，得以顺利区分出按键矩阵电路中每一条列信号线对每一条行信号线所交越形成的所有交越点。借此，让键盘控制器得以利用较少的控制脚位来控制按键矩阵电路。

由于按键矩阵电路的矩阵大小是取决于键盘实际设计时所需的按键数量，而为了方便说明起见，在以下所揭示的实施例中，便是举例以三条行信号线及三条列信号线的设计方式来进行说明本发明并非仅是形成3×3的矩阵(控制9个按键)。但是在实际设计上并非以此为限，在此先予以叙明。

请参考图1，为本发明键盘扫描装置的实施例电路示意图。本实施例是提供一种键盘扫描装置1，其包括：一按键矩阵电路10及一键盘控制器11。

针对按键矩阵电路10的电路架构来看，其包含：多条第一信号线(三条行信号线，Row1、Row2及Row3)、多条第二信号线(三条列信号线，Col1、Col2及Col3)、多个按键开关S及一调制电路101。

其中，列信号线Col1、Col2及Col3是分别与行信号线Row1、Row2及Row3交越形成一基本交越点P1，并且分别再通过一延伸线路的设计而与行信号线Row1、Row2及Row3交越形成一延伸交越点P2。而按键开关S是分别对应设于每一个基本交越点P1及每一个延伸交越点P2，用来作为行信号线Row1、Row2及Row3及列信号线Col1、Col2及Col3之间的导通开关。借此，在任一按键开关S导通时，让该按键开关S两端分别所对应电性连接的行信号线Row1、Row2或Row3及列信号线Col1、Col2或Col3得以形成相互电性连接。

而在上述的架构下，基本交越点P1所代表的行信号线Row1、Row2及Row3和列信号线Col1、Col2及Col3的交越关系，会与延伸交越点P2所代表的行信号线Row1、Row2及Row3和列信号线Col1、Col2及Col3的交越关系产生重叠的情况，因此进一步设计调制电路101来电性连接于每一延伸交越点P2，以进行信号调制而产生区隔。

键盘控制器11是电性连接行信号线Row1、Row2及Row3及列信号线Col1、Col2及Col3。并且键盘控制器11是依据一间隔频率来产生一扫描信号，以依序提供给行信号线Row1、Row2及Row3。而关于所谓的依序提供，更具体来讲指的就是键盘控制器11会依据间隔频率所形成一时间差来将扫描信号分时提供给行信号线Row1、Row2及Row3，也就是例如依序先提供给行信号线Row1，再提供给行信号线Row2，最后再提供给行信号线Row3，以同时仅让一条行信号线Row1、Row2或Row3来传输扫描信号，以进行扫描。

此外，在运行设计上，键盘控制器11会持续进行解码列信号线Coll、Col2及Col3所回传的一感测信号，用以判断是否有任一按键开关S形成导通，并且当有任一按键开关S导通时，加以辨识该导通的按键开关S实际所在的一矩阵位置。

更具体说明的是，由于在架构上，所有的按键开关S是分别对应设于所有的基本交越点P1及延伸交越点P2。因此，假设目前键盘控制器11解码列信号线Col1、Col2及Col3所回传的感测信号的结果是等于行信号线Row1、Row2及Row3原本传输的扫描信号的话，则可判断出目前所导通的按键开关S是设于基本交越点P1；另外，假设目前键盘控制器11解码列信号线Col1、Col2及Col3所回传的感测信号的结果是经调制电路101所调制后的扫描信号时，则可判断出目前所导通的按键开关S是设于延伸交越点P2。

对此，可再一并参考图2，为本发明行行信号线所传输的扫描信号的波形比对示意图。其中，图2所示的扫描信号是例如以一电压波形信号来进行说明，由波形比对的情况可以看出，当目前所导通的按键开关S是设于基本交越点P1时，列信号线Col1所回传的感测信号是等于原本行信号线Row1所传输的电压波形信号；而若目前所导通的按键开关S是设于延伸交越点P2时，则列信号线Col1所回传的感测信号是经由调制电路101所调制后的电压波形信号，如此以让键盘控制器11在判断上得以顺利产生区隔。

