CN103354453A - 具有指示灯和按键端口复用的电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有指示灯和按键端口复用的电路及指示灯和按键端口的复用方法，所述电路包括I/O接口单元、指示灯显示单元、按键开关单元及电阻单元，按键开关单元为阶梯状按键阵列，按键连接在任意两个I/O接口之间，电阻单元串联在指示灯显示单元与按键开关单元之间，电阻单元为连接在每个I/O接口与按键之间的电阻；所述复用方法包括指示灯驱动步骤和按键扫描与检测步骤。在本发明的电路及方法中，其扫描端口和公共端口均可复用按键控制，并通过扫描端口和公共端口与阶梯状按键阵列相连，使电路可以扩展出最多的按键数；同时合理优化了I/O接口单元的I/O接口布置，提高了I/O接口复用控制的利用率，以较低的成本实现了按键的扩展。

Description

具有指示灯和按键端口复用的电路及方法

技术领域

本发明涉及指示灯和按键复用控制技术领域，尤其涉及一种具有指示灯和按键端口复用的电路及方法。

背景技术

在现有技术中，按键和指示灯可以使用有限个I/O接口复用在一起，通过分时控制指示灯和按键，达到独立工作互不干扰的目的，上述端口的复用方式普遍应用在各种小家电的控制面板上。但是，控制芯片的I/O接口数量有限，而指示灯和按键的数量却随着产品功能的要求在不断增长，这些都造成了芯片I/O接口资源的紧缺。若在上述的基础上还需扩展按键或指示灯，只能通过高成本增加芯片I/O接口的数量来实现。

例如现有技术中较成熟的一种电风扇控制系统，它包括了各种常见的控制功能，同时还集成了按键输入和指示灯输出控制等，一般是采用I/O接口复用的方式来合理利用芯片的I/O接口实现功能控制。假设它有12个指示灯需要驱动，同时还有6个按键，参照图1，在现有技术中一般采用9个I/O接口来实现上述指示灯和按键复用功能，在这9个I/O接口中一般需要3个I/O接口作为公共端口COM，4个I/O接口作为扫描端口SEG，还需要2个I/O接口作为单独的按键检测端口KEYIO。同时在每个公共端口COM与任意扫描端口SEG之间连接指示灯，并分别在4个扫描端口SEG和2个按键检测端口KEYIO上连接按键，按键的另一端通过电阻连接到固定电平V，图1中固定电平为地。其中，电阻用以维持指示灯两端电压差，使按键过程中对应公共端口和扫描端口之间存在有效压差，保证指示灯在按键过程中能正常显示。参照图2，该电路在工作过程中先对所有指示灯进行驱动控制，再进行按键扫描，以此实现多个指示灯和多个按键的控制端口复用。但是，上述技术方案如需再次扩展按键数目，往往需要增加额外的按键端口KEYIO，这样容易造成成本的增加，同时也会增加电路及PCB布板的复杂性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有指示灯和按键复用电路存在按键数量不易低成本扩展、I/O接口复用控制成效不高的上述问题，提供了一种I/O接口复用控制利用率高和实现按键数量低成本扩展的具有指示灯和按键端口复用的电路及指示灯和按键端口的复用方法。

为解决上述问题，本发明的技术方案是：

一种具有指示灯和按键端口复用的电路，包括I/O接口单元、指示灯显示单元、按键开关单元及用于保持指示灯两端电压差的电阻单元，I/O接口单元上设有多个用于驱动指示灯的I/O接口，I/O接口分为扫描端口和公共端口，指示灯显示单元上设有多个指示灯，按键开关单元上设有多个按键，指示灯连接在扫描端口和公共端口之间，所述指示灯显示单元为指示灯矩阵阵列，指示灯连接在公共端口与任意一个扫描端口之间，所述按键开关单元为阶梯状按键阵列，按键连接在任意两个I/O接口之间，所述电阻单元串联在指示灯显示单元与按键开关单元之间，电阻单元为连接在每个I/O接口与按键之间的电阻。

