CN108475597A - 用于检测开关的致动的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种方法及具有电路(3)的装置(1)，包括用于打开和/或闭合电触点(7)的至少一个机械开关(5)，以及用于执行触点(7)的接触状态(1/0)的第一查询(A1)和第二查询(A2)的处理器单元(9)，处理器单元(9)还用于基于通过第一和第二查询(A1，A2)检测到的触点(7)的接触状态(1/0)的变化的信息提供输出信号(S)，其中处理器单元(9)被配置为在第一查询(A1)之后以时序执行第二查询(A2)，以便第二查询(A2)先于触点(7)的预期的反弹(P)。

Description

用于检测开关的致动的装置及方法
技术领域
本发明涉及具有电路的装置，包括至少一个用于打开和/或闭合电触点的机械开关以及用于执行触点的接触状态的第一查询和第二查询的处理器单元，处理器单元进一步基于通过第一和第二查询所检测到的触点的接触状态的变化的信息来提供输出信号。
现有技术
在日常生活中经常会发现这类装置，例如键盘或汽车中的操作装置。在某些应用中，如果能够及时检测并报告开关的致动，则是有益的。当使用键盘时，例如用于实时策略游戏，可能发生的是一旦致动一个按键就尽可能快地触发命令。然而，通常开关或按钮的响应时间通过每个机械按钮的所谓反弹时间而延迟。例如，这意味着在开关闭合后，触点首先从闭合状态反弹回打开状态。在首个五至一百毫秒之内，取决于开关的尺寸和机械设置，开关在打开和闭合状态之间来回反弹。直至该反弹终止的时间在本发明的上下文中称为去反弹时间。
在常规的开关中，首先检测开关的接触状态的变化，等待去反弹时间，然后在报告该变化之前再次检测开关的接触状态。这会导致开关的致动与报告开关之间的延迟，这在某些应用中被认为是不利的。
公开的日本专利申请JP2002190725公开了一种用于打开或闭合电触点的识别的方法。在该方法中，在检测到开关的接触状态的变化之后，立即报告或存储该变化。因此，去反弹时间以及开关信号的确保处理通过省略去反弹而被忽略。特别地，如果使用慢速或廉价的处理器来处理开关信号，则这是有害的。
公开的美国专利申请US2011291799公开了一种开关和方法，其中通过对触点的第一查询来检测接触状态的变化。等待去反弹时间，并且进行触点的第二查询来确保该变化已经确实发生。因此，例如，可以确保接触状态的变化的第一检测不是任何电干扰的结果。例如，静电放电可导致检测到变化。通过在去反弹时间之后的检查，可以确保开关已经确实被闭合或打开。
发明内容
因此，本发明的目的在于提出一种改善机械开关的触点的接触状态变化的检测的装置及方法。
该目的通过根据权利要求1的装置以及根据权利要求7的方法来实现。在从属权利要求中阐述了优选实施例。
因此，该目的通过具有电路的装置来实现，该装置包括至少一个用于打开和/或闭合电触点的机械开关以及用于执行触点的接触状态的第一查询和第二查询的处理器单元，处理器单元进一步基于通过第一和第二查询所检测到的触点的接触状态的变化的信息来提供输出信号，其中该处理器单元被配置为在第一查询之后以时序执行第二查询，以便第二查询先于预期的触点的反弹。因此，错误的检测，即，例如由于静电放电所导致的接触状态变化，可被排除。
接触状态被查询两次。例如，查询可通过处理器单元采样触点的感测电路的电压来实现。例如第一查询可发生在处理器单元的正常查询周期内。在此，处理器单元执行常规的接触状态的查询。如果处理器单元检测到接触状态的变化，则处理器单元可以中断其它触点的查询或其它过程，以便执行触点的第二查询。处理器单元被配置为在第一查询之后的若干纳秒，例如47纳秒执行第二查询。第一和第二查询之间的延迟足够长以排除任何静电放电的影响。第一和第二查询之间的延迟也可被保持很短以致于不会发生任何预期的首次反弹。
在有益的实施例中，处理器单元被配置为在第一查询之后立即执行第二查询。通常，处理器单元执行各种过程。在本发明的上下文中，立即意味着处理器单元改变了所要执行过程的顺序，使得第二查询是紧接着的下一个。
在本发明的进一步实施例中，处理器单元被配置为在第二查询之后立即提供输出信号。提供输出信号意味着，例如，处理器单元在缓存中寄存数据包，其中这些数据包进一步被数据传输协议检索。例如，输出信号可以是给定的优先级。因此可以尽可能快地实现报告接触状态的变化或检索数据包。
