CN109347483B - 一种触控按键与数码管共用io的控制电路 - Google Patents

一种触控按键与数码管共用io的控制电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种触控按键与数码管共用IO的控制电路，包括触控检测电路以及触控按键，还包括控制单元、数码管驱动电路、一个或多个数码管、公共极输入输出引脚以及八个段位输入输出引脚；数码管的公共极与公共极输入输出引脚连接，数码管的八个段位分别与八个段位输入输出引脚连接，至少一个触控按键与八个段位输入输出引脚中的一个段位输入输出引脚连接；数码管驱动电路与八个段位输入输出引脚连接；触控检测电路至少与所有连接触控按键的段位输入输出引脚连接；本发明通过控制单元控制公共极输入输出引脚以及段位输入输出引脚处于输入状态或输出状态就可以实现数码管驱动以及触控按键的复用，减少控制触控按键与数码管所需的IO引脚数量。

Description

一种触控按键与数码管共用IO的控制电路
〖技术领域〗
本发明涉及触控按键与显示驱动领域，尤其涉及一种触控按键与数码管共用IO的控制电路。
〖背景技术〗
随着多媒体信息查询设备的与日俱增，人们越来越多地谈到触摸屏。现有的触摸屏通常包括触控按键和数码管这些通用的器件。随着电容触控技术的成熟与发展，电容式触控按键得到越来越广泛地应用。
在现有的电路设计中，处理器通常通过不同的输入/输出引脚IO来分别响应电容式触控按键的按压和以及驱动数码管的显示。
但是，当数码管数量较多或电容式触控按键数量较多时，若采用上述的电路设计，则需要微处理器提供非常多的IO引脚，这样不仅造成制造成本的增加，还造成微处理器电路设计灵活度的降低。
〖发明内容〗
本发明的目的在于提供一种触控按键与数码管共用IO的控制电路，减少控制触控按键与数码管所需的IO引脚数量。本发明是这样实现的：
一种触控按键与数码管共用IO的控制电路，包括触控检测电路以及一个或多个触控按键，还包括控制单元、数码管驱动电路、一个或多个数码管、一个或多个公共极输入输出引脚以及八个段位输入输出引脚；一个数码管的公共极与一个公共极输入输出引脚连接，所有数码管的八个段位均分别与八个段位输入输出引脚连接，至少一个触控按键与所述八个段位输入输出引脚中的一个段位输入输出引脚连接；所述数码管驱动电路与所述八个段位输入输出引脚连接；所述触控检测电路与所有连接触控按键的段位输入输出引脚连接；所述控制单元用于控制所述一个或多个公共极输入输出引脚以及八个段位输入输出引脚处于输入状态或输出状态；当所述一个或多个公共极输入输出引脚以及八个段位输入输出引脚处于输出状态时，所述数码管驱动电路输出驱动信号驱动所述一个或多个数码管；当所述八个段位输入输出引脚处于输入状态时，所述触控检测电路检测所述触控按键的状态。
进一步地，所述控制单元输出输入使能信号以及输出使能信号给所述公共极输入输出引脚以及段位输入输出引脚；当所述输入使能信号为高电平，所述输出使能信号为低电平时，所述公共极输入输出引脚以及段位输入输出引脚处于输入状态；当所述输入使能信号为低电平，所述输出使能信号为高电平时，所述公共极输入输出引脚以及段位输入输出引脚处于输出状态。
进一步地，所述公共极输入输出引脚包括输入支路与输出支路，所述输入支路与所述输出支路均与数码管的公共极连接；所述输入支路接收控制单元输出的输入使能信号，并在所述输入使能信号为高电平时导通；所述输出支路接收控制单元输出的输出使能信号以及数码管驱动电路输出的驱动信号，并在所述输出使能信号为高电平时导通，输出驱动信号给所述数码管的公共极。
作为具体的实施方式，所述输出支路包括缓冲器、第一非门、与非门、与门、第一PMOS管以及第一NMOS管；与非门的一个输入端以及与门的一个输入端接收控制单元输出的输出使能信号；缓冲器的输入端以及第一非门的输入端接收数码管驱动单元输出的驱动信号，缓冲器的输出端和与非门的另一个输入端连接，第一非门的输出端和与门的另一个输入端连接；与非门的输出端与第一PMOS管的基极连接，与门的输出端与第一NMOS管的基极连接；第一PMOS管的发射极接+5V电压，第一NMOS管的发射极接地；第一PMOS管的集电极与第一NMOS管的集电极连接，并与数码管的公共极连接。
作为具体的实施方式，所述输入支路包括第二非门、第二PMOS管以及第二NMOS管；第二非门的输入端接收控制单元输出的输入使能信号；第二非门的输出端与第二PMOS管的基极以及第二NMOS管的基极连接；第二PMOS管的发射极与第二NMOS管的发射极连接，第二PMOS管的集电极与第二NMOS管的集电极连接；第二PMOS管的发射极、第二NMOS管的发射极与第一PMOS管的集电极、第一NMOS管的集电极连接。
进一步地，所述段位输入输出引脚包括输入支路与输出支路；所述输入支路以及所述输出支路与数码管的段位连接，连接触控按键的段位输入输出引脚的输入支路还与触控按键以及触控检测电路连接；所述输入支路接收控制单元输出的输入使能信号，并在所述输入使能信号为高电平时导通，将所述触控按键与所述触控检测电路电连接；所述输出支路接收控制单元输出的输出使能信号以及数码管驱动电路输出的驱动信号，并在所述输出使能信号为高电平时导通，输出驱动信号给所述数码管的段位。
作为具体的实施方式，所述输出支路包括缓冲器、第一非门、与非门、与门、第一PMOS管以及第一NMOS管；与非门的一个输入端以及与门的一个输入端接收控制单元输出的输出使能信号；缓冲器的输入端以及第一非门的输入端接收数码管驱动单元输出的驱动信号，缓冲器的输出端和与非门的另一个输入端连接，第一非门的输出端和与门的另一个输入端连接；与非门的输出端与第一PMOS管的基极连接，与门的输出端与第一NMOS管的基极连接；第一PMOS管的发射极接+5V电压，第一NMOS管的发射极接地；第一PMOS管的集电极与第一NMOS管的集电极连接，并与数码管的公共极连接。
