CN102346556A

CN102346556A - 一种混合式按键模块

Info

Publication number: CN102346556A
Application number: CN2011103201121A
Authority: CN
Inventors: 陈家伶; 王满红
Original assignee: Huizhou Desay SV Automotive Co Ltd
Current assignee: Huizhou Desay SV Automotive Co Ltd
Priority date: 2011-10-20
Filing date: 2011-10-20
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2031-10-20
Also published as: CN102346556B

Abstract

本发明涉及一种按键设计方案，具体是提供一种混合式按键模块。该模块包括N个由串联电阻及与电阻连接的按键组成的触发按键组；触发按键组的各个按键连接端均连接一运放器件，且各个运放器件输出端连接在一起并连接至智能芯片的AD采样口；同时，第2～N个触发按键组的各按键的连接端还分别再连接一运算放大器组，各按键的连接端分别连接一运算放大器的反相输入端，各运算放大器同相输入端接地，输出端分别连接智能芯片的一I/O口。优选的，所述各运算放大器输出端均通过编码器连接智能芯片的I/O口。本发明所述按键模块占用主控芯片资源少，工作性能稳定，且易于扩展，为较多按键的电子产品的按键模块设计提供了很好的解决方案。

Description

一种混合式按键模块

技术领域

本发明涉及一种电子技术领域，具体涉及一种电子产品上的按键设计方法。

背景技术

按键作为人机交互的一个重要途径，是绝大部份电子产品的重要组成部分。根据不同的应用场合，按键的设计、数量都有不同的要求。目前，电子产品上的按键实现方式可分为以下三种类型：第一，用IO口驱动的矩阵式键盘；第二，用AD转换器实现的电阻分压式键盘也叫单线AD键盘；第三，模块式总线驱动键盘。这三种按键各有优点。如：IO口驱动的矩阵式键盘，电路设计简单，直接用MCU里的代码驱动。AD电阻分压式键盘，能在一根线上设计多个按键，有效地减少硬件资源的消耗。总线式键盘，一般用于按键数量较多的场合，对主MCU不管是软件上或是硬件上的资源都是极少的消耗。

电子产品发展至今，已逐渐趋于智能化、多功能化，为了使用户更方便地使用产品功能，往往也要求产品中设计更多的按键。随着电子产品中按键数量的增多，传统的设计存在的缺陷也逐渐暴露。如矩阵式键盘会占用过多的IO口。单线AD键盘，其原理是令不同的按键产生的电阻阻值不一样，其分配到的电压也不一样，MCU通过电压值来识别不同的按键。电压值是个模拟量，理论上可以无限细分，但AD转换是有风险的。在单个样品设计中，理论上一个AD转换通道上能设计20个按键。但在大规模生产中由于器件或工艺存在偏差，以及干扰的存在，AD转化结果也会有一定的浮动范围。为了容纳这个浮动范围，避免“串键”现象，每个通道上最多只能设计6到7个按键。如果光是通过增加AD通道的方式来增加按键数量也是可以做到的，但却带来别的问题。其一，AD通道本身就是一个很宝贵的资源；其二，AD转换需要一定的时间，根据AD转换器的类型，机器周期长短，以及转换精度不一样等，从几十到一百多个微秒不等。AD通道不可能无限制增多，这个时间消耗会影响系统的实时性，特别对于通讯较多的大型系统，没有足够的时间裕度，稍有不慎可能会引起内存崩溃或者掉进通讯协议规则陷阱等问题。模块化总线式键盘,这种设计似乎解决了我们所有的顾虑，但其设计需要增加单独的处理IC，成本较高；同时为保证按键的实时性，往往需要高频访问其占用的总线，对总线信道容量占用较多。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于按键数量较多但成本相对较低的一种混合式按键模块设计方案。

