CN103248370A - 按键设置方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种按键设置方法，用于设置模数转换器键盘的多个按键。该方法包括：根据对应于该按键的多个电压变化范围，利用一个处理单元确定分别对应于所述多个按键的多个分压；以及至少根据该分压计算一个分压模型的多个电阻值，该分压模型具有分别对应于该按键的分压设置。本发明的ADC按键的设置方法中，处理单元设置按键按下时的相应的电压变化范围，使得每个电压变化范围与其他按键的电压变化范围不重叠。因此，ADC可以将不同的模拟电压信号转换为不同的数字输出信号。如此，处理单元能够通过检测该数字输出信号正确识别哪个按键被按下。

Description

按键设置方法

技术领域

本发明涉及模数转换器(Analog-to-Digital Converter，下称ADC)按键，尤其涉及该ADC按键的设置方法。

背景技术

一般情况下，由于噪音或电源违章(violation)可能会导致每个模拟输入信号显著变化，使得现有的ADC按键不能从其他多个信号中正确识别出一个产生在按键的输出端口的模拟输入信号。因此，现有的ADC通过转换原本对应于不同的数字输出的两个不同的模拟输入信号而产生相同的数字输出信号，这将导致后期的硬件或软件元件无法正确识别哪个按键被按下。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种能够正确识别被按下的对应ADC按键的设置方法。

本发明的一实施例提供一种按键设置方法，用于设置模数转换器键盘的多个按键。该方法包括：根据对应于该按键的多个电压变化范围，利用一个处理单元确定分别对应于所述多个按键的多个分压；以及至少根据该分压计算一个分压模型的多个电阻值，该分压模型具有分别对应于该按键的分压设置。

本发明的ADC按键的设置方法中，处理单元设置按键按下时的相应的电压变化范围，使得每个电压变化范围与其他按键的电压变化范围不重叠。因此，ADC可以将不同的模拟电压信号转换为不同的数字输出信号。如此，处理单元能够通过检测该数字输出信号正确识别哪个按键被按下。

附图说明

图1是本发明一实施例的ADC按键的分压模型的电路示意图。

图2是设置图1的ADC键盘的多个按键的方法流程图。

图3是判定一个第二分压与对应于所选择的按键的第一分压之间的关系的示意图。

具体实施方式

在本说明书以及权利要求书当中使用了某些词汇来指代特定的元件。本领域的技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同样的元件。本说明书及权利要求并不以名称的差异作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”是一个开放式的用语，因此应解释成“包含但不限定于”。另外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述第一装置耦接第二装置，则代表第一装置可以直接电气连接于第二装置，或通过其它装置或连接手段间接地电气连接至第二装置。

请参考图1，其是本发明一实施例的模数转换器(Analog-to-DigitalConverter，下称ADC)按键的分压模型图。在本实施例中，该ADC按键包括八个键K1-K8，该八个键分别对应到图1所示的不同的开关单元SW1-SW8。当其中一个ADC按键被按下，相应的开关单元变成“闭合”，即该相应的开关单元从一个断开的状态进入到一个闭合的状态。例如，按下按键K1时，开关单元SW1被“闭合”。在本实施例中，假定每次只有一个按键被按下，且每次只有一个开关单元被闭合。然，可以理解，这并不是用于限制本发明。在其他实施例中，也可以同时按下两个或更多的按键。此外，ADC键盘上的按键数量也并不意味着限制本发明的范围，按键的数量可大于或小于八个。如图1所示，该分压模型由开关单元SW1-SW8、多个电阻单元R1-R9、以及一个ADC 105组成。该电阻单元R1-R9相互串联。该开关单元SW1-SW8电连接到该电阻单元R1-R9。具有电平VCC的一个电源信号通过该节点N1提供到该分压模型，并耦接到电阻单元R9。一个接地电平或一个固定参考电压则通过节点N2被耦接到该分压模型，从而耦接到电阻单元R1。