相比较于现有技术，本发明之具有指示灯和按键端口复用的电路，其扫描端口和公共端口均可复用按键控制，并通过扫描端口和公共端口与阶梯状按键阵列相连，使电路可以扩展出最多的按键数，实现多个功能控制；并在所有I/O接口之间增加了按键扫描控制，有效地利用了公共端口资源，合理优化了I/O接口单元的I/O接口布置，提高了I/O接口复用控制的利用率，以较低的成本实现了按键的扩展。

优选地，所述电阻单元中其中一个电阻的阻值为零。在保证任意按键按下时，两个按键之间的端口都至少有一个电阻来隔离，设置其中一个电阻为零，这样也节省了一个电阻，进一步优化了电路。配备电阻单元内合理的电阻值，用以维持与该电阻相连的指示灯两端电压差，使按键过程中对应公共端口和扫描端口之间存在有效压差，保证指示灯在按键过程中能正常显示。

优选地，所述按键开关单元还包括单排的按键阵列，按键一端与I/O接口相连，按键另一端连接有固定电平，单排的按键阵列顺次与阶梯状按键阵列相连。单排的按键阵列与阶梯状按键阵列的同时使用，可以在扫描端口和公共端口同时复用控制按键，最大程度的扩展了复用电路的按键数量，有利于产品控制功能上的低成本拓展。

优选地，所述扫描端口为3个，公共端口为4个，任意两个I/O接口之间均连接有按键。

优选地，所述扫描端口为3个，公共端口为4个，按键开关单元还包括连接在每个I/O接口与固定电平之间的按键。

本发明的另一种技术方案是：

一种指示灯和按键端口的复用方法，所述复用方法的实现基于具有指示灯和按键端口复用的电路，包括如下步骤：

a）指示灯驱动步骤：配置任意一个与指示灯相连的公共端口处于输出第一电平状态，其它I/O接口处于输出第二电平状态，第一电平与第二电平逻辑反向，与该公共端口相连的指示灯的扫描端口若处于输出第二电平状态，则该指示灯亮，否则指示灯不亮，依次配置所有与指示灯相连的公共端口，扫描所有指示灯；

b）按键扫描与检测步骤：配置所有扫描端口和公共端口处于弱驱动输出第二电平状态，所有指示灯均熄灭；配置任意一个与按键相连的I/O接口处于输出第一电平状态，其它与按键相连的I/O接口处于弱驱动输出第二电平状态，若从任意I/O接口检测到电平跳变，则表示连接在处于输出第一电平状态的I/O接口与电平跳变的I/O接口之间的按键被按下，并输出按键值；

c）若所有按键均被扫描到，根据扫描周期返回步骤a，否则返回步骤b继续扫描。

相比较于现有技术，本发明的指示灯和按键端口的复用方法有效地利用了公共端口扩展出最多的按键数，通过分时复用阶梯状按键阵列控制和指示灯控制，合理的优化了I/O接口单元的I/O接口布置及扫描过程，提高了I/O接口复用控制的利用率，同时保证了指示灯扫描与按键扫描检测的准确性和灵敏度，并以较低的成本实现了按键的扩展。

本发明的再一种技术方案是：

一种指示灯和按键端口的复用方法，所述复用方法的实现基于同时设有单排的按键阵列和阶梯状按键阵列、具有指示灯和按键端口复用的电路，包括如下步骤：

a）指示灯驱动步骤：配置任意一个与指示灯相连的公共端口处于输出第一电平状态，其它I/O接口处于输出第二电平状态，第一电平与第二电平逻辑反向，与该公共端口相连的指示灯的扫描端口若处于输出第二电平状态，则该指示灯亮，否则指示灯不亮，依次配置所有与指示灯相连的公共端口，扫描所有指示灯；

b）按键扫描与检测步骤：配置所有与按键相连的扫描端口和公共端口处于弱驱动输出第二电平状态，所有指示灯均熄灭；依次进入步骤b1、步骤b2或步骤b2、步骤b1；

b1）配置所有与按键相连的I/O接口处于弱驱动输出第二电平状态，若从任意I/O接口检测到电平跳变，则表示连接在该I/O接口与固定电平之间的按键被按下，并输出按键值；