承上所述，在判断出目前所导通的按键开关S是属于基本交越点P1或是延伸交越点P2之后，由于键盘控制器11原本就已经是可以通过间隔频率来得知电压波形信号是由哪一行信号线Row1、Row2或Row3所传输，并且感测信号是自哪一列信号线Col1、Col2或Col3所接收，因此便可顺利辨识出该导通的按键开关S的矩阵位置。于是，键盘控制器11也就可以进一步依据该导通的按键开关S的矩阵位置来输出一对应的键盘功能信号。

补充说明的是，在本实施例中，列信号线Col1、Col2及Col3的一端是电性连接于键盘控制器11，并且另一端则是进一步通过一电阻R来接地，如此以架构成一拉低电位(Pull-Low)的设计。而基于此一架构的设计，键盘控制器11所设计产生的电压波形信号将会是以高电位波形来代表有效信号。换句话说，当键盘控制器11解码列信号线Col1、Col2及Col3所回传的感测信号的结果是属于接地的低电位信号(恒为低电位波形)时，便可以判断出目前是没有任何按键开关S形成导通。

此外，按键矩阵电路10除了本实施例的设计之外，也可以采用拉高电位(Pull-High)的方式来设计，以让列信号线Col1、Col2及Col3的一端是电性连接于键盘控制器11，并且另一端则是进一步通过一电阻来连接于一电压源。如此一来，键盘控制器11所设计产生的电压波形信号则将会是以低电位波形来代表有效信号。于是，当键盘控制器11解码列信号线Col1、Col2及Col3所回传的感测信号的结果是属于电压源的高电位信号(恒为高电位波形)时，同样可以判断出目前是没有任何按键开关S形成导通。

当然，用来判断按键开关S导通前后的信号差异的电路设计方式并非仅局限于上述两种方式，所属技术领域普通技术人员所能轻易改变的电路设计方式都是属于本发明所保护的范围。

最后，在按键矩阵电路10中，针对每一按键开关S可例如是进一步串接一二极管D，以用来进一步限制电压波形信号在按键开关S导通时是由行信号线Row1、Row2或Row3传输至列信号线Col1、Col2或Col3，并且避免在运行时发生干扰或冲突的情形。

请基于图1的实施例来进一步参考图3A及图3B，为本发明按键矩阵电路中的调制电路的实施例电路示意图。如图3A及图3B所示，调制电路101是可例如包含一电容C1及一电阻R1，当设在任一延伸交越点P2的按键开关S导通时，可以实际依据电容C1的电容值及电阻R1的电阻值来对行信号线Row1、Row2及Row3所传输的扫描信号进行调制。

此外，图3A是进一步用来等效说明同一列信号线Col1交越于不同行信号线Row1、Row2或Row3时，调制电路101的电路共接方式；而图3B则是用来等效说明不同列信号线Col1、Col2或Col3交越于同一行信号线Row1时，调制电路101的电路共接方式。以此类推，结合图3A及图3B的等效电路连接方式，使得本实施例的按键矩阵电路10中的所有延伸交越点P2所电性连接的调制电路101是可以通过在电路板上的电路布线设计而共同电性连接于同一个调制电路101，以节省成本。

当然，在不考虑成本的情况下，不同延伸交越点P2则可以是单独电性连接各自的调制电路101，并分别通过不同的电容C1及电阻R1的搭配来产生不同的调制内容。在此并非为本发明所限制。

而值得一提的是，在上述实施例中，列信号线Col1、Col2及Col3是单纯分别与行信号线Row1、Row2及Row3交越形成一延伸交越点P2(假设图1中的所有延伸交越点P2是形成为一组延伸交越点组)。而若为了让实际键盘能支持更多按键的话，在设计上，列信号线Col1、Col2及Col3还可再进一步进行延伸，以分别再与列信号信Row1、Row2及Row3交越形成更多组延伸交越点组(图未示)。