作为具体的实施方式，所述输入支路包括第二非门、第二PMOS管以及第二NMOS管；第二非门的输入端接收控制单元输出的输入使能信号；第二非门的输出端与第二PMOS管的基极以及第二NMOS管的基极连接；第二PMOS管的发射极与第二NMOS管的发射极连接，第二PMOS管的集电极与第二NMOS管的集电极连接；第二PMOS管的发射极、第二NMOS管的发射极与第一PMOS管的集电极、第一NMOS管的集电极连接，并与触控按键以及数码管的段位连接；第二PMOS管的集电极和第二NMOS管的集电极与触控检测电路连接。
进一步地，所述控制电路包括多个数码管及分别与所述多个数码管的公共极连接的多个公共极输入输出引脚；所述数码管驱动单元包括COM口扫描信号发生器；所述控制单元与COM口扫描信号发生器连接，控制COM口扫描信号发生器输出多个依次具有一定相位差的扫描信号；所述多个公共极输入输出引脚分别接收所述多个依次具有一定相位差的扫描信号给所述多个数码管的公共极，动态驱动所述多个数码管。
进一步地，所述触控按键的数量为多个；所述触控检测电路包括多路选择器、振荡电路单元以及按键检测单元；所述控制单元控制所述多路选择器以择一选择的方式，按照从小到大的顺序依次选择连接到段位输入输出引脚上的触控按键与振荡电路单元连接；所述按键检测单元与振荡电路单元连接，通过检测振荡电路单元输出的信号频率判断触控按键状态。
进一步地，所述触控检测电路还包括采样单元；所述采样单元用于采样振荡电路单元输出的信号频率，输出采样值给按键检测单元进行检测。
进一步地，所述触控检测电路还包括滤波单元；所述滤波单元对所述采样单元输出的采样值进行差值滤波、平均值滤波以及低通滤波，输出经过滤波后的采样值给按键检测单元进行检测。
进一步地，所述触控按键的数量为多个；所述触控检测电路包括多路选择器、振荡电路单元以及按键检测单元；所述控制单元控制所述多路选择器以择一选择的方式，按照从小到大的顺序依次选择连接到段位输入输出引脚上的触控按键与振荡电路单元连接；所述按键检测单元与振荡电路单元连接，通过检测振荡电路单元输出的信号频率判断触控按键状态。
进一步地，所述触控检测电路还包括采样单元；所述采样单元用于采样振荡电路单元输出的信号频率，输出采样值给按键检测单元进行检测。
进一步地，所述触控检测电路还包括滤波单元；所述滤波单元对所述采样单元输出的采样值进行差值滤波、平均值滤波以及低通滤波，输出经过滤波后的采样值给按键检测单元进行检测。
本发明的有益效果：
本发明通过控制单元控制公共极输入输出引脚以及段位输入输出引脚处于输入状态或输出状态就可以实现数码管驱动以及触控按键的复用，减少控制触控按键与数码管所需的IO引脚数量。进一步地，本发明通过多个公共极输入输出端口输出COM口扫描信号，动态扫描多个数码管节省了驱动多个数码管所选的IO引脚数量，而且功耗更低。进一步地，本发明通过多路选择器实现了多个触控按键的依次扫描检测，操作方便；本发明通过多路选择器将触控按键与振荡电路单元连接，通过按键检测单元检测振荡电路单元输出信号的频率，便可判断触控按键的状态。进一步地，本发明通过采样单元采样振荡电路单元输出信号的频率，由按键检测单元将采样值与基准值进行比较，便可判断触控按键的状态。进一步地，本发明通过滤波单元对采样单元输出的采样值进行差值滤波、平均值滤波以及低通滤波，降低环境干扰对触控按键电容值的影响。
〖附图说明〗
为了更清楚地说明本发明实施例，下面对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍。下面描述中的附图仅仅是本发明中的实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1是本发明实施例一触控按键与数码管共用IO的控制电路的整体结构框图；
图2是本发明实施例一第一选择端A1、第二选择端A2、第三选择端A3数值的时序状态图以及第一触控按键TK1、第二触控按键TK2、第三触控按键TK3、第四触控按键TK4、第五触控按键TK5、第六触控按键TK6、第七触控按键TK7以及第八触控按键TK8连入振荡电路单元的时序状态图；
图3是本发明实施例一振荡电路单元的电路原理图；
图4是本发明实施例一第n段位输入输出引脚的电路原理图；
图5是本发明实施例一公共极输入输出引脚的电路原理图；
图6是本发明实施例二触控按键与数码管共用IO的控制电路的整体结构框图；
图7是本发明实施例二第n个数码管对应的触控按键与数码管共用IO的控制电路的整体结构框图；
图8是本发明实施例二输入第一公共极输入输出引脚……第m公共极输入输出引脚……第m公共极输入输出引脚的COM口扫描信号的时序图；
图9是本发明实施例三触控按键与数码管共用IO的控制电路的整体结构框图；
图10本发明实施例三第一选择端A1、第二选择端A2数值的时序状态图以及第一触控按键TK1、第二触控按键TK2、第三触控按键TK3、第四触控按键TK4连入振荡电路单元的时序状态图。
〖具体实施方式〗
下面结合附图，对本发明进行详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案、优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种触控按键与数码管共用IO的控制电路，包括控制单元、数码管驱动电路、触控检测电路、公共极输入输出引脚IOCOM以及第一段位输入输出引脚IOSEG1、第二段位输入输出引脚IOSEG2、第三段位输入输出引脚IOSEG3、第四段位输入输出引脚IOSEG4、第五段位输入输出引脚IOSEG5、第六段位输入输出引脚IOSEG6、第七段位输入输出引脚IOSEG7、第八段位输入输出引脚IODEG8。
