CN103354455B

CN103354455B - 三角键盘的按键扫描方法、电路及三角键盘设备

Info

Publication number: CN103354455B
Application number: CN201310338086.4A
Authority: CN
Inventors: 郑尊标
Original assignee: Hangzhou Silan Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Hangzhou Silan Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2013-08-05
Filing date: 2013-08-05
Publication date: 2016-08-10
Anticipated expiration: 2033-08-05
Also published as: CN103354455A

Abstract

本发明提供了一种三角键盘的按键扫描方法、电路及三角键盘设备，该方法包括：步骤1，将连接三角键盘的多个I/O端口配置为输出端口用以输出扫描信号，将连接该三角键盘的其余全部或部分I/O端口配置为输入端口用以输入检测信号；步骤2，重复执行所述步骤1，且每次重复执行所述步骤1时改变配置为输出端口的多个I/O端口的组合，直至完成全键盘扫描。本发明能够减少三角键盘全按键扫描的时间，从而降低平均待机电流。

Description

三角键盘的按键扫描方法、电路及三角键盘设备

技术领域

本发明涉及键盘的按键扫描技术，尤其涉及一种三角键盘的按键扫描方法、电路及三角键盘设备。

背景技术

“三角键盘”是指这种键盘的按键扫描连接线两两相关，绘制成典型原理图时呈三角形(或称梯形)状，如图1所示，其简化图如附图2所示。如果只保留图2中的加粗示出的部分按键，便形成矩阵键盘20。

通常而言，三角键盘相对于矩阵键盘的优势在于：相同数量的扫描输入输出(I/O)管脚可以支持更多的按键数量。但是，三角键盘相对于矩阵键盘的劣势在于：必须通过动态扫描才能检测到是否有按键被按下，这会增加待机电流。

三角键盘的传统扫描方式可以归纳为：每次将连接键盘的一个I/O管脚设置为输出管脚，输出扫描信号，同时连接键盘的其余I/O管脚设置为输入管脚，输入检测信号，当连接键盘的所有I/O管脚逐一输出一遍，便完成一次全键盘扫描。这种扫描方式也可称为“逐一扫描”方式。为了满足一定的按键响应时间，完成一次全键盘扫描的时间不能太长。

参考图3，图3以具有8个I/O管脚的三角键盘为例示出了传统的“逐一扫描方式”。当I/O0配置为输出、其余I/O管脚配置为输入时，可以扫描到标号为1的7个按键；当I/O1配置为输出、其余I/O管脚配置为输入时，可以新增扫描到标号为2的6个按键(照理也能扫描到7个按键，但与I/O0交叉的一个按键之前已经扫描过，故此次新增扫描6个按键，以下同理)；当I/O2输出、其余I/O管脚输入时，可以新增扫描到标号为3的5个按键，以此类推，一共要进行7次I/O管脚输出，才可完成全按键扫描。

图4是图3所示“逐一扫描方式”中各个I/O管脚的波形图，作为一个非限制性的例子，I/O管脚为输出时配置为逻辑低电平，I/O管脚为输入时配置为上拉方式(在没有按键按下时输入管脚表现为逻辑高电平)。

另外，为了减少平均待机电流，一种方法是可以采用定时唤醒后快速进行全键盘扫描，当判断到有按键按下时再进行键码的识别，这种方法常用在微控制器(MCU)上。举例来说：有一款MCU，待机状态下只需要定时器的电流为0.5uA，工作状态下电流为1mA，如果按照按键响应速度的要求需要10ms定时唤醒一次，唤醒后MCU在工作状态下对三角键盘进行全按键扫描，花费10us，扫描如果没有检测到按键则立即又进入待机状态，那么平均下来的待机电流为0.5uA+1mA*10us/10ms＝1.5uA。从这个例子也可以看出，如果要继续降低平均待机电流，那么减少工作状态下全按键扫描的时间很关键。假设全按键扫描时间能缩减为5us，那么平均待机电流便可缩减为1uA。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种三角键盘的按键扫描方法、电路及三角键盘设备，能够减少三角键盘全按键扫描的时间，从而降低平均待机电流。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种三角键盘的按键扫描方法，包括：采用快速扫描方式判断是否有按键被按下；若检测到有按键被按下时，确认被按下的按键的键码，若完成全键盘扫描后没有检测到按键被按下，则不确认键码；其中，所述快速扫描方式包括：

步骤1，将连接三角键盘的多个I/O端口配置为输出端口用以输出扫描信号，将连接该三角键盘的其余全部或部分I/O端口配置为输入端口用以输入检测信号；

步骤2，重复执行所述步骤1，且每次重复执行所述步骤1时改变配置为输出端口的多个I/O端口的组合，直至完成全键盘扫描。

根据本发明的一个实施例，采用逐一扫描方式确认被按下的按键的键码。

根据本发明的一个实施例，连接所述三角键盘的I/O端口数量为m个，编号依次为0至m-1，其中m为大于等于2的正整数，多次重复执行所述步骤1时，采用的多种I/O端口配置组合如下：