而针对不同组延伸交越点组所搭配的调制电路101则就必须是不同调制内容的调制电路101，以让键盘控制器11得以顺利区隔不同延伸交越点组中的延伸交越点。

承上所述，通过本发明的设计，让本实施例原本三条行信号线Row1、Row2及Row3及三条列信号线Col1、Col2及Col3不单是形成3×3的矩阵(控制9个按键)，更是可以控制18个按键(一组延伸交越点组)、27个按键(两组延伸交越点组)、36个按键(三组延伸交越点组)，以此类推。

为了更清楚地说明有关按键矩阵电路10的实际运行情形，请基于图1实施例中所揭示的按键矩阵电路10的架构来参考图4，为本发明用来扫描按键矩阵电路的扫描方法的实施例流程图。如图4所示，本实施例提供一种扫描方法，其步骤包括：首先，进行一扫描作业(S401)，以依据一间隔频率来产生一扫描信号，并且将扫描信号依序提供给行信号线Row1、Row2及Row3(S403)。

接着，解码列信号线Col1、Col2及Col3分别所回传的一感测信号(S405)，以进一步判断是否有至少一按键开关S形成导通(S407)。若步骤(S407)的判断结果为是，则表示列信号线Col1、Col2及Col3所回传的感测信号并非为接地的低电位信号。并且依据解码感测信号的结果，若感测信号是等于原本行信号线Row1、Row2或Row3所传输的扫描信号时，则导通的按键开关S是属于基本交越点P1；而若感测信号是经调制电路101所调制后的扫描信号时，则导通的按键开关S属于延伸交越点P2。因此，得以辨识出导通的按键开关S所在的一矩阵位置，以进行输出一对应的键盘功能信号(S409)。另一方面，若步骤(S407)的判断结果为否，也就是没有任何按键开关S导通时，则是表示列信号线Col1、Col2及Col3所回传的感测信号是接地的低电位信号。

接下来，由于扫描信号是依序提供给行信号线Row1、Row2及Row3，而在完成一次依序将扫描信号提供给行信号线Row1、Row2及Row3的动作即称之为一扫描周期。因此，在步骤(S409)完成之后或者步骤(S407)的判断结果为否时，便进行判断是否完成一扫描周期(S411)。

若步骤(S411)的判断结果否，则表示目前扫描信号尚未依序完全提供给行信号线Row1、Row2及Row3，而还没完成一次扫描周期。因此，便重复执行步骤(S403)及其尔后的步骤，直到步骤(S411)的判断结果为是时，则完成扫描作业(S413)。

而由于按键矩阵电路10所应用的键盘是随时提供给使用者进行输入信息，因此在步骤(S413)完成一次扫描周期的扫描作业之后，则是重复执行步骤(S401)及其尔后的步骤，以不断地进行扫描作业。借此，以完成本实施例按键矩阵电路的控制方法的实际运行流程。

综上所述，本发明让按键矩阵电路得以利用较少的列信号线及行信号线来实现设计时所需的按键数量。而在有效降低列信号线及行信号线的总数的情况下，键盘控制器相对所需的控制脚位也就可以减少，亦或让键盘控制器在固定的脚位数量下能提供较多的通用型输入输出脚位(GPIO)以供其他控制使用。此外，在应用上，当按键矩阵电路与键盘控制器是分别设计在不同电路板时，其间是需通过软性电路板或者排线来进行连接，而通过本发明的设计，让键盘控制器控制按键矩阵电路的控制脚位得以减少，使得软性电路板或排线的设计就可以更加灵活，并且在键盘控制器所占用的面积上也可以同时获得改善，而有效减轻电路板布线时的困扰。

以上所述，仅为本发明的具体实施例的详细说明及附图而已，并非用以限制本发明，本发明的所有范围应以所附的权利要求为准，任何本领域技术人员在本发明的领域内，可轻易思及的变化或修饰都可涵盖在所附本发明所界定的专利范围。

Claims (15)