如图1所示，在本实施例中，数码管的数量为一个；所述数码管包括第一发光二极管LED1、第二发光二极管LED2、第三发光二极管LED3、第四发光二极管LED4、第五发光二极管LED5、第六发光二极管LED6、第七发光二极管LED7以及第八发光二极管LED8；所述数码管为共阳极数码管，即第一发光二极管LED1的正极、第二发光二极管LED2的正极、第三发光二极管LED3的正极、第四发光二极管LED4的正极、第五发光二极管LED5的正极、第六发光二极管LED6的正极、第七发光二极管LED7的正极以及第八发光二极管LED8的正极作为公共极COM连接在一起，并与公共极输入输出引脚IOCOM连接；第一发光二极管LED1的负极与第一段位输入输出引脚IOSEG1连接；第二发光二极管LED2的负极与第二段位输入输出引脚IOSEG2连接；第三发光二极管LED3的负极与第三段位输入输出引脚IOSEG3连接；第四发光二极管LED4的负极与第四段位输入输出引脚IOSEG4连接；第五发光二极管LED5的负极与第五段位输入输出引脚IOSEG5连接；第六发光二极管LED6的负极与第六段位输入输出引脚IOSEG6连接；第七发光二极管LED7的负极与第七段位输入输出引脚IOSEG7连接；第八发光二极管LED8的负极与第八段位输入输出引脚IOSEG8连接。
如图1所示，在本实施例中，第一段位输入输出引脚IOSEG1、第二段位输入输出引脚IOSEG2、第三段位输入输出引脚IOSEG3、第四段位输入输出引脚IOSEG4、第五段位输入输出引脚IOSEG5、第六段位输入输出引脚IOSEG6、第七段位输入输出引脚IOSEG7以及第八段位输入输出引脚IOSEG8作为数码管与触控按键共用的IO引脚，还分别与第一触控按键TK1、第二触控按键TK2、第三触控按键TK3、第四触控按键TK4、第五触控按键TK5、第六触控按键TK6、第七触控按键TK7以及第八触控按键TK8连接。
如图1所示，控制单元的输入/输出使能信号输出端与公共极输入输出引脚IOCOM以及第一段位输入输出引脚IOSEG1、第二段位输入输出引脚IOSEG2、第三段位输入输出引脚IOSEG3、第四段位输入输出引脚IOSEG4、第五段位输入输出引脚IOSEG5、第六段位输入输出引脚IOSEG6、第七段位输入输出引脚IOSEG7、第八段位输入输出引脚IOSEG8的输入/输出使能信号输入端连接，输出输入使能信号TK_EN以及输出使能信号LED_OE给公共极输入输出引脚IOCOM以及第一段位输入输出引脚IOSEG1、第二段位输入输出引脚IOSEG2、第三段位输入输出引脚IOSEG3、第四段位输入输出引脚IOSEG4、第五段位输入输出引脚IOSEG5、第六段位输入输出引脚IOSEG6、第七段位输入输出引脚IOSEG7、第八段位输入输出引脚IOSEG8，控制公共极输入输出引脚IOCOM以及第一段位输入输出引脚IOSEG1、第二段位输入输出引脚IOSEG2、第三段位输入输出引脚IOSEG3、第四段位输入输出引脚IOSEG4、第五段位输入输出引脚IOSEG5、第六段位输入输出引脚IOSEG6、第七段位输入输出引脚IOSEG7、第八段位输入输出引脚IOSEG8。处于输入状态或输出状态。
当第一段位输入输出引脚IOSEG1、第二段位输入输出引脚IOSEG2、第三段位输入输出引脚IOSEG3、第四段位输入输出引脚IOSEG4、第五段位输入输出引脚IOSEG5、第六段位输入输出引脚IOSEG6、第七段位输入输出引脚IOSEG7以及第八段位输入输出引脚IOSEG8处于输入状态时，第一触控按键TK1、第二触控按键TK2、第三触控按键TK3、第四触控按键TK4、第五触控按键TK5、第六触控按键TK6、第七触控按键TK7以及第八触控按键TK8分别接入第一段位输入输出引脚IOSEG1、第二段位输入输出引脚IOSEG2、第三段位输入输出引脚IOSEG3、第四段位输入输出引脚IOSEG4、第五段位输入输出引脚IOSEG5、第六段位输入输出引脚IOSEG6、第七段位输入输出引脚IOSEG7以及第八段位输入输出引脚IOSEG8，由触控检测电路检测第一触控按键TK1、第二触控按键TK2、第三触控按键TK3、第四触控按键TK4、第五触控按键TK5、第六触控按键TK6、第七触控按键TK7以及第八触控按键TK8的按键状态。
当控制公共极输入输出引脚IOCOM、第一段位输入输出引脚IOSEG1、第二段位输入输出引脚IOSEG2、第三段位输入输出引脚IOSEG3、第四段位输入输出引脚IOSEG4、第五段位输入输出引脚IOSEG5、第六段位输入输出引脚IOSEG6、第七段位输入输出引脚IOSEG7以及第八段位输入输出引脚IOSEG8处于输出状态时，数码管驱动电路输出COM口扫描信号给公共极输入输出引脚IOCOM，输出SEG口扫描信号给第一段位输入输出引脚IOSEG1、第二段位输入输出引脚IOSEG2、第三段位输入输出引脚IOSEG3、第四段位输入输出引脚IOSEG4、第五段位输入输出引脚IOSEG5、第六段位输入输出引脚IOSEG6、第七段位输入输出引脚IOSEG7以及第八段位输入输出引脚IOSEG8，驱动数码管。