在本发明的一个实施例中，处理器单元被配置为仅在触点的预定去反弹时间的流逝时检测接触状态的进一步变化。例如，处理器单元因此直至去反弹时间流逝之前并不查询触点的接触状态。在去反弹时间期间，处理器单元也可以查询接触状态，但是直至去反弹时间流逝之前并不应答或考虑接触状态的任何变化。通过这种方式，确保了在第一和第二查询之后不可避免的反弹不会错误地用于开关的致动，并且因此不会用作输出信号的触发。
根据本发明的实施例，该装置包括多个机械开关，其中机械开关可被实施为键盘上的键。
在本发明的一个实施例中，其中该装置包括一个以上的机械开关。
在一个实施例中，处理器单元被配置为在执行第二开关的第一查询之前执行第一开关的第二查询。一旦检测到第一开关的接触状态变化，处理器单元优先第一开关的第二查询，并且因此仅在执行第一开关的第一和第二查询之后执行第二开关的第一查询。
该目的还通过根据权利要求7的方法来实现。
因此，该目的通过检测机械开关的触点的接触状态的变化的方法来实现，其中该触点为打开和/或闭合，其中执行触点的接触状态的第一查询和第二查询，其中基于通过第一和第二查询所检测到的触点的接触状态的变化的信息来提供输出信号，其中在第一查询之后以时序执行第二查询，以便第二查询先于触点的预期的反弹。换句话说，如果在触点的接触状态的第一查询中检测到触点的接触状态的变化，则在某个时间段内执行接触状态的第二查询。例如，如果立即检测到变化，则某个时间段可对应于在打开和/或闭合触点与触点的首次反弹之间的时间间隔。
附图说明
在下文中，基于下面的附图将更加详细地阐释本发明，其中：
图1示出了该装置的实施例，其中机械开关被实施为键盘上的键；
图2示出了该装置的实施例的示意图；
图3示出了机械开关的开关信号的图示；以及
图4示出了根据本发明的实施例的方法的流程图。
具体实施方式
图1示出了该装置的实施例，其中机械开关5被实施为键盘11上的键5。在该键盘11中，当按压开关5或键5中的一个时，电触点7闭合或者打开。而且，当释放键5时，触点7也相应地打开或闭合。打开和闭合该机械键5总是伴随着反弹行为。这意味着当按压键5时，例如，触点7闭合，但是在闭合和打开状态1/0之间反弹一段时间。电触点7反弹的时间称为去反弹时间Tp。在去反弹时间Tp期间，在任意时刻对触点7的查询A1可指示接触状态1/0为打开或者闭合。通常，通过在去反弹时间Tp流逝之后执行触点7的第二查询A2来避免由该反弹行为所牵涉的不确定性。然而，这会导致键5的致动T0与报告由该致动T0导致的接触状态1/0的变化的时间之间的延迟。该延迟可通过在检测到该变化之后立即执行触点7的第二查询A2来消除。因此，键盘11的速度可以提升。例如，取代致动T0与报告之间的10毫秒的延迟，以这样的方式配置的键盘11可在键5的致动之后的1毫秒内报告。
图2示出了具有机械开关5、处理器单元9以及USB接口13的装置1的实施例示意图。处理器单元9用于定期地查询或采样机械开关5中的电触点7。例如，处理器单元9每毫秒检查一次触点7的接触状态1/0。查询A1的结果可由处理器单元9存档或存储。例如，处理器单元可以是具有16位存储器的Cortex M0 32位处理器。查询A1的结果显示接触状态1/0发生变化，处理器单元9待定处理的顺序改变，使得触点7的接触状态1/0的第二查询A2接下来发生或者被执行。在首次检测到状态变化之后但在发生触点7的首次反弹P之前的时间执行第二查询A2。为了确保剩余足够的时间执行第二查询A2，处理器单元9在触点7处的定期查询A1之间的时间段可保持为短于致动T0与首次反弹P之间的时间。如果接触状态1/0的变化由第二查询A2确认，则处理器单元9第二次改变待定处理的顺序，使得尽可能快地报告该变化。报告经由输出信号S发生，该输出信号S在USB缓存中被存档为数据包S，用于例如经由USB接口输出。
在USB协议中，数据被定期检索，并且利用USB协议的每个周期检索某个量的数据是有效的。因此，为了确保在下一个USB周期中检索到具有关于接触状态1/0的变化的信息的数据包S，输出信号S或数据包S在缓存中被给予优先级。因此，装置1有可能能够在开关5的致动T0之后的1毫秒内报告接触状态1/0的变化。这代表了相比于通常花费10毫秒或者更长的时间来报告接触状态1/0的变化的常规开关5或键盘11的十倍的改进。
