CN109407854A - 带midi控制器功能的计算机键盘 - Google Patents

带midi控制器功能的计算机键盘 Download PDF

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Abstract

一种带MIDI控制器功能的计算机键盘，包括：编辑键；MIDI功能器件，为旋转电位器、滑动电位器，功能按键和打击垫中的一种/两种/三种/四种的组合。中央处理单元对通过编辑键或MIDI功能器件输入的模拟数据进行逻辑处理，处理后得到对应的数字数据通过通讯单元传输给计算机。通讯单元，通过串行通讯和中央处理单元相连。通讯单元负责和计算机建立有线或者无线的连接，并且负责中央处理单元和计算机之间数据信息的交互。本发明不仅带有普通计算机键盘的各种编辑键，而且还带有MIDI功能器件。这种键盘在有线连接时只需要占用计算机一个物理接口。在采用无线通信连接的时候也只需要计算机支持一种无线通讯方式，或者只安装一个无线接收器即可实现。

Description

带MIDI控制器功能的计算机键盘
技术领域
本发明涉及键盘，特别是涉及带MIDI键盘功能的新型键盘。
背景技术
键盘是用户使用计算机时用于输入数据的必备设备。这里的计算机包括个人计算机，移动通讯终端和平板电脑。普通的计算机键盘一般会包括数字、字母和符号等按键，有的还会包含若干个功能按键。功能按键的目的是在按压按键的时候出发一个或者一个系列的指定操作。有的键盘还会内嵌一个触摸面板或者轨迹球，从而可以实现屏幕光标的移动。
对于利用计算机来从事音乐制作，编辑和演奏的用户，他们还会用到一种控制设备叫MIDI(乐器数字接口)键盘。MIDI键盘一般会包括若干旋钮控制电位器，滑动电位器或者打击垫等操作界面。用户操作这些操作界面时，MIDI键盘会发送相应的MIDI信息给所连接的计算机。
普通键盘和MIDI键盘一般通过以下两种通讯连接方式实现与计算机的通讯。一种是有线通讯连接方式，比较通用的形式是USB(通用串行总线)。另外一种是无线通讯连接方式，比较通用的是私有的无线通讯协议或者标准的蓝牙通讯协议。
对于有些计算机或者某些实际使用情况下，可能会出现可供使用的有线通讯接口的数量不够，计算机不能够提供足够的有线通讯接口同时连接普通键盘和MIDI键盘。对于无线连接的方式情况下，也存在普通键盘和MIDI键盘可能都需要在计算机上各自安装一个接收器才能实现有效通讯连接的情况。而这种使用场景下也会出现和有线连接时遇到的相同的通讯接口数量不够的问题。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种带MIDI控制器功能的计算机键盘。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是：
本发明提供一种带MIDI控制器功能的计算机键盘，包括：
编辑键，包括字母键、数字键、符号键、功能键。
MIDI功能器件，包括旋转电位器、滑动电位器、功能按键或/和打击垫。
中央处理单元对通过编辑键或MIDI功能器件输入的模拟数据进行逻辑处理，处理后得到对应的数字数据通过通讯单元传输给计算机。
通讯单元，通过串行通讯和中央处理单元相连。通讯单元负责和计算机建立有线或者无线的连接，并且负责中央处理单元和计算机之间数据信息的交互。
编辑键与中央处理单元中的编辑键输入输出模块连接。各编辑键对应普通键盘上的各编辑键，其功能与普通键盘上的各编辑键的功能相同。
MIDI功能器件，为旋转电位器、滑动电位器，功能按键和打击垫中的一种/两种/三种/四种的组合。旋转电位器、滑动电位器、打击垫、功能按键的数量不限，可以为多个。各MIDI功能器件与中央处理单元的MIDI功能器件输入输出模块或者模数转换模块连接。
本发明提供的带MIDI控制器的计算机键盘，不仅带有普通计算机键盘的各种编辑键包括但不限于所有的字母键、数字键、符号键以及功能键(方向键、回车键等)，而且还带有MIDI功能器件即旋转电位器、滑动电位器、打击垫和功能按键。这种键盘在有线连接时只需要占用计算机一个物理接口。在采用无线通信连接的时候也只需要计算机支持一种无线通讯方式，或者只安装一个无线接收器即可实现。