如图1所示，数码管驱动电路包括COM口扫描信号发生器以及SEG口扫描信号发生器；控制单元的扫描控制信号输出端与COM口扫描信号发生器的扫描控制信号输入端，控制COM口扫描信号发生器产生一定频率和相位的COM口扫描信号给公共极输入输出引脚IOCOM，由公共极输入输出引脚IOCOM输出高电平或低电平给第一发光二极管LED1的正极、第二发光二极管LED2的正极、第三发光二极管LED3的正极、第四发光二极管LED4的正极、第五发光二极管LED5的正极、第六发光二极管LED6的正极、第七发光二极管LED7的正极以及第八发光二极管LED8的正极；控制单元的扫描控制信号输出端与SEG口扫描信号发生器的扫描控制信号输入端连接，控制SEG口扫描信号发生器产生一定频率和相位的第一SEG口扫描信号给第一段位输入输出引脚IOSEG1、第二段位输入输出引脚IOSEG2、第三段位输入输出引脚IOSEG3、第四段位输入输出引脚IOSEG4、第五段位输入输出引脚IOSEG5、第六段位输入输出引脚IOSEG6、第七段位输入输出引脚IOSEG7、第八段位输入输出引脚IOSEG8，由第一段位输入输出引脚IOSEG1、第二段位输入输出引脚IOSEG2、第三段位输入输出引脚IOSEG3、第四段位输入输出引脚IOSEG4、第五段位输入输出引脚IOSEG5、第六段位输入输出引脚IOSEG6、第七段位输入输出引脚IOSEG7、第八段位输入输出引脚IOSEG8分别输出高电平或低电平给第一发光二极管LED1的负极、第二发光二极管LED2的负极、第三发光二极管LED3的负极、第四发光二极管LED4的负极、第五发光二极管LED5的负极、第六发光二极管LED6的负极、第七发光二极管LED7的负极以及第八发光二极管LED8的负极。
如图1所示，触控检测电路包括多路选择器、振荡电路单元、采样单元以及按键检测单元；多路选择器为八选一多路选择器，包括第一输入端D1、第二输入端D2、第三输入端D3、第四输入端D4、第五输入端D5、第六输入端D6、第七输入端D7、第八输入端D8、第一选择端A1、第二选择端A2、第三选择端A3以及输出端Y。
如图1所示，第一输入端D1、第二输入端D2、第三输入端D3、第四输入端D4、第五输入端D5、第六输入端D6、第七输入端D7以及第八输入端D8分别与第一段位输入输出引脚IOSEG1、第二段位输入输出引脚IOSEG2、第三段位输入输出引脚IOSEG3、第四段位输入输出引脚IOSEG4、第五段位输入输出引脚IOSEG5、第六段位输入输出引脚IOSEG6、第七段位输入输出引脚IOSEG7以及第八段位输入输出引脚IOSEG8连接，并在第一段位输入输出引脚IOSEG1、第二段位输入输出引脚IOSEG2、第三段位输入输出引脚IOSEG3、第四段位输入输出引脚IOSEG4、第五段位输入输出引脚IOSEG5、第六段位输入输出引脚IOSEG6、第七段位输入输出引脚IOSEG7以及第八段位输入输出引脚IOSEG8处于输出状态时，分别与第一触控按键TK1、第二触控按键TK2、第三触控按键TK3、第四触控按键TK4、第五触控按键TK5、第六触控按键TK6、第七触控按键TK7以及第八触控按键TK8连接。
如图1所示，控制单元与多路选择器的第一选择端A1、第二选择端A2、第三选择端A3，分别0或者1给第一选择端A1，输出0或者1给第二选择端A2，输出0或者1给第三选择端A3；多路选择器根据第一选择端A1、第二选择端A2以及第三选择端A3的数值，在第一触控按键TK1、第二触控按键TK2、第三触控按键TK3、第四触控按键TK4、第五触控按键TK5、第六触控按键TK6、第七触控按键TK7以及第八触控按键TK8中选择一个与多路选择器的输出端Y连接，多路选择器的输出端Y与振荡电路单元连接，即多路选择器根据第一选择端A1、第二选择端A2以及第三选择端A3的数值，在第一触控按键TK1、第二触控按键TK2、第三触控按键TK3、第四触控按键TK4、第五触控按键TK5、第六触控按键TK6、第七触控按键TK7以及第八触控按键TK8中选择一个与振荡电路单元连接。
如图2所示，当第一选择端A1＝0，第二选择端A2＝0，第三选择端A3＝0时，多路选择器的输出端Y与第一输入端D1连接，即与第一触控按键TK1连接(如图2所示，TK1为1代表第一触控按键TK1与振荡电路连接)；当第一选择端A1＝0，第二选择端A2＝0，第三选择端A3＝1时，多路选择器的输出端Y与第二输入端D2连接，即与第二触控按键TK2连接(如图2所示，TK2为1代表第二触控按键TK2与振荡电路连接)；当第一选择端A1＝0，第二选择端A2＝1，第三选择端A3＝0时，多路选择器的输出端Y与第三输入端D3连接，即与第三触控按键TK3连接(如图2所示，TK3为1代表第三触控按键TK3与振荡电路连接)；当第一选择端A1＝0，第二选择端A2＝1，第三选择端A3＝1时，多路选择器的输出端Y与第四输入端D4连接，即与第四触控按键TK4连接(如图2所示，TK4为1代表第四触控按键TK4与振荡电路连接)；当第一选择端A1＝1，第二选择端A2＝0，第三选择端A3＝0时，多路选择器的输出端Y与第五输入端D5连接，即与第五触控按键TK5连接(如图2所示，TK5为1代表第五触控按键TK5与振荡电路连接)；当第一选择端A1＝1，第二选择端A2＝0，第三选择端A3＝1时，多路选择器的输出端Y与第六输入端D6连接，即与第六触控按键TK6连接(如图2所示，TK6为1代表第六触控按键TK6与振荡电路连接)；当第一选择端A1＝1，第二选择端A2＝1，第三选择端A3＝0时，多路选择器的输出端Y与第七输入端D7连接，即与第七触控按键TK7连接(如图2所示，TK7为1代表第七触控按键TK7与振荡电路连接)；当第一选择端A1＝1，第二选择端A2＝1，第三选择端A3＝1时，多路选择器的输出端Y与第八输入端D8连接，即与第八触控按键TK8连接(如图2所示，TK8为1代表第八触控按键TK8与振荡电路连接)。
如图2所示，当控制单元循环输出00001111给第一选择端A1，循环输出00110011给第二选择端A2，循环输出01010101给第三选择端A3时，多路选择器按照第一触控按键TK1、第二触控按键TK2、第三触控按键TK3、第四触控按键TK4、第五触控按键TK5、第六触控按键TK6、第七触控按键TK7以及第八触控按键TK8的顺序依次选择一个触控按键与振荡电路单元连接。
