CN105549499A - 一种面向键控类应用的低功耗mcu-soc系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种面向键控类应用的低功耗MCU-SOC系统，由CPU、时钟控制模块、键盘扫描模块与芯片外部开关键盘阵列组成；时钟控制模块分别与CPU、键盘扫描模块连接，键盘扫描模块与芯片外部开关键盘阵列连接，键盘扫描模块还连接CPU。键盘扫描模块用于时刻监测芯片外部开关键盘阵列中是否有按键被触发，当芯片外部开关键盘阵列中的某一按键被有效触发时，键盘扫描模块产生中断请求，并将唤醒CPU。用户只需要读取键值寄存器即可得到对应被按下的开关按键的编码。用户接口简洁，提供简洁的按键编码，只需要读键值寄存器即可。

Description

一种面向键控类应用的低功耗MCU-SOC系统
技术领域
本发明涉及MCU技术领域，具体是一种面向键控类应用的低功耗MCU-SOC系统。
背景技术
微控制单元(MicrocontrollerUnit；MCU)，又称单片微型计算机(SingleChipMicrocomputer)或者单片机，是把中央处理器(CentralProcessUnit；CPU)的频率与规格做适当缩减，并将内存(memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。诸如手机、PC外围、遥控器，至汽车电子、工业上的步进马达、机器手臂的控制等，都可见到MCU的身影。
面向键控类应用的MCU在电子产品中的应用非常广泛，几乎所有涉及到需要按键控制的电子产品中都需要使用到按键扫描逻辑。常见的产品如我们身边的各种遥控器，PC键盘、鼠标、手机上的物理按键。因为按键的监控需要一直进行，所以在很多产品应用中，特别是电池供电的使用场合，如何做到低功耗是一个非常重要的课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用户接口简洁的面向键控类应用的低功耗MCU-SOC系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种面向键控类应用的低功耗MCU-SOC系统，由CPU、时钟控制模块、键盘扫描模块与芯片外部开关键盘阵列组成；时钟控制模块分别与CPU、键盘扫描模块连接，键盘扫描模块与芯片外部开关键盘阵列连接，键盘扫描模块还连接CPU。
作为本发明进一步的方案：键盘扫描模块由键盘扫描状态判决模块与键盘扫描序列控制模块组成。
作为本发明进一步的方案：键盘扫描模块用于时刻监测芯片外部开关键盘阵列中是否有按键被触发，当芯片外部开关键盘阵列中的某一按键被有效触发时，键盘扫描模块产生中断请求，并将唤醒CPU。
作为本发明进一步的方案：芯片外部开关键盘阵列上设有IO端口，IO端口的个数不少于1个。
作为本发明进一步的方案：还设有键值寄存器，用于记录芯片外部开关键盘阵列的编码。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供一种面向键控类应用的低功耗MCU-SOC系统。应用此MCUSOC芯片时，只需要在芯片外部外接简洁的芯片外部开关键盘阵列。芯片内置低功耗按键扫描模块，可以通过较低的功耗监控芯片外部开关键盘阵列是否有开关按键接通。当有开关按键按下时，芯片内部产生按键扫描中断，将MCU从低功耗模式中唤醒。用户只需要读取芯片内的键值寄存器，即可得到对应被按下的开关按键的编码。
本发明的优点是：一、提供一种面向键控类应用的低功耗MCU-SOC系统；二、用户接口简洁，提供简洁的按键编码，只需要读键值寄存器即可。
附图说明
图1是本发明的系统框图；
图2是时钟控制模块示意图；
图3是5个端口组成的芯片外部开关键盘阵列示例；
图4是5个端口组成的芯片外部开关键盘阵列示例的简化图；
图5是n个端口组成的芯片外部开关键盘阵列示例的简化图；
图6是按键扫描模块工作原理示意图A；
图7是按键扫描模块工作原理示意图B。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明实施例中，一种面向键控类应用的低功耗MCU-SOC系统。MCU-SOC系统主要的功能组成部分如图1所示。包括CPU、时钟控制模块、键盘扫描模块与芯片外部开关键盘阵列。键盘扫描模块由键盘扫描状态判决模块与键盘扫描序列控制模块组成。时钟控制模块分别与CPU、键盘扫描状态判决模块、键盘扫描序列控制模块连接，键盘扫描状态判决模块、键盘扫描序列控制模块均与芯片外部开关键盘阵列连接，键盘扫描状态判决模块还连接CPU。
其中键盘扫描模块需要时刻监测芯片外部开关键盘阵列中是否有按键被触发，当芯片外部开关键盘阵列中的某一按键被有效触发时，键盘扫描模块产生中断请求(KSI)，将CPU从低功耗的睡眠模式唤醒。CPU根据预先设置的工作程序对不同的按键做出相应的处理。如图3所示的芯片外部开关键盘阵列为一个简单的应用范例。在此例子中，有5个IO端口(不限于5个IO端口的情况)用于布置芯片外部开关键盘阵列，每两个IO端口的之间都有唯一的开关按键与相对应。将图3芯片外部开关键盘阵列上的开关编号，并简化如图4所示。