旋转电位器包括电位器和旋钮帽。滑动电位器包括电位器和键帽。旋转旋转电位器的旋钮帽或者滑动滑动电位器的键帽的过程中会改变其相应的电阻值，电阻值通过预处理转换成相应的电信号，该电信号为电压信号或者电流信号。该电信号被中央处理单元的模数转换单元转换成相应的数字信号后再映射成相应的MIDI信息，MIDI信息通过通讯单元发送给计算机。计算机在接收到该MIDI信息以后经过计算机内部的操作系统将信息分发给需要使用该MIDI信息的音乐应用软件。
打击垫包括按键帽，传感器和背光。用户敲击按键帽，同时传感器会检测用户敲击的速度和力量，并且通过中央处理单元的模数转换单元将用户敲击的速度和力量这两个物理量转换成相应数字信号。该数字信号再被中央处理单元映射成相应的MIDI信息，通过通讯单元发送给计算机。计算机在接收到该MIDI信息以后经过计算机内部的操作系统将信息分发给需要使用该MIDI信息的音乐应用软件。同时计算机上运行的音乐应用软件可以通过计算机与计算机键盘中的通讯单元通讯，传送相应的命令信息来控制打击垫中打击垫的背光的开启，关闭或者颜色。同时打击垫的背光也可以由中央处理单元内置的软件程序来自行根据用户设定的模式来开启，关闭或者变换颜色。
进一步地，MIDI功能器件中的功能按键包括功能按键帽和功能按键开关。进一步地，有的功能按键还有可能带功能按键灯。当用户按压功能按键帽从而触动功能按键开关的时候，通过相应的处理电路会产生一个电压信号。该电压信号会被中央处理单元的通用输入输出单元检测到，然后由中央处理单元生成一个或者一组指定的MIDI信息，通过通讯单元发送给计算机。同时如果该功能按键有功能按键灯，在用户按压功能按键键帽的同时，中央处理单元会通过通用输入输出单元控制功能按键键帽灯在点亮和熄灭两种状态中做切换。
本发明的中央处理单元和通讯单元可以集成在一块芯片上实现，即中央处理单元自带通讯单元。
与现有技术相比，本发明能够产生以下技术效果：
本发明提供的这种键盘对于同时需要使用普通键盘和MIDI键盘的用户来说节省了购买的费用，减少了占用的桌面面积和对计算机通讯接口的占用。由于所有的操作界面都在一个设备上，用户不需要在不同的物理设备之间切换，对于一些需要迅速操作的功能提供了更好的方法。
附图说明
图1为本发明一具体实施例的结构示意图；
图2为旋转电位器的组成结构图；
图3为滑动电位器的组成结构图；
图4为打击垫的结构示意图；
图5为本发明一实施例的原理框图；
图6为本发明一实施例的原理框图；
图7为本发明一实施例的原理框图；
图8为本发明一实施例的原理框图；
图9为本发明一实施例的原理框图；
图10为功能按键的结构示意图。
标号说明：
101、编辑键101，102、旋转电位器，103、滑动电位器，104、打击垫，105、中央处理单元，106、通信单元，107、键盘扫描芯片；108、多路数模转换单元，109、功能按键，201、旋钮帽，202、(旋转)电位器；301、键帽；302、(滑动)电位器；401、键帽，403、传感器，403、背光，1001、功能按键帽，1002、功能按键灯，1003、功能按键开关。
具体实施方式
下面结合附图1至10，对本发明的具体实施方法进行进一步的说明。
参照图1，本发明提供一种带MIDI控制器功能的计算机键盘，包括：编辑键101，旋转电位器102，滑动电位器103，打击垫104，功能按键109，中央处理单元105和通信单元106。
编辑键101，包括字母键、数字键、符号键、功能键。编辑键与中央处理单元中的编辑键输入输出模块连接。各编辑键对应普通键盘上的各编辑键，其功能与普通键盘上的各编辑键的功能相同。
MIDI功能器件，为旋转电位器102、滑动电位器103和打击垫104中的一种两种或者三种的组合。其中旋转电位器102、滑动电位器103和打击垫104的数量不限，可以为多个。各MIDI功能器件与中央处理单元的MIDI功能器件输入输出模块或者模数转换模块连接。
中央处理单元105对通过编辑键或MIDI功能器件输入的模拟数据进行逻辑处理，处理后得到对应的数字数据通过通讯单元传输给计算机。
通讯单元106，通过串行通讯和中央处理单元相连。通讯单元负责和计算机建立有线或者无线的连接，并且负责中央处理单元和计算机之间数据信息的交互。
参照图2，为旋转电位器的组成结构图，它包含(旋转)电位器202和旋钮帽201。参照图3为滑动电位器的组成结构图。它包含(滑动)电位器302和键帽301。旋转旋转电位器的旋钮帽201或者滑动滑动电位器的键帽301的过程中会改变其相应的电阻值，电阻值通过预处理转换成相应的电信号，该电信号为电压信号或者电流信号。该电信号被中央处理单元的模数转换单元转换成相应的数字信号后再映射成相应的MIDI信息，MIDI信息通过通讯单元发送给计算机。计算机在接收到该MIDI信息以后经过计算机内部的操作系统将信息分发给需要使用该MIDI信息的音乐应用软件。