如图3所示，振荡电路单元包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1以及比较器；比较器的反相输入端与多路选择器的输出端Y、第一电阻R1的一端以及第一电容C1的一端连接，第一电容C1的另一端接地，第一电阻R1的另一端与第四电阻R4的一端以及比较器的输出端连接；比较器的同相输入端与第二电阻R2的一端、第三电阻R3的一端以及第四电阻R4的另一端连接，第二电阻R2的另一端接+5V电压，第三电阻R3的另一端接地；比较器的输出端输出振荡信号(在本实施例中为方波信号)。
在本实施例中，第一触控按键TK1、第二触控按键TK2、第三触控按键TK3、第四触控按键TK4、第五触控按键TK5、第六触控按键TK6、第七触控按键TK7以及第八触控按键TK8均为电容触控按键；当第n(n＝1，2，3，4，5，6，7，8)触控按键TKn与振荡电路单元连接，且第n触控按键TKn被触摸时，第n触控按键TKn的电容增加，导致振荡电路单元输出的振荡信号频率降低。
如图1所示，采样单元与振荡电路单元连接，用于采样振荡电路单元输出的振荡信号的频率；控制单元与采样单元连接，输出采样控制信号给采样单元，控制采样单元的采样速率；滤波单元与采样单元连接，用于对采样单元输出的采样值进行差值滤波、平均值滤波以及低通滤波，并输出滤波后的采样值发送给按键检测单元；当按键检测单元检测到采样值超出设定的频率阈值时，按键检测单元显示触摸状态。
在本实施例中，滤波单元接收采样单元采样得到的多个连续采样值，得到最大值与最小值的差值，当最大值与最小值的差值大于差值阈值时，滤波单元将所述多个连续采样值滤除；滤波单元接收采样单元采样得到的多个连续采样值，得到采样值的平均值，当采样值的平均值大于平均值阈值时，滤波单元将所述多个连续采样值滤除；滤波单元滤除采样单元输出的采样值中的高频采样值；滤波单元可以有效消除外部环境干扰对触控按键电容的影响。
如图4所示，第n段位输入输出引脚IOSEGn包括缓冲器BUFFERn、第一非门INV1n、第二非门INV2n、与非门NANDn、与门ANDn、第一PMOS管PMOS1n、第一NMOS管NMOS1n、第二PMOS管PMOS2n以及第二NMOS管NMOS2n，n＝1，2，3，4，5，6，7，8。
如图4所示，缓冲器BUFFERn、第一非门INV1n、与非门NANDn、与门ANDn、第一PMOS管PMOS1n以及第一NMOS管NMOS1n组成了第n段位输入输出引脚IOSEGn的输出支路；与非门NANDn的一个输入端以及与门ANDn的一个输入端接收控制单元输出的输出使能信号LED_OE；缓冲器BUFFERn的输入端以及第一非门INV1n的输入端接收SEG扫描信号生成单元输出的SEG口扫描信号，缓冲器BUFFERn的输出端和与非门NANDn的另一个输入端连接，第一非门INV1n的输出端和与门ANDn的另一个输入端连接；与非门NANDn的输出端与第一PMOS管PMOS1n的基极连接，与门ANDn的输出端与第一NMOS管NMOS1n的基极连接；第一PMOS管PMOS1n的发射极接+5V，第一NMOS管NMOS1n的发射极接地，第一PMOS管PMOS1n的集电极与第一NMOS管NMOS1n的集电极连接。
如图4所示，第二非门INV2n、第二PMOS管PMOS2n以及第二NMOS管NMOS2n组成了第n段位输入输出引脚IOSEGn的输出支路；第二非门INV2n的输入端接收控制单元输出的输入使能信号TK_EN；第二非门INV2n的输出端与第二PMOS管PMOS2n的基极以及第二NMOS管NMOS2n的基极连接；第二PMOS管PMOS2n的集电极与第二NMOS管NMOS2n的集电极连接，并与多路选择器的第n个选择端连接；第二PMOS管PMOS2n的发射极、第二NMOS管NMOS2n与第一PMOS管PMOS1n集电极、第一NMOS管NMOS1n的集电极连接，并与第n个发光二极管LEDn的负极以及第n个触控按键TKn连接，第n个发光二极管LEDn的正极与公共极输入输出引脚IOCOM连接。
在本实施例中，当控制单元输出的输入使能信号TK_EN为高电平，输出使能信号LED_OE为低电平时，第n段位输入输出引脚IOSEGn处于输入状态，第二PMOS管PMOS2n与第二NMOS管NMOS2n导通，即第n段位输入输出引脚IOSEGn的输入支路导通，第n个触控按键TKn通过第n段位输入输出引脚IOSEGn的输入支路与多路选择器的第n个输入端连接，第一PMOS管PMOS1n与第一NMOS管NMOS1n断开，即第n段位输入输出引脚IOSEGn的输出支路断开，即使SEG口扫描信号发生器输出SEG口扫描信号，第一PMOS管PMOS1n的集电极无法输出高电平且，第一NMOS管NMOS1n的集电极无法输出低电平给第n个发光二极管LEDn的负极；当控制单元输出的输入使能信号TK_EN为高电平，输出使能信号LED_OE为低电平，且SEG口扫描信号为高电平时，第n段位输入输出引脚IOSEGn处于输出状态，第一PMOS管PMOS1n导通，第一NMOS管NMOS1n断开，第二PMOS管PMOS2n与第二NMOS管NMOS2n断开，即第n段位输入输出引脚IOSEGn的输入支路断开，第一PMOS管PMOS1的集电极输出高电平给第n个发光二极管LEDn的负极；当控制单元输出的输入使能信号TK_EN为高电平，输出使能信号LED_OE为低电平，且COM口扫描信号为高电平时，第n段位输入输出引脚IOSEGn处于输出状态，第一PMOS管PMOS1n断开，第一NMOS管NMOS1n导通，第二PMOS管PMOS2n与第二NMOS管NMOS2n断开，即第n段位输入输出引脚IOSEGn的输入支路断开，第一NMOS管NMOS1n导通的集电极输出低电平给第n个发光二极管LEDn的负极。