在此例子中，仅以有5个IO端口用于布置芯片外部开关键盘阵列为例。但本方案不限于只有5个IO端口的情况。当需要更多的IO端口用于布置芯片外部开关键盘阵列时(如图5所示)，原理是一样的。
键盘扫描模块中的按键扫描时序产生子模块负责产生如图6所示的IO扫描时序，键盘扫描状态判决模块负责对IO端口状态进行判定。如P0与P5之间的开关按键被按下时，P0与P5相连接，它们的电平状态也就是相同的。键盘扫描模块工作在扫描模式时，键盘扫描序列控制模块把参与扫描的IO端口其中之一设为输出低电平，其余的所有参与扫描的IO端口设为带有上拉电阻的输入模式。如此循环地扫描。键盘扫描序列控制模块会检测这些被置为输入的IO端口状态，若这些输入IO端口的状态有低电平时，即有按键按下(如图7所示)；若这些输入IO端口的状态全为高电平时，即无按键被按下。
用户只需要读取键值寄存器，即可以得到芯片外部开关键盘阵列的触发状态。按键编码的规则如表1所示。表中列出两种按键编码关系。当按键编码CODE配置为0时，选择按键编码C0。当按键编码CODE配置为1时，选择按键编码C1。表中只列出了5个IO端口组成开关按键的编码(从端口0～端口4)，如需要用到更多的端口组成芯片外部开关键盘阵列，可以由上表的编码规则类推。
表1按键编码列表
高频CPU的工作时钟(CLK_CPU)和低频键盘扫描模块的时钟(CLK_SCAN)都来自时钟控制模块。当键盘扫描模块工作时，时钟控制模块将CLK_SCAN时钟打开，并将CLK_CPU关闭。即键盘扫描模块正常工作，而CPU将不工作，与它工作相关的时钟网络也不会产生翻转功耗。因为键盘扫描模块的逻辑功能相对于CPU来说非常简单，在它的功耗相对于CPU来说非常小，所以在键盘扫描模块工作时整个CPU-SOC系统处于非常低的功耗水平。键盘扫描模块的功耗与它的工作时钟频率成正比。本发明中键盘扫描模块的工作时钟频率为低频10KHz，并且在应用场合对扫描频率要求不高的情况下，可以配置为最低的工作频率为10KHz的16分频，可以大大降低键盘扫描模块的扫描工作工程中的功耗。
表2用户接口寄存器列表
Name Address Dir Default Description
SCANCON 4CH R/W 00000000 按键扫描控制寄存器
SCANSP 4DH R/W 00000000 扫描端口使能寄存器
KEY 4EH R 00000000 扫描键值寄存器
表3SCANCON(按键扫描控制寄存器)4CH
用户接口寄存器描述
Bit0SCANEN：按键扫描使能控制位
1＝开启按键扫描
0＝禁止按键扫描
Bit1KSIE：按键扫描中断使能位
1＝使能按键扫描中断
0＝禁止按键扫描中断
Bit2～Bit3SCANCK：按键扫描时钟分频选择
按键扫描时钟分频选择与配置的关系如下：
00：Fsck/1；
01：Fsck/2；
10：Fsck/4；
11：Fsck/16；
Bit4CODE：键值编码选择位
1＝扫描键值寄存器中逻辑1表示按键有效
0＝扫描键值寄存器中逻辑0表示按键有效
Bit7KSIF：按键扫描中断标志位
1＝按键扫描中断标志位有效
0＝按键扫描中断标志位无效
表4SCANSP(扫描端口使能寄存器)4DH
注：通过此寄存器设置哪些端口用于芯片外部开关键盘阵列。如SCANSP0设置为1即，端口p0用于芯片外部开关键盘阵列，否则端口p0作为普通输入输出端口。
表5KEY(扫描键值寄存器)4EH
用户操作流程：
开启
配置扫描时钟分频选择(SCANCK)；
打开按键扫描中断使能(KSIE)；
打开按键扫描的工作使能(SCANEN＝1)。
执行STOP指令，进入低功耗模式；
等待按键扫描中断将系统从低功耗模式唤醒，然后读取键值寄存器(KEY)(用户程序根据编码的对应关系，得到哪个按键被按下的信息，然后根据此信息运行相应的用户自定义程序)。
关闭
关闭扫描时钟使能(CLKCON寄存器中的SCKEN＝0)；
关闭按键扫描的工作使能(SCANEN＝0)。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种面向键控类应用的低功耗MCU-SOC系统，其特征在于，由CPU、时钟控制模块、键盘扫描模块与芯片外部开关键盘阵列组成；时钟控制模块分别与CPU、键盘扫描模块连接，键盘扫描模块与芯片外部开关键盘阵列连接，键盘扫描模块还连接CPU。
2.根据权利要求1所述的面向键控类应用的低功耗MCU-SOC系统，其特征在于，键盘扫描模块由键盘扫描状态判决模块与键盘扫描序列控制模块组成。
3.根据权利要求1所述的面向键控类应用的低功耗MCU-SOC系统，其特征在于，键盘扫描模块用于时刻监测芯片外部开关键盘阵列中是否有按键被触发，当芯片外部开关键盘阵列中的某一按键被有效触发时，键盘扫描模块产生中断请求，并将唤醒CPU。
4.根据权利要求1所述的面向键控类应用的低功耗MCU-SOC系统，其特征在于，芯片外部开关键盘阵列上设有IO端口，IO端口的个数不少于1个。
5.根据权利要求1所述的面向键控类应用的低功耗MCU-SOC系统，其特征在于，还设有键值寄存器，用于记录芯片外部开关键盘阵列的编码。
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