1.一种键盘扫描装置，其特征在于，包括：

一按键矩阵电路，进一步包含：

多条第一信号线；

多条第二信号线，分别与每一所述第一信号线交越形成一基本交越点，并且分别通过一延伸线路而与每一所述第一信号线交越形成至少一延伸交越点；

多个按键开关，分别设于每一所述基本交越点及每一所述延伸交越点，用来作为每一所述第一信号线及每一所述第二信号线之间的导通开关；及

一调制电路，电性连接于每一所述延伸交越点，其中所述调制电路包含一电容及一电阻；以及

一键盘控制器，产生一扫描信号依序来提供给每一所述第一信号线，并且解码每一所述第二信号线分别所回传的一感测信号，当设于任一所述延伸交越点的所述按键开关导通时，所述调制电路进行调制所述扫描信号，以辨识出所述按键开关导通时所在的一矩阵位置。

2.如权利要求1所述的键盘扫描装置，其特征在于，所述的键盘控制器依据一间隔频率来产生该扫描信号，以依序提供给每一所述第一信号线。

3.如权利要求1所述的键盘扫描装置，其特征在于，每一所述第二信号线的一端电性连接该键盘控制器，而每一所述第二信号线的另一端接地。

4.如权利要求3所述的键盘扫描装置，其特征在于，所述的感测信号等于该第一信号线所传输由所述键盘控制器所产生的所述扫描信号、该调制电路进行调制后的所述扫描信号或者该接地的低电位信号。

5.如权利要求1所述的键盘扫描装置，其特征在于，每一所述第二信号线的一端电性连接该键盘控制器，而每一所述第二信号线的另一端电性连接一电压源。

6.如权利要求5所述的键盘扫描装置，其特征在于，所述的感测信号等于该第一信号线所传输的由所述键盘控制器所产生的所述扫描信号、该调制电路进行调制后的所述扫描信号或者该电压源的高电位信号。

7.如权利要求1所述的键盘扫描装置，其特征在于，所述的扫描信号为一电压波形信号。

8.如权利要求1所述的键盘扫描装置，其特征在于，所述的键盘控制器进一步依据所述按键开关导通时所在的该矩阵位置来输出一对应的键盘功能信号。

9.如权利要求1所述的键盘扫描装置，其特征在于，所述按键开关分别进一步串接一二极管。

10.一种按键矩阵电路，其特征在于，包括：

多条第一信号线；

多条第二信号线，分别与每一所述第一信号线交越形成一基本交越点，并且分别通过一延伸线路而与每一所述第一信号线交越形成至少一延伸交越点；

多个按键开关，分别设于每一所述基本交越点及每一所述延伸交越点，用来作为每一所述第一信号线及每一所述第二信号线之间的导通开关；及

一调制电路，电性连接于每一所述延伸交越点，其中所述调制电路包含一电容及一电阻，并且当设于任一所述延伸交越点的所述按键开关导通时，进行调制一扫描信号。

11.一种扫描方法，其特征在于，用以扫描如权利要求10所述的按键矩阵电路，其步骤包括：

产生该扫描信号以提供给每一所述第一信号线；及

解码每一所述第二信号线分别所回传的一感测信号，以当有至少一所述按键开关形成导通时，辨识出所述按键开关导通时所在的一矩阵位置；

其中，若该感测信号等于每一该第一信号线所传输的该扫描信号时，形成导通的所述按键开关属于该基本交越点；而若该感测信号经该调制电路所调制后的该扫描信号时，形成导通的所述按键开关属于该延伸交越点。

12.如权利要求11所述的扫描方法，其特征在于，若该感测信号为一接地的低电位信号或一电压源的高电位信号时，则无任何所述按键开关导通。

13.如权利要求11所述的扫描方法，其特征在于，进一步包含完成一扫描作业，以在一扫描周期内依据一间隔频率来将该扫描信号依序提供给每一所述第一信号线。

14.如权利要求11所述的扫描方法，其特征在于，所述的扫描信号为一电压波形信号。

15.如权利要求11所述的扫描方法，其特征在于，在辨识出所述按键开关导通时所在的矩阵位置之后，进一步输出一对应的键盘功能信号。

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