当控制单元输出的输入使能信号TK_EN为高电平，输出使能信号LED_OE为低电平时，第一段位输入输出引脚IOSEG1、第二段位输入输出引脚IOSEG2、第三段位输入输出引脚IOSEG3、第四段位输入输出引脚IOSEG4、第五段位输入输出引脚IOSEG5、第六段位输入输出引脚IOSEG6、第七段位输入输出引脚IOSEG7以及第八段位输入输出引脚IOSEG8均处于输出状态时，第一触控按键TK1、第二触控按键TK2、第三触控按键TK3、第四触控按键TK4、第五触控按键TK5、第六触控按键TK6、第七触控按键TK7以及第八触控按键TK8分别与多路选择器的第一输入端D1、第二输入端D2、第三输入端D3、第四输入端D4、第五输入端D5、第六输入端D6、第七输入端D7以及第八输入端D8连接，多路选择器在控制单元输出的控制下，依次循环选择第一触控按键TK1、第二触控按键TK2、第三触控按键TK3、第四触控按键TK4、第五触控按键TK5、第六触控按键TK6、第七触控按键TK7以及第八触控按键TK8中的一个与振荡电路单元连接，进而可由按键检测单元检测得到第一触控按键TK1、第二触控按键TK2、第三触控按键TK3、第四触控按键TK4、第五触控按键TK5、第六触控按键TK6、第七触控按键TK7以及第八触控按键TK8的是否被触摸。
如图5所示，公共极输入输出引脚IOCOM包括缓冲器BUFFER、第一非门INV1、第二非门INV2、与非门NAND、与门AND、第一PMOS管PMOS1、第一NMOS管NMOS1、第二PMOS管PMOS2以及第二NMOS管NMOS2。
如图5所示，缓冲器BUFFER、第一非门INV1、与非门NAND、与门AND、第一PMOS管PMOS1以及第一NMOS管NMOS1组成了公共极输入输出引脚IOCOM的输出支路；与非门NAND的一个输入端以及与门AND的一个输入端接收控制单元输出的输出使能信号LED_OE；缓冲器BUFFER的输入端以及第一非门INV1的输入端接收COM扫描信号生成单元输出COM口扫描信号，缓冲器BUFFER的输出端和与非门NAND的另一个输入端连接，第一非门INV1的输出端和与门AND的另一个输入端连接；与非门NAND的输出端与第一PMOS管PMOS1的基极连接，与门AND的的输出端与第一NMOS管NMOS1的基极连接；第一PMOS管PMOS1的发射极接+5V电压，第一NMOS管NMOS1的发射极接地，第一PMOS管PMOS1的集电极与第一NMOS管NMOS1的集电极连接。
如图5所示，第二非门INV2、第二PMOS管PMOS2以及第二NMOS管NMOS2组成了公共极输入输出引脚IOCOM的输出支路；第二非门INV2的输入端接收控制单元输出的输入使能信号TK_EN；第二非门INV2的输出端与第二PMOS管PMOS2的基极以及第二NMOS管NMOS2的基极连接；第二PMOS管PMOS2的发射极与第二NMOS管NMOS2的发射极连接，第二PMOS管PMOS2的集电极与第二NMOS管NMOS2的集电极连接，第二PMOS管PMOS2的发射极、第二NMOS管NMOS2的发射极与第一PMOS管PMOS1的集电极、第一NMOS管NMOS1的集电极连接；第一PMOS管PMOS1的集电极和第一NMOS管NMOS1的集电极与第一发光二极管LED1的正极、第二发光二极管LED2的正极、第三发光二极管LED3的正极、第四发光二极管LED4的正极、第五发光二极管LED5的正极、第六发光二极管LED6的正极、第七发光二极管LED7的正极以及第八发光二极管LED8的正极连接，第一发光二极管LED1的负极、第二发光二极管LED2的负极、第三发光二极管LED3的负极、第四发光二极管LED4的负极、第五发光二极管LED5的负极、第六发光二极管LED6的负极、第七发光二极管LED7的负极以及第八发光二极管LED8的负极分别与第一段位输入输出引脚IOSEG1、第二段位输入输出引脚IOSEG2、第三段位输入输出引脚IOSEG3、第四段位输入输出引脚IOSEG4、第五段位输入输出引脚IOSEG5、第六段位输入输出引脚IOSEG6、第七段位输入输出引脚IOSEG7以及第八段位输入输出引脚IOSEG8。
在本实施例中，当控制单元输出的输入使能信号TK_EN为高电平，输出使能信号LED_OE为低电平时，公共极输入输出引脚IOCOM处于输入状态，第一PMOS管PMOS1与第一NMOS管NMOS1断开，即公共极输入输出引脚IOCOM的输入支路导通，第二PMOS管PMOS2与第二NMOS管NMOS2导通，即公共极输入输出引脚IOCOM的输出支路处于断开，即使COM口扫描信号发生器输出COM口扫描信号，第一PMOS管PMOS1的集电极无法输出高电平且第一NMOS管NMOS1的集电极无法输出低电平给第一发光二极管LED1的正极、第二发光二极管LED2的正极、第三发光二极管LED3的正极、第四发光二极管LED4的正极、第五发光二极管LED5的正极、第六发光二极管LED6的正极、第七发光二极管LED7的正极以及第八发光二极管LED8的正极；当控制单元输出的输入使能信号TK_EN为高电平，输出使能信号LED_OE为低电平，且COM口扫描信号为高电平时，公共极输入输出引脚IOCOM处于输出状态，第二PMOS管PMOS2与第二NMOS管NMOS2断开，即公共极输入输出引脚IOCOM的输入支路断开，第一PMOS管PMOS1导通，第一NMOS管NMOS1断开，第一PMOS管PMOS1的集电极输出高电平给第一发光二极管LED1的正极、第二发光二极管LED2的正极、第三发光二极管LED3的正极、第四发光二极管LED4的正极、第五发光二极管LED5的正极、第六发光二极管LED6的正极、第七发光二极管LED7的正极以及第八发光二极管LED8的正极；当控制单元输出的输入使能信号TK_EN为高电平，输出使能信号LED_OE为低电平，且COM口扫描信号为高电平时，公共极输入输出引脚IOCOM处于输出状态，第二PMOS管PMOS2与第二NMOS管NMOS2断开，即公共极输入输出引脚IOCOM的输入支路断开，第一PMOS管PMOS1断开，第一NMOS管NMOS1导通，第一NMOS管NMOS1的集电极输出低电平给第一发光二极管LED1的正极、第二发光二极管LED2的正极、第三发光二极管LED3的正极、第四发光二极管LED4的正极、第五发光二极管LED5的正极、第六发光二极管LED6的正极、第七发光二极管LED7的正极以及第八发光二极管LED8的正极。