该电阻单元R1-R9和开关单元SW1-SW8可在不同条件下形成不同的分压设置。不同的分压可以通过节点N3生成并输出到ADC 105。当某个特定按键被按下时，可建立分压模型的一个相应的分压设置。例如，按下按键K1时，开关单元SW1闭合，使得节点N3连接到耦合于地电平或固定参考电平的节点N2。如果节点N2耦合到地电平或固定参考电平且按键K1被按下，则耦接到节点N3的分压模型的输出信号变为零伏。

如图1所示，分压模型的输出信号(即模拟信号)提供给后级ADC 105。该ADC 105用于将模拟输入信号转换成数字输出信号，然后将该转换后的数字信号输出到一个后级处理单元110。所述由ADC 105产生的转换后的数字信号可由位元表示，且该处理单元110读取该位元信息。处理单元110通过检测该ADC 105输出的转换后的数字信号来识别哪个按键被按下，并可以由硬件电路元件、软件单元、软件包、或存储在存储器中的一个程序代码实现。

在理想情况下，当按下某个按键时，ADC 105的输入会产生相应的分压，而当另一个按键被按下时，会产生另一个不同的分压。然而，在实践中，每个分压会由于各种非理想因素而变化，且ADC 105的转换也可能会不理想。例如，电源违章、电源噪声、ADC偏移、以及ADC 105的非线性特性等，这些因素都将提高从对应于其他按键的分压中识别对应于一个特定按键的分压的难度。本实施例中，该处理单元110用于解决上述问题。为了确定哪个键被按下，处理单元110用于设置按键K1-K8按下时的相应的电压变化范围，使得每个电压变化范围与其他按键的电压变化范围不重叠。因此，ADC 105可以将不同的模拟电压信号转换为不同的数字输出信号。如此，处理单元110能够通过检测该数字输出信号正确识别哪个按键被按下。进一步考虑到电源信号的非理想特性，该处理单元110还用于基于ADC 105的非理想特性设置该电压变化范围。上述电压设计可视为一种电压校准，通过这种电压校准可正确识别哪个按键被按下。在本实施例中，在第一阶段，该处理单元110根据上述非理想因素执行以设置/确定多个分压电平和相关的电压变化范围。在第二阶段，该处理单元110根据上述设置/确定的电压电平和相关的电压变化范围，计算该电阻单元R1-R9的电阻。在第三阶段，该处理单元110用以调整电阻单元R1-R9的电阻，以及按照调整后的电阻单元R1-R9的电阻导出该分压电平及其相关的电压变化范围。最后，该处理单元110用于重新检查该分压电平以及相关的电压变化范围，如果检查结果成功，则调整后的电阻可用于实现图1所示的ADC键盘。否则，如果检查结果失败，那么该电阻将被再次调整或校准。

请参考图2，其是本发明一实施例的设置ADC键盘的多个按键的方法的流程图。在实现大致相同的结果的前提下，流程图的步骤不需要如图2所示的确切顺序，也不需要每个步骤连续执行。也就是说，其他步骤可穿插在中间。图2的步骤详列如下：