参照图4为打击垫的结构示意图。打击垫包括按键帽401，传感器402和背光403。用户敲击按键帽，同时传感器会检测用户敲击的速度和力量，并且通过中央处理单元的模数转换单元将用户敲击的速度和力量这两个物理量转换成相应数字信号。该数字信号再被中央处理单元映射成相应的MIDI信息，通过通讯单元发送给计算机。计算机在接收到该MIDI信息以后经过计算机内部的操作系统将信息分发给需要使用该MIDI信息的音乐应用软件。同时计算机上运行的音乐应用软件可以通过计算机与计算机键盘中的通讯单元通讯，传送相应的命令信息来控制打击垫中打击垫的背光的开启，关闭或者颜色。同时打击垫的背光也可以由中央处理单元内置的软件程序来自行根据用户设定的模式来开启，关闭或者变换颜色。
参照图10为功能按键结构示意图。功能按键109包括功能按键键帽1001、功能按键灯1002和功能按键开关。当用户按压功能按键键帽1001从而触动功能按键开关1003的时候，通过相应的处理电路会产生一个电压信号。该电压信号会被中央处理单元105的通用输入输出单元503检测到，然后由中央处理单元生成一个或者一组指定的MIDI信息，通过通讯单元106发送给计算机。同时如果该功能按键有功能按键灯，在用户按压功能按键键帽1001的同时，中央处理单元105会通过与功能按键对应的通用输入输出单元控制功能按键灯在点亮和熄灭两种状态中做切换。
图5为本发明一实施例的原理框图。包括：编辑键101，旋转电位器102，滑动电位器103，打击垫104，功能按键109，中央处理单元105和通信单元106。编辑键101，旋转电位器102，滑动电位器103，打击垫104，功能按键109和通信单元106均与中央处理单元105连接。中央处理单元105对通过编辑键或MIDI功能器件输入的模拟数据进行逻辑处理，处理后得到对应的数字数据通过通讯单元传输给计算机。通讯单元负责和计算机建立有线或者无线的连接，并且负责中央处理单元和计算机之间数据信息的交互。
图6为本发明一实施例的原理框图。中央处理单元105上自带的外设输入输出管脚的数量是固定并且有限的。当需要处理的编辑键数量超过了中央处理单元上自带的外设输入输出管脚直接控制的范围的时候，需要外扩一个电路来解决这个矛盾。这个外扩电路本身有足够多的管脚来连接编辑键键盘矩阵电路，然后通过串行总线将采集到的键盘操作信息传送给中央处理单元的串行接口。图6描述了如果中央处理单元105上自带的外设输入输出管脚不足以连接编辑键对应的编辑键键盘矩阵电路时的另外一种实现方案。在这种实现方案中编辑键对应的编辑键键盘矩阵电路通过连接一个键盘扫描芯片107上。键盘扫描芯片负责检测编辑键键盘矩阵电路中各编辑键的动作，并且通过串行通讯总线和中央处理单元交换检测到的按键操作数据。
该键盘扫描芯片可以是一个专用集成电路(ASIC)，也可以是基于通用功能单片机或者可编程半导体器件(CPLD或者FPGA)结合运行在它们上面的软件来实现。对于键盘扫描芯片可以直接采用目前比较通用的型号如PCA9554,CH454,SN736等。
图7为本发明一实施例的原理框图。当键盘上设置的打击垫104的数目较多时，中央处理单元105中的模数转换单元无法满足所有的打击垫的模数转换需求时，可以采用图8所示的技术方案。增设多路数模转换单元108，多路数模转换单元负责连接各打击垫，并且将采集到的用户敲击各打击垫的速度和力量这两个物理量转换成相应数字信号通过串行通讯的方式发送给中央处理单元。
图8为本发明一实施例的原理框图。当键盘上设置的打击垫104、旋转电位器102或/和滑动电位器103较多时，中央处理单元105中的模数转换单元无法满足所有的电位器的模数转换需求时，可以采用图7所示的技术方案。设置多路数模转换单元108来负责连接打击垫104、旋转电位器102和滑动电位器103。连接打击垫104的多路数模转换单元108将采集到的用户敲击各打击垫的速度和力量这两个物理量转换成相应数字信号通过串行通讯的方式发送给中央处理单元。连接各旋转电位器102和滑动电位器103的多路数模转换单元108将采集到的电位器阻值通过串行通讯的方式发送给中央处理单元。
图9为本发明一实施例的原理框图。中央处理单元和通讯单元可以集成在一个单独的芯片实现，如图9所示。