将编号为n1的I/O端口配置为输出端口，将编号为n1+1的I/O端口配置为输入端口，其中n1为2的整数倍且n1<m；

将编号为n2、n2+1的I/O端口配置为输出端口，将编号为n2+2、n2+3的I/O端口配置为输入端口，其中n2为4的整数倍且n2<m；

将编号为n3～n3+3的I/O端口配置为输出端口，将编号为n3+4～n3+7的I/O端口配置为输入端口，其中n3为8的整数倍且n3<m；

以此类推，直至配置为输出端口的编号连续的I/O端口数量≥m/2。

本发明还提供了一种三角键盘的按键扫描电路，包括：

端口配置及检测电路，将连接三角键盘的多个I/O端口配置为输出端口用以输出扫描信号，将连接该三角键盘的其余全部或部分I/O端口配置为输入端口用以输入检测信号；

控制器，与所述端口配置及检测电路连接，控制所述端口配置及检测电路改变配置为输出端口的多个I/O端口的组合，直至完成全键盘扫描，以确认是否有按键被按下，若检测到有按键被按下时，则所述控制器控制所述端口配置及检测电路确认被按下的按键的键码，若完成全键盘扫描后没有检测到按键被按下，则不确认键码。

根据本发明的一个实施例，所述控制器控制所述端口配置及检测电路采用逐一扫描方式确认被按下的按键的键码。

根据本发明的一个实施例，连接所述三角键盘的I/O端口数量为m个，编号依次为0至m-1，其中m为大于等于2的正整数，所述控制器采用的多种I/O端口配置组合如下：

本发明还提供了一种三角键盘设备，包括：

三角键盘；

连接该三角键盘的多个I/O端口；

以上任一项所述的按键扫描电路。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明实施例的三角键盘的按键扫描方法中，首先判断有无按键被按下，仅在检测到有按键被按下时，才确认被按下的按键的键值，其中，在判断有无按键被按下时采用快速扫描方式，通过多次扫描完成全键盘扫描，其中每次扫描将多个I/O端口配置为输出端口而将其余的全部或部分I/O端口配置为输入端口，从而减少了全键盘扫描过程中I/O端口的输出次数，相应地减少了全键盘扫描过程的时间，有利于降低平均待机电流。

进一步而言，本发明实施例的快速扫描方式优选为对I/O端口采用二分法进行组合，从而能以最少的扫描次数完成全键盘扫描。

附图说明

图1是三角键盘以及与其连接的键盘扫描电路的电路结构示意图；

图2是将图1所示三角键盘简化后的结构示意图；

图3是采用逐一扫描方式扫描时每次I/O输出所扫描的按键分布图；

图4是图3所示逐一扫描方式的波形图；

图5是按照本发明实施例的二分法扫描方式的第一实例中每次I/O输出所扫描的按键分布图；

图6是图5所示二分法扫描方式的波形图；

图7是按照本发明实施例的二分法扫描方式的第二实例中每次I/O输出所扫描的按键分布图；

图8是图7所示二分法扫描方式的波形图；

图9是按照本发明实施例的按键扫描方法的第三实例中每次I/O输出所扫描的按键分布图；

图10是本发明实施例的三角键盘的按键扫描电路的结构框图。

具体实施方式

本发明实施例中，首先采用快速扫描方式来判断是否有按键被按下，在有按键被按下时，采用逐一扫描方式来确认键码。其中，快速扫描方式是指：每次将连接键盘的多个I/O端口配置为输出扫描信号，而将其余的全部或部分I/O端口配置为输入检测信号，经过多次扫描且每次扫描改变配置为输出扫描信号的I/O端口的组合，直至完成全键盘扫描，也就是经过多次扫描后三角键盘上的每一个按键都被覆盖到。

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

本实施例的三角键盘的按键扫描方法包括如下步骤：

其中，步骤1中，在一次扫描中，将多个I/O端口配置为输出扫描信号，将其余的全部或部分I/O端口配置为输入检测信号。

在多次扫描的过程中，如果有检测到按键被按下，则可以采用逐一扫描方式确认被按下的按键的键码，该逐一扫描方式为传统扫描技术，可以参考背景技术的相关描述；如果完成全键盘扫描后没有检测到按键被按下，则无需采取逐一扫描方式来确认键码，从而有利于降低平均待机电流。换言之，为了降低平均待机电流，只需要先判断有无按键被按下，而不必一开始就要获得键码，一旦判断到有按键被按下后再确认键值。