步骤202：开始。

步骤204：设置ADC 105的输入信号范围。

步骤206：从ADC键盘的按键K1-K8中选择一个按键。

步骤208：当选定的按键被按下时，在ADC 105的输入端确定一个初始分压。

步骤210：根据非理想因素和电压区域(voltage margin)，确定其他初始分压和该对应于选定按键的初始分压之间的关系。

步骤212：根据所确定的关系，计算其他的初始分压。

步骤214：根据所计算得到的分压和所确定的初始分压，导出电阻单元R1-R9的电阻。

步骤216：使用至少一个标称电阻更换/调整至少一个电阻单元R1-R9的电阻，以获得一组目标电阻。

步骤218：根据该目标电阻计算一组目标电压。

步骤220：检查该组目标电压和对应的电压变化范围；如果检查结果失败，进入步骤216，否则，进入步骤222。

步骤222：结束。

在步骤204中，该处理单元110用于根据电平为VCC的电源信号的电源违章、电源噪声、ADC偏移、以及ADC 105的线性输入信号范围等，设置ADC 105的输入信号范围内。举例来说，在理想情况下，电源信号提供一个稳定的电平VCC，如3.3伏特。然而，在实践中，电源违章可能会导致由电源信号提供的该稳定的电平VCC在110％和90％之间的范围内变化。此外，该电源噪声可能会施加范围在300mV和-300mV之间的电压变化到电平VCC上。然而，在实践中，该ADC 105的非线性特性可能会限制或减少ADC 105的可用输入范围。例如，该ADC 105的线性输入信号范围可能是在0.2伏和2.6伏之间，而不是3.3伏和0伏之间。因此，考虑到上述非理想因素，步骤202中的该处理单元110用于适当的设置ADC 105的输入信号范围。例如，在本实施例中，ADC 105的输入信号范围被设置在0.42伏和2.38伏之间。

在步骤206中，处理单元110用于选择按键K1，即第一个按键。可以理解，这并不是为了限制本发明。在另一个实施例中，处理单元110也可以选择按键K8，即最后一个按键。此外，处理单元110也可以选择除按键K1和K8的其他按键。

在步骤208中，当选定的按键被按下时，处理单元110用于根据图1的分压模型，在ADC 105的输入端确定一个第一分压。本实施例中，所选定的按键是K1，当按键K1被按下时，开关单元SW1闭合。因此，处理单元110可以判定该第一分压为零伏。在其他实施例中，该处理单元110可将第一分压设置为不为零伏的电平，例如，可设置为接近于零伏的电压。这也属于本发明的范围。

在步骤210中，处理单元110用于根据该非理想因素和电压区域，逐一确定其他分压和对应于选定的按键K1的该第一分压之间的关系。请参考图3，其是判定一个第二分压与对应于所选定的按键K1的第一分压之间的关系的操作示意图。本实施例中，由于所选择的按键是K1，该处理单元110可用于在按键K1按下时确定相应的电压变化范围。具体的，按键K1的电压变化范围可根据下列方程确定：

Vn1＝V1÷VCC×VR_1；方程(1)

其中，Vn1代表电压变化范围，V1代表该初始分压，VCC代表电源信号的理想电平，VR_1代表变化系数。方程(1)表示第一分压V1和该第一分压V1的电压变化范围Vn1之间的关系。也就是说，可至少根据与噪声变化有关的电压变化系数来确定电压变化范围Vn1。

在确定对应于按键K1的电压变化范围的方程后，该处理单元110用于确定对应于另一个按键(如按键K2)按下时的电压变化范围。上述电压变化范围可根据方程(2)解释：

Vn2＝V2÷VCC×VR_2  方程(2)

其中，Vn2代表电压变化范围，V2代表分压，VCC代表电源信号的理想电平，VR_2代表变化系数。方程(2)表示第二分压V2和第二分压V2的电压变化范围Vn2之间的关系。电压变化范围Vn2至少根据噪声变化确定。

处理单元110用于设置分压V1和V2之间的电压区域Vm，并进一步设置用于表示电阻单元R1-R9的不匹配的非线性因子NF。换句话说，电压变化范围Vn1和Vn2是根据分压模型的至少一个非线性因素来确定的。因此，处理单元110可以得到如下方程：

(Vn1÷2×NF)+(Vn2÷2×NF)+Vm＝V1-V2  方程(3)

因此，处理单元110可以根据方程(1)-(3)推导出分压V2的计算式：

$V2=\frac{(1-\frac{\mathrm{VR}\_1\×\mathrm{NF}}{2\×\mathrm{VCC}})\×V1-\mathrm{Vm}}{(1+\frac{\mathrm{VR}\_2\×\mathrm{NF}}{2\×\mathrm{VCC}})}$ 方程(4)

确定对应于按键K2按下时的分压V2的方程后，处理单元110用于分别获得其他对应于按下按键K3-K8时的分压V3-V8的方程。分压V3-V8的方程可以根据初始分压V1或按照分压V2来确定。可以理解，这也不是为了限制本发明。确定分压V2-V8的方程后，步骤210操作完成并进入步骤212。