图3示出了机械开关5的开关信号的图示。具体地，示出了随时间的开关信号电压曲线。在时间ΔT1的第一部分，信号的电压V低于第一阈值K1。突然地，在开关5的致动T0，电压V跳升高于第二阈值K2。由处理器单元9定期查询触点7或者定期采样开关信号的电压V。在第一时刻A1，触点7被首次查询。在此处理器单元9检测接触状态1/0的变化。之后立即，处理器单元9执行触点7的第二查询A2。第二查询A2发生在接触信号的首次反弹P可能出现之前的时间段内。以这种方式，还避免了电磁干扰能够对接触状态1/0的变化产生影响，并且其形成这样一种情形，即，在执行第二查询A2之前等待干扰抑制时间或去反弹时间Tp。然而，仍然有必要排除触点7的反弹被认作为接触状态1/0从打开到闭合或从闭合到打开的变化的可能性。这通过处理器单元9等待默认时间段ΔT2来实现。例如，该时间段ΔT2可以是预期的去反弹时间Tp的两倍。因此，或者触点9在该时间段ΔT2内不被采样或查询，或者触点7的定期查询A1的结果在处理器单元9中被丢弃。为了记录该时间段或背包时间(backpack time)ΔT2的运行时间的起始，处理器单元可在存储器中寄存具有第一或第二查询的时间戳。
图4示出了根据本发明的实施例的方法的流程图。在第一步骤101中，执行触点7的查询A1。如果检测到触点状态1/0的变化，则在第二步骤102中执行触点7的第二查询A2。如果没有检测到变化，则该方法在第一步骤101处重新开始。如果在第二步骤102中检测到相对于原始接触状态1/0没有变化，则该方法也从第一步骤101的起始处重新开始。在第一步骤101中所检测到的接触状态1/0的变化在第二步骤102中得以确认，两个过程同时被触发。在第三步骤103的第一过程中，报告或提供接触状态1/0的变化。在第四步骤104中被触发的第二过程中，设置标记在其中确认没有接触状态1/0的进一步变化的时间段ΔT2的起始的时间戳。
附图标记
1 装置
3 电路
5 开关或键
7 触点
9 处理器单元
11 键盘
13 USB接口
P 反弹
Tp 去反弹时间
A1 第一查询
A2 第二查询
5a，5b 第一、第二开关
1/0 触点的接触状态
S 输出信号
ΔT1 时间的第一部分
ΔT2 时间段
V 电压
K1 第一阈值
K2 第二阈值

Claims (7)

1.一种具有电路(3)的装置(1)，包括至少一个用于打开和/或闭合电触点(7)的机械开关(5)以及用于执行所述触点(7)的接触状态(1/0)的第一查询(A1)和第二查询(A2)的处理器单元(9)，所述处理器单元(9)进一步用于基于通过所述第一和第二查询(A1，A2)检测到的所述触点(7)的所述接触状态(1/0)的变化的信息来提供输出信号(S)，其特征在于：所述处理器单元(9)被配置为在所述第一查询(A1)之后以时序执行所述第二查询(A2)，以便所述第二查询(A2)先于所述触点(7)的预期的反弹(P)。
2.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于：所述处理器单元(9)被配置为在所述第一查询(A1)之后立即执行所述第二查询(A2)。
3.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于：所述处理器单元(9)被配置为在所述第二查询(A2)之后立即提供所述输出信号(S)。
4.根据前述权利要求中至少一项所述的装置(1)，其特征在于：所述处理器单元(9)被配置为仅当所述触点的默认去反弹时间(Tp)流逝时，检测所述接触状态(1/0)的另一变化。
5.根据前述权利要求中至少一项所述的装置(1)，其特征在于：所述装置(1)包括多个机械开关(5)，其中所述机械开关(5)被实施为键盘(11)上的键(5)。
6.根据前述权利要求中至少一项所述的装置(1)，其特征在于：如果所述装置(1)包括一个以上的机械开关(5)，则所述处理器单元(9)被配置为在执行第二开关(5b)的第一查询(B1)之前执行第一开关(5a)的第二查询(A2)。
7.一种检测机械开关(5)的触点(7)的接触状态(1/0)的变化的方法，其中所述触点(7)为打开和/或闭合，其中执行所述触点(7)的接触状态(1/0)的第一查询(A1)和第二查询(A2)，其中基于通过所述第一和第二查询(A1，A2)检测到的所述触点(7)的所述接触状态(1/0)的变化的信息来提供输出信号(S)，其特征在于：在所述第一查询(A1)之后以时序执行所述第二查询(A2)，以便所述第二查询(A2)先于所述触点(7)的预期的反弹(P)。
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