b2）配置任意一个与按键相连的I/O接口处于输出第一电平状态，其它与按键相连的I/O接口处于弱驱动输出第二电平状态，若从任意I/O接口检测到电平跳变，则表示连接在处于输出第一电平状态的I/O接口与电平跳变的I/O接口之间的按键被按下，并输出按键值；

c）若所有按键均被扫描到，根据扫描周期返回步骤a，否则返回步骤b继续扫描。

相比较于现有技术，本发明的指示灯和按键端口的复用方法有效地利用了公共端口扩展出最多的按键数，通过分时复用单排按键阵列控制、阶梯状按键阵列控制和指示灯控制，合理的优化了I/O接口单元的I/O接口布置及扫描过程，提高了I/O接口复用控制的利用率，同时保证了指示灯扫描与按键扫描检测的准确性和灵敏度，并以较低的成本实现了按键的扩展。

附图说明

图1是现有技术中指示灯和按键复用电路的电路原理图。

图2是现有技术中指示灯和按键复用电路的工作流程图。

图3是本发明具有指示灯和按键端口复用的电路实施例1的电路原理图。

图4是本发明指示灯和按键端口的复用方法的工作流程图。

图5是本发明具有指示灯和按键端口复用的电路实施例1中7个I/O接口实现方式的电路原理图。

图6是本发明具有指示灯和按键端口复用的电路实施例2中7个I/O接口实现方式的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步详细说明本发明，但本发明的保护范围并不限于此。

实施例1：

参照图3，本实施例的具有指示灯和按键端口复用的电路包括I/O接口单元001、指示灯显示单元002、按键开关单元及用于保持指示灯两端电压差的电阻单元003，I/O接口单元001、指示灯显示单元002和按键开关单元顺次相连，电阻单元串联在指示灯显示单元002和按键开关单元之间或串联在固定电平V和按键开关单元之间。其中，I/O接口单元001上设有（N+M）个用于驱动指示灯的I/O接口，I/O接口又细分为N个扫描端口和M个公共端口，N个扫描端口在图中分别表示为SEG1-SEGN，M个公共端口分别为COM1-COMM。指示灯显示单元002上设有多个指示灯，形成指示灯矩阵阵列，具体连接方式为在每个公共端口与任意一个扫描端口之间均连接有指示灯，即可以实现M*N个指示灯的控制。

按键开关单元上设有多个按键，包括阶梯状按键阵列004，或者同时包括阶梯状按键阵列004和单排的按键阵列005。本实施例以同时并存两种不同的排列的按键为例进行说明，以实现最大按键数。其中，阶梯状按键阵列004中的按键连接在任意两个I/O接口之间，在图中标记为KT0-KTx，x的值为1/2（N+M）*（N+M-1）。单排的按键阵列005中的按键一端与对应的I/O接口相连，按键另一端与固定电平V相连，在图中标记为K1-K（N+M）。若两种按键阵列同时存在，则单排的按键阵列005顺次连接在阶梯状按键阵列004后。

电阻单元为电阻单元003，电阻单元003串联在指示灯显示单元002与阶梯状按键阵列004之间，电阻单元003为连接在每个I/O接口与按键之间的电阻，在图中标识为R1-R（M+N）。电阻单元003中的阻值以保持指示灯两端电压差为准，根据具体实际设定合理阻值，如果电阻阻值为零，则表示直接连通，势必会影响对应指示灯的驱动，配置一定阻值的电阻才能保证指示灯两端有足够的压差，同时确保按键时逻辑电平检测到跳变。如果单排的按键阵列005不使用，则电阻单元003中的电阻R1-R（M+N）中，允许其中一个电阻的阻值为零，这样足以保证任意按键按下时，两个按键之间的端口至少有一个电阻来隔离，也可以节省一个电阻。当单排的按键阵列005和阶梯状按键阵列004同时使用的前提下，则允许使用电阻单元003，同时任意个阻值不为零。