为解决上述技术问题，本发明提供一种混合式按键模块，该模块包括：

若干电阻，所述电阻串联于VDD电压与地之间；

若干按键，各个按键具有两端，一端分别连接于上述串联电阻的各个连接点，另一端连接在一起，与所述串联电阻组成触发按键组；及，

一运放器件，所述按键另一端连接在一起并与运放器件的同相输入端连接，运放器件输出端连接智能芯片的AD采样口。

针对上述基本方案，本发明还提供一种扩展方案：

一种混合式按键模块，包括N个由串联电阻及与电阻连接的按键组成的触发按键组；所述触发按键组的各个按键连接端均连接一运放器件，按键连接端连接运放器件的同相输入端，且各个运放器件输出端连接在一起并连接至智能芯片的AD采样口；同时，第2～N个触发按键组的各按键的连接端还分别再连接一运算放大器组，各按键的连接端分别连接一运算放大器的反相输入端，各运算放大器同相输入端接地，输出端分别连接智能芯片的一I/O口。

当然，第一触发按键组各按键的连接端也可连接一运算放大器，各按键的连接端连接该运算放大器的反相输入端，该运算放大器同相输入端接地，输出端连接智能芯片的一I/O口。

优选的，所述各运算放大器输出端均通过编码器连接智能芯片的I/O口。

本发明所述按键模块占用主控芯片资源少，工作性能稳定，且易于扩展，为较多按键的电子产品的按键模块设计提供了很好的解决方案。

与现有技术相比，本发明的有益效果具体在于：

（1）本发明在各按键组的输出端增加运放连接成的跟随器，增强按键电压的驱动电流，有效避免因串阻过大造成电压信号过于微弱而易受干扰的问题，保证了按键触发信号对智能芯片IO口MOS管的驱动能力及反应速度，优化瞬态曲线，提高代码高频访问时的有效性，稳定性；

（2）利用运放（跟随器）对电压信号是单向传递性，扩展按键组数量，并增加一旁路信号处理后连接智能芯片IO口，确保信号采集的可靠与稳定。

附图说明

图1所述按键模块第一实施例电路原理示意图；

图2所述按键模块第二实施例电路原理示意图；

图3所述按键模块第三实施例电路原理示意图；

图4所述按键模块第四实施例电路原理示意图；

图5所述按键模块第五实施例电路原理示意图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员理解，下面将结合附图以及实施例对本发明进行进一步详细描述。

如图1，为本发明所述按键模块第一实施例电路原理图。该实施例中，所述的混合式按键模块包括串联于VDD电压与地之间的电阻R1～R6、按键Key1～Key5及跟随器U0。按键Key1～Key5一端分别连接于串联电阻R1～R6的各个连接点，另一端连接在一起并与跟随器的同相输入端连接，跟随器输出端连接智能芯片的AD采样口。跟随器输出端还连接有滤波电容CL及限流电阻RL。

该实施例是在现有的AD单线式键盘设计基础上增加运算放大器。图中所有电阻串联，起分压作用，每个按键按下时会得到不同的电压作为运放的输入。运放设计成1比1的电压跟随器形式，运放的输出电压即是按键所对应的电压，运放的输出V0作为MCU的AD转换通道的输入。MCU获得AD通道上的电压值后，只需查找软件预先定义好的键值电压对应表即可得出具体按键值。跟随器的作用是增强按键电压的驱动电流，避免因串阻过大造成电压信号过于微弱易受干扰，保证信号对IO口MOS管的驱动能力及反应速度，优化瞬态曲线，提高代码高频访问时的有效性，稳定性。

如图2，为本发明所述按键模块第二实施例电路原理图。该按键模块设计是对图1所示实施例的一种扩展设计。该按键模块中包括两个由串联电阻及与电阻连接的按键组成的触发按键组，即电阻R1～R6及按键Key1～Key5组成的第一触发按键组及电阻R7～R12及按键Key6～Key10组成的第二触发按键组。第一触发按键组的各个按键连接端连接运放器件组成的跟随器U0同相输入端，第二触发按键组的各个按键连接端连接运放器件组成的跟随器U1同相输入端. 跟随器U0 和U1反相输入端均与各自的输出端连接，且U0 和U1输出端的连接在一起并连接至智能芯片的一个AD采样口。第二触发按键组的各个按键连接端还连接运放U1’的反相输入端, 运放U1’同相输入端接地,输出端连接智能芯片的一个I/O口。