在步骤212中，处理单元110用于根据上述步骤210确定的关系(即分压V2-V8的方程)来计算分压V2-V8。分压V2-V8的每个方程可以使用参数VCC、VR_1-VR_8、NF、Vm、以及V1表示。VCC是表示电源信号的电平的一个给定值，V1是一个预定的初始分压电平。因此，通过适当设置VR_1-VR_8、NF和Vm，该处理单元110可以导出分压V2-V8。此外，应该指出的是，步骤204-212是用于将分压V1-V8设定在ADC 105的线性输入范围内的。

计算完分压V2-V8之后，在步骤214中，该处理单元110用于根据已经计算出来的分压V2-V8和确定的初始分压V1，导出如图1所示的电阻单元R1-R9的电阻。根据图1的分压模型，当不同的按键被按下时，该处理单元110可以获取多个与电阻单元R1-R9的电阻相关的联立(simultaneous)方程(例如，不同分压点的电压与对应的电阻之间的关系式)。因此，该处理单元110可以通过解出该多个联立方程而推出电阻单元R1-R9的电阻。本实施例中，所导出的电阻视为候选电阻，该候选电阻被校准或调整以获得目标电阻。

由于某些计算出来的电阻可能不会基本等于标称电阻，优选的，需要使用至少一个标称电阻来调整所计算得到的电阻，来获得一组目标电阻，然后当不同的按键被按下时，计算出对应于该组目标电阻的目标电压，以防止实施过程中在ADC 105的输入端产生电压变化。在步骤216中，处理单元110用于将每个所计算得到的电阻与多个相应的标称电阻进行比较，以确定哪个标称电阻可以作为目标电阻。通过这种方式，处理单元110逐一确定所计算得到的电阻的对应标称电阻，从而获得一组目标电阻。应该指出的是，确定标称电阻的操作是用来确定一个近似于计算出的电阻值的标称电阻。然而，这并不是本发明的限制。

确定该组目标电阻后，在步骤218中，该处理单元110用于根据图1的分压模型以及确定的电阻单元R1-R9的目标电阻，计算出一组分别对应于按键K1-K8按下时的目标分压。计算出目标分压后，在步骤220中，该处理单元110用于检查该组目标分压和对应的电压变化范围。该处理单元110用于检查是否每个电压变化范围均不与其他的电压变化范围重叠。如果每个电压变化范围均不与其他的电压变化范围重叠，就表明可以正确检测到对应于按键按下时的分压且检查结果成功。当检查结果成功时，该电阻单元R1-R9的电阻的调整/校准过程完成，且该组目标电阻可用于实现ADC键盘的电阻单元R1-R9。否则，如果检查结果失败，电阻单元R1-R9的电阻被再次调整或者校准。

在上述实施例中，第一个被选定的按键是K1，该处理单元110在步骤210中使用对应按键K1的分压，以确定下一个按键K2。其中，分别对应于按键K1和K2的分压是相邻的电压。电压区域Vm被设置在电压变化范围Vn1和Vn2之间，以确保电压变化范围Vn1和Vn2其中一方与另一方不重叠。此外，该处理单元110用于利用电压区域内的电压值作为电压变化范围Vn1和Vn2之间的边界，即：第一个ADC按键K1的信号范围和第二个ADC按键K2的信号范围之间的边界。具体来说，该电压值可设在电压区域Vm的一个中间点。可以理解，所有这些修改均属于本发明的范围。此外，在其他实施例中，选定的第一个按键可以是除K1外的另一个按键，处理单元110可以不选择相邻按键，而选择K1-K8中的任何一个键作为下一个按键。此外，图1的电阻单元和开关单元的数量或设置只用于说明发明目的，并非作为本发明的限制。