通过上述所述，每个I/O接口都可以分别连接一个按键到固定电平V，同时也可在每两个I/O接口之间各连接一个按键，那最多可支持按键数目为1/2×（M+N）*（M+N+1），最多使用的电阻为（M+N）个。与现有技术相比，不仅扫描端口复用了按键控制，公共端口也复用了按键控制，同时所有I/O接口之间也增加了按键扫描控制。

本实施例在扫描过程中是通过指示灯和按键分时复用来实现的，即为本发明的指示灯和按键端口的复用方法，所述复用方法的实现基于同时设有单排的按键阵列和阶梯状按键阵列、具有指示灯和按键端口复用的电路，具体包括如下步骤：

a）指示灯驱动步骤：参照图2，指示灯显示单元002的扫描过程，即指示灯的扫描过程分为M次，每一次对应唯一一个公共端口，设此公共端口为COMi（i=1～M）。在对应公共端口COMi的扫描过程中，该公共端口COMi输出第一电平，即处于输出第一电平状态，其它公共端口输出第二电平，即处于输出第二电平状态，第一电平与第二电平逻辑反向。与公共端口COMi相连的指示灯另一端的扫描端口若输出第二电平，则该指示灯亮；否则该指示灯不亮。与其它公共端口相连的指示灯在这一个节拍均不亮，依次配置所有与指示灯相连的公共端口COMi，扫描所有指示灯。

b）按键扫描和检测步骤：参照图4，指示灯扫描完毕之后，I/O接口单元001控制所有的公共端口和扫描端口均弱驱动输出第二电平，所有指示灯均灭掉，开始进行按键扫描和检测。按键扫描共分为M+N+1步，分为I/O接口之间的按键检测，以及I/O接口对固定电平V的按键检测。固定电平状态为第一电平。

b1）配置所有与按键相连的I/O接口均保持弱驱动输出第二电平状态时，若从任意I/O接口监测到电平跳变，则表示有对应I/O接口到固定电平V的按键被按下，并输出按键值。

b2）设对应I/O接口为j（j=1～M+N），扫描到I/O接口j时，该I/O接口j输出第一电平，即I/O接口j处于输出第一电平状态，其它I/O接口保持弱驱动输出第二电平状态。如果仅在I/O接口j扫描过程中，从其它任意I/O接口监测到电平跳变，则表示有I/O接口j到其它I/O接口的按键被按下，并输出按键值。

c）若所有按键均被扫描到，根据扫描周期返回步骤a，否则返回步骤b继续扫描。

其中，按键扫描和按键检测是两个独立的进程，不管是否有按键被检测到，对应的按键扫描过程都会依次执行。当键盘阵列配置不同时，对应的步骤b1可以不需要。如仅有阶梯状按键阵列004时，步骤b1可以省去；当这两种键盘同时存在时，步骤b1和b2的扫描顺序还可以变换次序。

下面针对具体指示灯数量及按键数量详细说明本实施例，参照图5，使用I/O接口为7个，即7个控制端口，其中指示灯公共端口的数目M=3，扫描端口的数目N=4，最多可以实现按键数目1/2（M+N）*（M+N+1）=28。所有按键均为轻触按键，按下时两端导通，松开时两端截止，电阻R1～R7阻值为10KΩ。其中，指示灯为发光LED，分别为指示灯公共端口共阴极和共阳极接法。共阴极接法中，公共端口接LED的阴极，扫描端口接LED的阳极。共阳极接法中，公共端口接LED的阳极，扫描端口接LED的阴极。任意一个公共端口和任意一个扫描端口之间都可以连接一个LED指示灯，最大支持指示灯数目为M×N=12。其中，图5为公共端口共阴极接法，即第一电平为VSS，第二电平为VDD，若为共阳极接法，则第一电平为VDD，第二电平为VSS。本实施例充分利用每一个指示灯控制端口，扩展出最多的按键数目，同时合理使用控制方法，达到按键和指示灯互不干扰的控制目的，且使系统实现成本达到最小化。