图2实施例中为了区分不同串的按键信号，增加的串按键信号分两路传递，一路经运放到AD通道，另引一旁路信号经另一运放连接IO口。这样第一按键组的按键按下时只有电压信号，第二按键组的按键按下时除了电压信号外，还有IO口信号变化。该实施例中，要合理配置电阻R13、R14的阻值，保证每一个按键按下时都能出来一个标准的IO信号。软件上处理时，应先读取AD值，再读取IO口状态，因为IO的状态反应比AD通道的要快。AD值读取成功后，IO口状态必然已经稳定，可以有效消除信号的竞争与冒险。

图2实施例直接利用智能芯片的IO口对AD进行复用，仅用一个IO口就达到了两个AD通道的效果，如果原来一个AD通道上设计5个按键，那么就变成了5X2＝10个按键。同理，只要再增加IO口，可以继续对按键数量成倍拓展。图3所示实施例中，仅用1个AD通道及2个IO口，按键数量变成了5X3＝15个。其连接方式如图，工作原理与图2所示相同，在此不再赘述。

图4为所述按键模块第四实施例电路原理示意图。该实施例中，加入了编码器，以期在按键组数量逐渐增加的情况下，尽量节约智能芯片的IO口资源。

该实施例中包括四组触发按键组。每个触发按键组的各个按键连接端均连接一运放器件组成的跟随器即U0 ～U3，各组按键的连接端分别连接跟随器U0 ～U3同相输入端，且跟随器U0 ～U3的输出端连接在一起并连接至智能芯片的AD采样口；同时，每个触发按键组的各按键的连接端还分别连接一运放器件组成的放大器U0’～U3’，各按键的连接端分别连接放大器U0’～U3’的反相输入端，放大器U0’～U3’同相输入端接地，输出端分别连接8线输入、3线输出的编码器74LS348。四串按键旁路信号作为74LS348的低四位输入，74LS348的输出低二位接MCU的两个IO口GPIO_0、GPIO_1。这样，同样是只用1个AD通道，2个IO口，按键数量变成了5X4＝20个。

同理，如图5所示，如果再增加一个IO口，按键数量变成了5X8＝40个。假设IO口数量是4，则编码器可以用16线输入、4线输出的编码器，那按键数量就变成了5X16＝80个。与方案一的加倍不一样，方案二是每增加一个IO口，按键数量都会“翻倍”。

上述各个实施例中，与智能芯片AD采样口连接的运放器件均连接成了跟随器形式，即运放器件的输出电压与同相输入端的输入电压是一样的。当然，该处运放器件可根据具体情况连接成放大器等其它形式，只要保证智能芯片的AD采样口能够对按键信号进行有效采样即可。同样，与智能芯片的IO口连接的各运算放大器，也可根据电路的具体设计情况设计连接方式，并合理配置确定其放大倍数的电阻的阻值。

上述实施例为本发明实现的优选方案，并非限定性穷举，在相同构思下本发明还可以有其他变换形式，需要说明的是，在不脱离本发明构思前提下，任何显而易见的替换和微小变化均在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种混合式按键模块，

包括若干电阻，所述电阻串联于VDD电压与地之间，

若干按键，各个按键具有两端，一端分别连接于上述串联电阻的各个连接点，另一端连接在一起，与所述串联电阻组成触发按键组；其特征在于，还包括一运放器件，所述按键另一端连接在一起并与运放器件的同相输入端连接，运放器件输出端连接智能芯片的AD采样口。

2.一种混合式按键模块，包括N个如权利要求1所述的触发按键组，其特征在于：所述触发按键组的各个按键连接端均连接一运放器件，各按键连接端分别连接运放器件的同相输入端，且各个运放器件输出端连接在一起并连接至智能芯片的AD采样口；同时，

第2～N个触发按键组的各按键的连接端还分别连接另一组运算放大器，各按键的连接端分别连接一运算放大器的反相输入端，各运算放大器同相输入端均接地，输出端分别连接智能芯片的一I/O口。

3.根据权利要求2所述的混合式按键模块，其特征在于：第一触发按键组各按键的连接端也连接一运算放大器，各按键的连接端连接该运算放大器的反相输入端，该运算放大器同相输入端接地，输出端连接智能芯片的一I/O口。

4.根据权利要求2或3所述的混合式按键模块，其特征在于：所述各运算放大器输出端均通过编码器连接智能芯片的I/O口。