本发明的ADC按键的设置方法中，处理单元设置按键K1-K8按下时的相应的电压变化范围，使得每个电压变化范围与其他按键的电压变化范围不重叠。因此，ADC 105可以将不同的模拟电压信号转换为不同的数字输出信号。如此，处理单元110能够通过检测该数字输出信号正确识别哪个按键被按下。进一步考虑到电源信号的非理想特性，该处理单元110还用于基于ADC 105的非理想特性设置该电压变化范围。上述电压设计可视为一种电压校准，通过这种电压校准可正确识别哪个按键被按下。

虽然本发明已以较佳实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中的技术人员，在不脱离本发明的范围内，可以做一些改动，因此本发明的保护范围应以权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种按键设置方法，用于设置模数转换器键盘的多个按键，该方法包括：

根据对应于该按键的多个电压变化范围，利用一个处理单元确定分别对应于所述多个按键的多个分压；以及

至少根据该分压计算一个分压模型的多个电阻值，该分压模型具有分别对应于该按键的分压设置。

2.如权利要求1所述的按键设置方法，其特征在于，所述确定多个分压的步骤包括：

将该多个分压设置在模数转换器的线性输入范围内。

3.如权利要求1所述的按键设置方法，其特征在于，所述确定多个分压的步骤包括：

确定一个第一分压；

确定所述第一分压和该第一分压的一个电压变化范围之间的第一关系；

确定一第二分压和该第二分压的一个电压变化范围之间的第二关系；以及

至少根据该第一关系和第二关系计算该第二分压。

4.如权利要求3所述的按键设置方法，其特征在于，所述确定第一关系的步骤包括：

根据该分压模型的第一噪音变化以及第一非线性因素中至少之一者，确定第一分压的电压变化范围；以及

所述确定第二关系的步骤包括：

根据该分压模型的第二噪音变化以及第二非线性因素中至少之一者，确定第二分压的电压变化范围。

5.如权利要求3所述的按键设置方法，其特征在于，所述确定多个分压的步骤进一步包括：

设置第一分压的电压变化范围和第二分压的电压变化范围之间的电压区域，该第一分压和第二分压是相邻的分压；以及

所述根据该第一关系和第二关系计算该第二分压的步骤包括：

根据该第一关系、第二关系和该电压区域计算所述第二分压。

6.如权利要求5所述的按键设置方法，其特征在于，根据方程：

$V2=\frac{(1-\frac{\mathrm{VR}\_1\×\mathrm{NF}}{2\×\mathrm{VCC}})\×V1-\mathrm{Vm}}{(1+\frac{\mathrm{VR}\_2\×\mathrm{NF}}{2\×\mathrm{VCC}})}$

计算所述第二分压，其中，V2表示第二分压，VR_1表示对应于第一按键的变化系数，VR_2表示对应于第二按键的变化系数，NF表示非线性因子，VCC是表示电源信号的电平的一个给定值，V1是一个预定的初始分压电平，Vm表示电压区域。

7.如权利要求5所述的按键设置方法，其特征在于，所述第一分压和第二分压分别对应于模数转换器的一第一按键和一第二按键，该设置方法进一步包括：

利用处于所述电压区域内的一个电压值，作为该第一按键的信号范围和该第二按键的信号范围之间的边界值。

8.如权利要求7所述的按键设置方法，其特征在于，该电压值处于该电压区域的中间点。

9.如权利要求1所述的按键设置方法，其特征在于，所述计算分压模型的多个电阻值的步骤包括：

至少根据对应于该按键的多个分压，计算分压模型的多个候选电阻值；以及

通过利用至少一个标称电阻值，产生多个目标电阻以作为该分压模型的电阻，从而替换至少一个所述候选电阻值。

10.如权利要求9所述的按键设置方法，进一步包括：

根据该分压模型的电阻值，计算分别对应于该按键的多个目标电压；以及

检查对应于每个按键的目标电压的信号范围是否均没有与对应于另一个按键的另外一个目标电压的信号范围重叠，如果每个信号范围均不与其他的信号范围重叠，则完成电阻的替换过程；如果检查结果失败，则多个候选电阻值被再次计算。

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