扫描步骤包括上述所有步骤。

实施例2：

参照图6，本实施例是构造某风扇控制方案所需的6个按键和11个指示灯的具有指示灯和按键端口复用的电路。该电路包括I/O接口单元001、指示灯显示单元002、阶梯状按键阵列004和电阻单元003，各单元之间的连接方式详见实施例1中，在此不再赘述。本实施例中，指示灯为发光LED，按键KT0～KT5为轻触按键，按下时两端导通，松开时两端截止。电阻R1～R4其中任意一个阻值为零，其它阻值为10KΩ。

本实施例中，对于11个指示灯，需要3×4的阵列，出于尽量控制指示灯公共端口数目的原因，构造公共端口M=3，扫描端口N=4。其中，扫描端口在图中表示为SEG1-SEG4，公共端口为COM1-COM3，指示灯为L11-L14，L21-L24和L31-L34，共12盏指示灯，电阻单元003包括电阻R1-R4，阶梯状按键阵列004包括按键KT0-KT5，共6个按键。对于6个按键，按照现有技术，除了这4个扫描端口串接电阻后接按键到固定电平，还需要另外2个单独的按键输入口。而按照本发明的电路，4个扫描端口之间相互连接按键的方式即能实现6个按键，同时可以省掉一个电阻。该风扇控制方案可以去掉上述实施例示意图中任意一个指示灯，任意一个按键及其端电阻以得到6个按键和11个指示灯。

本实施例在扫描过程中是通过指示灯和按键分时复用来实现的，即为本发明的指示灯和按键端口的复用方法，所述复用方法的实现基于设有阶梯状按键阵列的、具有指示灯和按键端口复用的电路，具体包括如下步骤：

a）指示灯驱动步骤：配置任意一个与指示灯相连的公共端口处于输出第一电平状态，其它I/O接口处于输出第二电平状态，第一电平与第二电平逻辑反向，与该公共端口相连的指示灯的扫描端口若处于输出第二电平状态，扫描所有指示灯。具体如下：

a1.公共端口COM1输出第一电平低电平，COM2和COM3输出第二电平高电平。扫描端口SEG1～SEG4若输出高电平，则对应的指示灯L11～L14点亮。否则如果扫描端口SEG4～SEG4输出低电平，则对应的指示灯L11～L14熄灭。转入步骤a2。

a2.公共端口COM2输出第一电平低电平，COM1和COM3输出第二电平高电平。扫描端口SEG1～SEG4若输出高电平，则对应的指示灯L21～L24点亮。否则如果扫描端口SEG1～SEG4输出低电平，则对应的指示灯L21～L24熄灭。转入步骤a3。

a3.公共端口COM3输出第一电平低电平，COM1和COM2输出第二电平高电平。扫描端口SEG1～SEG4若输出高电平，则对应的指示灯L31～L34点亮。否则如果扫描端口SEG1～SEG4输出低电平，则对应的指示灯L31～L34熄灭。转入步骤a4。

a4.所有的I/O接口弱驱动输出第二电平高电平，进入按键扫描过程。

按键扫描过程如下：

d）按键扫描与检测步骤：配置所有扫描端口和公共端口处于弱驱动输出第二电平状态，所有指示灯均熄灭；

从SEG1～SEG4，COM1～COM3，每一次扫描中仅有一个I/O接口输出第一电平低电平，其它I/O接口保持弱驱动输出第二电平高电平的状态，同时监测这些弱驱动I/O接口的电平跳变。若检测到电平跳变，则说明该I/O接口到检测到电平跳变的I/O接口之间的按键被按下。比如当SEG1输出低电平，从SEG3检测到电平跳变，则说明按键KT1被按下。若无按键，则结束按键扫描过程，继续转入到指示灯扫描过程。本实施例中COM1～COM3未参与按键控制，可以在实际实施过程中不进行按键扫描。

上述说明中，凡未加特别说明的，均采用现有技术中的技术手段。

Claims (7)