实施例二
如图6所示，在本实施例与实施例一的区别在于：数码管的数量是N个，N为大于等于2的整数；N个数码管包括第一数码管……第m数码管……第N数码管，触控按键与数码管共用IO的控制电路包括第一公共极输入输出引脚IOCOM1……第m公共极输入输出引脚IOCOMm……第N公共极输入输出引脚IOCOMN，1≤m≤N，m为整数。
如图7所示，在本实施例中，第m数码管包括第一发光二极管LED1m、第二发光二极管LED2m、第三发光二极管LED3m、第四发光二极管LED4m、第五发光二极管LED5m、第六发光二极管LED6m、第七发光二极管LED7m以及第八发光二极管LED8m；第m数码管为共阳极数码管，即第一发光二极管LED1m的正极、第二发光二极管LED2m的正极、第三发光二极管LED3m的正极、第四发光二极管LED4m的正极、第五发光二极管LED5m的正极、第六发光二极管LED6m的正极、第七发光二极管LED7m的正极以及第八发光二极管LED8m的正极作为公共极COM连接在一起，并与第m公共极输入输出引脚IOCOMm连接；第一发光二极管LED1m的负极与第一段位输入输出引脚IOSEG1连接；第二发光二极管LED2m的负极与第二段位输入输出引脚IOSEG2连接；第三发光二极管LED3m的负极与第三段位输入输出引脚IOSEG3连接；第四发光二极管LED4m的负极与第四段位输入输出引脚IOSEG4连接；第五发光二极管LED5m的负极与第五段位输入输出引脚IOSEG5连接；第六发光二极管LED6m的负极与第六段位输入输出引脚IOSEG6连接；第七发光二极管LED7m的负极与第七段位输入输出引脚IOSEG7连接；第八发光二极管LED8m的负极与第八段位输入输出引脚IOSEG8连接。
如图8所示，COM口扫描信号发生器输出给第一公共极输入输出引脚IOCOM1……第m公共极输入输出引脚IOCOMm……第N公共极输入输出引脚IOCOMN的COM扫描信号依次拉为高电平，即当控制单元输出的输入使能信号TK_EN为高电平，输出使能信号LED_OE为低电平，且COM口扫描信号为高电平时，第一公共极输入输出引脚IOCOM1……第m公共极输入输出引脚IOCOMm……第N公共极输入输出引脚IOCOMN均处于输出状态时，第一公共极输入输出引脚IOCOM1……第m公共极输入输出引脚IOCOMm……第N公共极输入输出引脚IOCOMN的第一PMOS1管PMOS1的集电极输出依次输出高电平给第一数码管……第m数码管……第N数码管的所有发光二极管的正极；当控制单元输出的输入使能信号TK_EN为高电平，输出使能信号LED_OE为低电平，且COM口扫描信号为高电平时，第一公共极输入输出引脚IOCOM1……第m公共极输入输出引脚IOCOMm……第N公共极输入输出引脚IOCOMN均处于输出状态，第一公共极输入输出引脚IOCOM1……第m公共极输入输出引脚IOCOMm……第N公共极输入输出引脚IOCOMN的第一NMOS管NMOS1的集电极依次输出低电平给第一数码管……第m数码管……第N数码管的所有发光二极管的正极。
在本实施例中，COM口扫描信号发生器输出给第一公共极输入输出引脚IOCOM1……第m公共极输入输出引脚IOCOMm……第N公共极输入输出引脚IOCOMN的COM扫描信号的频率等于50HZ；第一数码管……第m数码管……第N数码管轮流显示过程中，每个数码管的点亮时间为1ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各个数码管并非同时点亮，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感。
在本实施例中，数码管驱动电路采用动态显示驱动，节省大量的I/O端口，而且功耗更低。
在本实施例，一种触控按键与数码管共用IO的控制方法包括以下步骤：开始；控制单元输出输入输出使能信号控制N个公共极输入输出引脚以及八个段位输入输出引脚处于输出状态，数码管驱动电路依次扫描N个数码管；当数码管驱动电路完成N个数码管的扫描后，控制单元控制N个公共极输入输出引脚以及八个段位输入输出引脚处于输入状态；多路选择器依次扫描八个触控按键，将八个触控按键依次与振荡电路单元连接；采样单元采样振荡电路单元输出的振荡信号的频率，输出采样值给滤波单元；滤波单元接收采样单元采样得到的多个连续采样值，得到最大值与最小值的差值，当最大值与最小值的差值大于滤波单元设定的差值阈值时，滤波单元滤除所述多个连续采样值；当所述最大值与最小值的差值小于滤波单元设定的差值阈值时，滤波单元计算所述多个连续采样值的平均值，当所述平均值大于滤波单元设定的平均值阈值时，滤波单元滤除所述多个连续采样值；当所述平均值小于滤波单元设定的平均值阈值时，滤波单元滤除所述多个采样值中的高频采样值，并将滤波处理后的采样值发送给按键检测单元；当采样值大于按键检测单元设定的基准值时，按键检测单元判断触控按键处于触摸状态；当采样值小于等于按键检测单元设定的基准值时，按键检测单元判断触控按键处于未触摸状态。
实施例三
如图9所示，本实施例与实施例一的区别在于：触控按键的数量是四个，包括第一触控按键TK1、第二触控按键TK2、第三触控按键TK3以及第四触控按键TK4；多路选择器为四选一多路选择器，包括四个输入端与两个选择端；四个输入端包括第一输入端D1、第二输入端D2、第三输入端D3以及第四输入端D4；两个选择端包括第一选择端A1以及第二选择端A2。