更进一步而言，用于检测有无按键被按下的快速扫描方式的优选方案为对I/O端口采用二分法进行组合，具体是指：连接三角键盘的I/O端口数量为m个，编号依次为0～m-1，其中m为正整数，每次扫描中，多个I/O端口的配置组合如下：

需要说明的是，上述多个组合的次序是不受限制的，多次扫描中，可以依照以上描述的次序做输出端口的配置，也可以按照其他任何次序进行。另外，在扫描中，端口的数量不够而不能完全满足上述配置时则仅需要对可用的端口做配置，例如在最后一次扫描中，将编号为n3～n3+3的I/O端口配置为输出端口后，而剩余的I/O端口编号仅到n3+5(不存在n3+6～n3+7)，那就仅需将编号为n3+4～n3+5的I/O端口配置为输入端口。

另外，如果是依照以上描述的次序做输出端口的配置，那么配置过程还可以理解为如下：将连接该三角键盘的多个I/O端口划分为多组，每组的I/O端口数量为2ⁱ个且每组的I/O端口的编号连续，将每组I/O端口中的前2^i-1个I/O端口配置为输出端口，用于输出扫描信号，将每组中的后2^i-1个I/O端口配置为输入端口，用于输入检测信号，直至2ⁱ大于等于m/2，其中i为扫描次序编号(也就是第几次扫描)，i为正整数，m为端口数量，m也为正整数。

类似地，由于I/O端口的数量不一定是2的整数次幂，那么在最后一次扫描时，分组后的最后一组中的I/O端口数量可能较少，在将前2^i-1个I/O端口配置为输出端口之后，只需将剩余可用的I/O端口配置为输入端口。

下面采用多个实例进行说明。

参考图5和图6，在第一实例中，连接三角键盘的I/O端口有8个(I/O0～I/O7)，与图3和图4所示的例子相同。作为一个非限制性的例子，低电平表示该I/O端口输出低电平，被配置为输出端口，高电平表示该I/O端口设置为上拉，被配置为输入端口。

从图4可以看出，逐一扫描方式共需要7个单位的扫描时间。但是，如图6所示，采用二分法扫描方式只需要3个单位的扫描时间。

第一个单位时间内(也就是第一次扫描)，I/O0、I/O2、I/O4、I/O6输出0，被配置为输出端口；I/O1、I/O3、I/O5、I/O7被设置为上拉，被配置为输入端口。此时，图5中编号为1的任一按键若被按下，4个输入端口I/O1、I/O3、I/O5、I/O7不会全高。

第二个单位时间内(也就是第二次扫描)，I/O0、I/O1、I/O4、I/O5输出0，被配置为输出端口；I/O2、I/O3、I/O6、I/O7被设置为上拉，被配置为输入端口。此时，图5中编号为2的任一按键若被按下，4个输入端口I/O2、I/O3、I/O6、I/O7不会全高。

第三个单位时间内(也就是第三次扫描)，I/O0、I/O1、I/O2、I/O3输出0，被配置为输出端口；I/O4、I/O5、I/O6、I/O7被设置为上拉，被配置为输入端口。此时，图5中编号为3的任一按键若被按下，4个输入端口I/O4、I/O5、I/O6、I/O7不会全高。

如果3个单位时间扫完，所有输入端口均为高电平，则表明没有按键被按下。针对8个I/O端口的例子，逐一扫描方式需要7个单位时间完成全按键扫描，而二分法扫描方式仅需要3个单位时间便可完成全按键扫描，扫描时间大大缩短。

可以类推，如果是16个I/O端口构成的三角键盘，传统的逐一扫描方式需要15个单位时间完成全按键扫描，而二分法扫描方式仅需要4个单位时间便可完成全按键扫描。

如图7和图8所示，在第二实例中，三角键盘的I/O端口数为11个，分别为I/O0至I/O10，则逐一扫描方式需要10个单位时间完成全按键扫描，而二分法扫描方式仍然有效，其完成全按键扫描也只需要4个单位时间。其具体扫描顺序如下：在第一个单位时间内，I/O0、I/O2、I/O4、I/O6、I/O8、I/O10被配置为输出端口，I/O1、I/O3、I/O5、I/O7、I/O9被配置为输入端口；第二个单位时间内，I/O0、I/O1、I/O4、I/O5、I/O8、I/O9被配置为输出端口，I/O2、I/O3、I/O6、I/O7、I/O10被配置为输入端口；第三个单位时间内，I/O0、I/O1、I/O2、I/O3、I/O8、I/O9、I/O10被配置为输出端口，I/O4、I/O5、I/O6、I/O7被配置为输入端口；第四个单位时间内，I/O0、I/O1、I/O2、I/O3、I/O4、I/O5、I/O6、I/O7被配置为输出端口，I/O8、I/O9、I/O10被配置为输入端口。