1.一种具有指示灯和按键端口复用的电路，包括I/O接口单元、指示灯显示单元、按键开关单元及用于保持指示灯两端电压差的电阻单元，I/O接口单元上设有多个用于驱动指示灯的I/O接口，I/O接口分为扫描端口和公共端口，指示灯显示单元上设有多个指示灯，按键开关单元上设有多个按键，指示灯连接在扫描端口和公共端口之间，其特征在于，所述指示灯显示单元为指示灯矩阵阵列，指示灯连接在公共端口与任意一个扫描端口之间，所述按键开关单元为阶梯状按键阵列，按键连接在任意两个I/O接口之间，所述电阻单元串联在指示灯显示单元与按键开关单元之间，电阻单元为连接在每个I/O接口与按键之间的电阻。

2.根据权利要求1所述的具有指示灯和按键端口复用的电路，其特征在于，所述电阻单元中其中一个电阻的阻值为零。

3.根据权利要求1所述的具有指示灯和按键端口复用的电路，其特征在于，所述按键开关单元还包括单排的按键阵列，按键一端与I/O接口相连，按键另一端连接有固定电平，单排的按键阵列顺次与阶梯状按键阵列相连。

4.根据权利要求1或2所述的具有指示灯和按键端口复用的电路，其特征在于，所述扫描端口为3个，公共端口为4个，任意两个I/O接口之间均连接有按键。

5.根据权利要求3所述的具有指示灯和按键端口复用的电路，其特征在于，所述扫描端口为3个，公共端口为4个，按键开关单元还包括连接在每个I/O接口与固定电平之间的按键。

6.一种指示灯和按键端口的复用方法，其特征在于，所述复用方法的实现基于如权利要求1所述的电路，包括如下步骤：

a）指示灯驱动步骤：配置任意一个与指示灯相连的公共端口处于输出第一电平状态，其它I/O接口处于输出第二电平状态，第一电平与第二电平逻辑反向，与该公共端口相连的指示灯的扫描端口若处于输出第二电平状态，则该指示灯亮，否则指示灯不亮，依次配置所有与指示灯相连的公共端口，扫描所有指示灯；

b）按键扫描与检测步骤：配置所有扫描端口和公共端口处于弱驱动输出第二电平状态，所有指示灯均熄灭；

配置任意一个与按键相连的I/O接口处于输出第一电平状态，其它与按键相连的I/O接口处于弱驱动输出第二电平状态，若从任意I/O接口检测到电平跳变，则表示连接在处于输出第一电平状态的I/O接口与电平跳变的I/O接口之间的按键被按下，并输出按键值；

c）若所有按键均被扫描到，根据扫描周期返回步骤a，否则返回步骤b继续扫描。

7.一种指示灯和按键端口的复用方法，其特征在于，所述复用方法的实现基于如权利要求3所述的电路，包括如下步骤：

a）指示灯驱动步骤：配置任意一个与指示灯相连的公共端口处于输出第一电平状态，其它I/O接口处于输出第二电平状态，第一电平与第二电平逻辑反向，与该公共端口相连的指示灯的扫描端口若处于输出第二电平状态，则该指示灯亮，否则指示灯不亮，依次配置所有与指示灯相连的公共端口，扫描所有指示灯；

b）按键扫描与检测步骤：配置所有与按键相连的扫描端口和公共端口处于弱驱动输出第二电平状态，所有指示灯均熄灭；依次进入步骤b1、步骤b2或步骤b2、步骤b1；

b1）配置所有与按键相连的I/O接口处于弱驱动输出第二电平状态，若从任意I/O接口检测到电平跳变，则表示连接在该I/O接口与固定电平之间的按键被按下，并输出按键值；

b2）配置任意一个与按键相连的I/O接口处于输出第一电平状态，其它与按键相连的I/O接口处于弱驱动输出第二电平状态，若从任意I/O接口检测到电平跳变，则表示连接在处于输出第一电平状态的I/O接口与电平跳变的I/O接口之间的按键被按下，并输出按键值；

c）若所有按键均被扫描到，根据扫描周期返回步骤a，否则返回步骤b继续扫描。

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