综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种带MIDI控制器功能的计算机键盘，其特征在于，包括：
编辑键，包括字母键、数字键、功能键、符号键；
MIDI功能器件，包括旋转电位器、滑动电位器、功能按键或/和打击垫；
中央处理单元对通过编辑键或MIDI功能器件输入的模拟数据进行逻辑处理，处理后得到对应的数字数据通过通讯单元传输给计算机；
通讯单元，通过串行通讯和中央处理单元相连。通讯单元负责和计算机建立有线或者无线的连接，并且负责中央处理单元和计算机之间数据信息的交互。
2.根据权利要求1所述的带MIDI控制器功能的计算机键盘，其特征在于，旋转电位器包括电位器和旋钮帽；滑动电位器包括电位器和键帽；旋转旋转电位器的旋钮帽或者滑动滑动电位器的键帽的过程中会改变其相应的电阻值，电阻值通过预处理转换成相应的电信号，该电信号为电压信号或者电流信号；该电信号被中央处理单元的模数转换单元转换成相应的数字信号后再映射成相应的MIDI信息，MIDI信息通过通讯单元发送给计算机；计算机在接收到该MIDI信息以后经过计算机内部的操作系统将信息分发给需要使用该MIDI信息的音乐应用软件。
3.根据权利要求1所述的带MIDI控制器功能的计算机键盘，其特征在于，打击垫包括按键帽，传感器和背光；用户敲击按键帽，同时传感器会检测用户敲击的速度和力量，并且通过中央处理单元的模数转换单元将用户敲击的速度和力量这两个物理量转换成相应数字信号；该数字信号再被中央处理单元映射成相应的MIDI信息，通过通讯单元发送给计算机；计算机在接收到该MIDI信息以后经过计算机内部的操作系统将信息分发给需要使用该MIDI信息的音乐应用软件；同时计算机上运行的音乐应用软件可通过计算机与计算机键盘中的通讯单元通讯，传送相应的命令信息来控制打击垫中打击垫的背光的开启，关闭或者颜色。
4.根据权利要求3所述的带MIDI控制器功能的计算机键盘，其特征在于，打击垫的背光可由中央处理单元内置的软件程序来自行根据用户设定的模式来开启，关闭或者变换颜色。
5.根据权利要求1所述的带MIDI控制器功能的计算机键盘，其特征在于，MIDI功能器件中的功能按键包括功能按键帽和功能按键开关，或者功能按键包括功能按键帽、功能按键开关和功能按键灯。
6.根据权利要求5所述的带MIDI控制器功能的计算机键盘，其特征在于，当用户按压功能按键帽从而触动功能按键开关的时候，通过相应的处理电路会产生一个电压信号，该电压信号会被中央处理单元的通用输入输出单元检测到，然后由中央处理单元生成一个或者一组指定的MIDI信息，通过通讯单元发送给计算机；同时如果该功能按键带有功能按键灯，在用户按压功能按键键帽的同时，中央处理单元会通过通用输入输出单元控制功能按键键帽灯在点亮和熄灭两种状态中做切换。
7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的带MIDI控制器功能的计算机键盘，其特征在于，当需要处理的编辑键数量超过了中央处理单元上自带的外设输入输出管脚时，各编辑键连接到编辑键键盘矩阵电路，编辑键对应的编辑键键盘矩阵电路连接到一个键盘扫描芯片上，键盘扫描芯片负责检测编辑键键盘矩阵电路中各编辑键的动作，并且通过串行通讯总线和中央处理单元交换检测到的按键操作数据。
8.根据权利要求7所述的带MIDI控制器功能的计算机键盘，其特征在于，当键盘上设置的打击垫的数目较多时，中央处理单元中的模数转换单元无法满足所有的打击垫的模数转换需求时，增设多路数模转换单元，多路数模转换单元负责连接各打击垫，并且将采集到的用户敲击各打击垫的速度和力量这两个物理量转换成相应数字信号通过串行通讯的方式发送给中央处理单元。
9.根据权利要求8所述的带MIDI控制器功能的计算机键盘，其特征在于，当键盘上设置的旋转电位器或/和滑动电位器较多时，中央处理单元中的模数转换单元无法满足所有的电位器的模数转换需求时，设置多路数模转换单元来负责连接各旋转电位器和滑动电位器；连接各旋转电位器和滑动电位器的多路数模转换单元将采集到的电位器阻值通过串行通讯的方式发送给中央处理单元。
10.根据权利要求1中任一权利要求所述的带MIDI控制器功能的计算机键盘，其特征在于，中央处理单元和通讯单元集成在一个单独的芯片实现。
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