当然，二分法扫描方式并非唯一的快速扫描方法。只要每次扫描时同时将多个I/O端口配置为输出端口且其余全部或部分I/O端口配置为输入端口，通过几次扫描覆盖所有的按键即可。

如图9所示，在第三实例中，三角键盘连接有9个I/O端口，共有36个按键。其快速扫描方式如下：第一个单位时间内，I/O0～I/O4输出0(配置为输出端口)，I/O5～I/O8上拉(配置为输入端口)，可检测图9中编号为1的20个按键；第二个单位时间内，I/O0～I/O2、I/O5、I/O6输出0(配置为输出端口)，I/O3、I/O4、I/O7、I/O8上拉(配置为输入端口)，可检测图9中编号为2的10个按键；第三个单位时间内，I/O1、I/O3、I/O5、I/O7输出0(配置为输出端口)，I/O0、I/O2、I/O4、I/O6、I/O8上拉(配置为输入端口)，可检测图9中编号为3的5个按键；余下编号为4的1个按键，可在第四个单位时间内，将I/O0输出0(配置为输出端口)，I/O2上拉(配置为输入端口)即可覆盖。

由上，本实施例的按键扫描方法可以将少三角键盘全键盘扫描的时间。尤其是采用二分法扫描方式时，原理简单、时序清晰，非常适合采用硬件电路的方式来实现。

参考图10，本实施例还提供了一种三角键盘的按键扫描电路100，包括端口配置及检测电路101以及与其相连的控制器102。

其中，端口配置及检测电路101将连接三角键盘的多个I/O端口配置为输出端口用以输出扫描信号，将连接该三角键盘的其余全部或部分I/O端口配置为输入端口用以输入检测信号。端口配置及检测电路101可以采用I/O驱动部件(例如驱动器等)以及电平检测部件(例如比较器等)来实现。

控制器102控制端口配置及检测电路101改变配置为输出端口的多个I/O端口的组合，直至完成全键盘扫描。控制器102可以采用各种专用或通用的控制部件来实现，例如可以采用微控制器(MCU)来实现。

在采用快速扫描方式进行全键盘扫描时，如果检测到有按键被按下，控制器102可以控制端口配置及检测电路101采用逐一扫描方式确认被按下的按键的键码。

关于该按键扫描电路的更多信息，请参见前述实施例中关于按键扫描方法的相关描述，这里不再赘述。

此外，本实施例还提供了一种三角键盘装置，包括例如图5、7、9中所示的三角键盘，与该三角键盘相连的多个I/O端口，以及与该多个I/O端口相连的按键扫描电路。

应该理解到的是上述实施例只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造，包括但不限于对局部构造的变更、对元器件的类型或型号的替换，以及其他非实质性的替换或修改，均落入本发明保护范围之内。

Claims

1.一种三角键盘的按键扫描方法，其特征在于，包括：

采用快速扫描方式判断是否有按键被按下；

若检测到有按键被按下时，确认被按下的按键的键码，若完成全键盘扫描后没有检测到按键被按下，则不确认键码；

其中，所述快速扫描方式包括：

步骤2，重复执行所述步骤1，且每次重复执行所述步骤1时改变配置为输出端口的多个I/O端口的组合，直至完成全键盘扫描，

其中，连接所述三角键盘的I/O端口数量为m个，编号依次为0至m-1，其中m为大于等于2的正整数，多次重复执行所述步骤1时，采用的多种I/O端口配置组合如下：

2.根据权利要求1所述的按键扫描方法，其特征在于，采用逐一扫描方式确认被按下的按键的键码。

3.一种三角键盘的按键扫描电路，其特征在于，包括：

控制器，与所述端口配置及检测电路连接，控制所述端口配置及检测电路改变配置为输出端口的多个I/O端口的组合，直至完成全键盘扫描，以确认是否有按键被按下，若检测到有按键被按下时，则所述控制器控制所述端口配置及检测电路确认被按下的按键的键码，若完成全键盘扫描后没有检测到按键被按下，则不确认键码，

其中连接所述三角键盘的I/O端口数量为m个，编号依次为0至m-1，其中m为大于等于2的正整数，所述控制器采用的多种I/O端口配置组合如下：

4.根据权利要求3所述的按键扫描电路，其特征在于，所述控制器控制所述端口配置及检测电路采用逐一扫描方式确认被按下的按键的键码。

5.一种三角键盘设备，其特征在于，包括：

三角键盘；

连接该三角键盘的多个I/O端口；

权利要求3至4中任一项所述的按键扫描电路。