如图10所示，当第一选择端A1＝0，第二选择端A2＝0时，多路选择器将第一触控按键TK1与振荡电路单元连接；当第一选择端A1＝0，第二选择端A2＝1时，多路选择器将第二触控按键TK2与振荡电路单元连接；当第一选择端A1＝1，第二选择端A2＝0时，多路选择器将第三触控按键TK3与振荡电路单元连接；当第一选择端A1＝1，第二选择端A2＝1时，多路选择器将第四触控按键TK4与振荡电路单元连接。
以上所述仅是本发明的优选实施例，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种触控按键与数码管共用IO的控制电路，包括触控检测电路以及触控按键，其特征在于：还包括控制单元、数码管驱动电路、数码管、公共极输入输出引脚以及八个段位输入输出引脚；每个数码管的公共极与一个公共极输入输出引脚对应连接，所有数码管的八个段位均分别与八个段位输入输出引脚连接，每个触控按键与所述八个段位输入输出引脚中的一个段位输入输出引脚对应连接；所述数码管驱动电路与所述八个段位输入输出引脚连接；所述触控检测电路与所有连接有触控按键的所述段位输入输出引脚连接；所述控制单元用于控制所述公共极输入输出引脚以及八个段位输入输出引脚处于输入状态或输出状态；当所述公共极输入输出引脚以及八个段位输入输出引脚处于输出状态时，所述数码管驱动电路输出驱动信号驱动所述数码管；当所述八个段位输入输出引脚处于输入状态时，所述触控检测电路检测所述触控按键的状态；
所述控制单元输出输入使能信号以及输出使能信号给所述公共极输入输出引脚以及段位输入输出引脚；当所述输入使能信号为高电平，所述输出使能信号为低电平时，所述公共极输入输出引脚以及段位输入输出引脚处于输入状态；当所述输入使能信号为低电平，所述输出使能信号为高电平时，所述公共极输入输出引脚以及段位输入输出引脚处于输出状态；
所述段位输入输出引脚包括输入支路与输出支路；所述输入支路以及所述输出支路与数码管的段位连接，连接触控按键的段位输入输出引脚的输入支路还与触控按键以及触控检测电路连接；所述输入支路接收控制单元输出的输入使能信号，并在所述输入使能信号为高电平时导通，将所述触控按键与所述触控检测电路电连接；所述输出支路接收控制单元输出的输出使能信号以及数码管驱动电路输出的驱动信号，并在所述输出使能信号为高电平时导通，输出驱动信号给所述数码管的段位；
所述公共极输入输出引脚包括输出支路，所述输出支路与数码管的公共极连接；所述输出支路接收控制单元输出的输出使能信号以及数码管驱动电路输出的驱动信号，并在所述输出使能信号为高电平时导通，输出驱动信号给所述数码管的公共极；
所述段位输入输出引脚和公共极输入输出引脚的输入输出支路具有相同结构；
所述输出支路包括缓冲器、第一非门、与非门、与门、第一PMOS管以及第一NMOS管；与非门的一个输入端以及与门的一个输入端接收控制单元输出的输出使能信号；缓冲器的输入端以及第一非门的输入端接收数码管驱动单元输出的驱动信号,缓冲器的输出端和与非门的另一个输入端连接，第一非门的输出端和与门的另一个输入端连接；与非门的输出端与第一PMOS管的基极连接，与门的输出端与第一NMOS管的基极连接；第一PMOS管的发射极接+5V电压，第一NMOS管的发射极接地；第一PMOS管的集电极与第一NMOS管的集电极连接，并与数码管的公共极连接；
所述输入支路包括第二非门、第二PMOS管以及第二NMOS管；第二非门的输入端接收控制单元输出的输入使能信号；第二非门的输出端与第二PMOS管的基极以及第二NMOS管的基极连接；第二PMOS管的发射极与第二NMOS管的发射极连接，第二PMOS管的集电极与第二NMOS管的集电极连接；第二PMOS管的发射极、第二NMOS管的发射极与第一PMOS管的集电极、第一NMOS管的集电极连接，并与触控按键以及数码管的段位连接；第二PMOS管的集电极和第二NMOS管的集电极与触控检测电路连接。
2.根据权利要求1所述的触控按键与数码管共用IO的控制电路，其特征在于：所述控制电路包括多个数码管及分别与所述多个数码管的公共极连接的多个公共极输入输出引脚；所述数码管驱动单元包括COM口扫描信号发生器；所述控制单元与COM口扫描信号发生器连接，控制COM口扫描信号发生器输出多个依次具有一定相位差的扫描信号；所述多个公共极输入输出引脚输出所述多个依次具有一定相位差的扫描信号给所述多个数码管的公共极，动态驱动所述多个数码管。
3.根据权利要求2所述的触控按键与数码管共用IO的控制电路，其特征在于：所述触控按键的数量为多个；所述触控检测电路包括多路选择器、振荡电路单元以及按键检测单元；所述控制单元控制所述多路选择器以择一选择的方式，按照从小到大的顺序依次选择连接到段位输入输出引脚上的触控按键与振荡电路单元连接；所述按键检测单元与振荡电路单元连接，通过检测振荡电路单元输出的信号频率判断触控按键状态。
4.根据权利要求1所述的触控按键与数码管共用IO的控制电路，其特征在于：所述触控按键的数量为多个；所述触控检测电路包括多路选择器、振荡电路单元以及按键检测单元；所述控制单元控制所述多路选择器以择一选择的方式，按照从小到大的顺序依次选择连接到段位输入输出引脚上的触控按键与振荡电路单元连接；所述按键检测单元与振荡电路单元连接，通过检测振荡电路单元输出的信号频率判断触控按键状态。
5.根据权利要求4所述的触控按键与数码管共用IO的控制电路，其特征在于：所述触控检测电路还包括采样单元与滤波单元；所述采样单元用于采样振荡电路单元输出的信号频率，输出采样值给按键检测单元进行检测；所述滤波单元对所述采样单元输出的采样值进行差值滤波、平均值滤波以及低通滤波，输出经过滤波后的采样值给按键检测单元进行检测。
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