CN109688656B - 按键时分复用电路与芯片电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种按键时分复用电路与芯片电路，控制模块的设定接口可被交替设置为输出状态和输入状态。在被设置为输出状态时，输出逻辑电平信号，导通第一开关端和第二开关端导通，以使第一预设电压差驱动工作模块；在被设置为输入状态时，采集按键模块的第一端的电压信号，实现按键检测。基于此，工作模块不会影响按键模块的第一端的电压，提高按键模块中可设置的按键数量。

Description

按键时分复用电路与芯片电路

技术领域

本发明涉及芯片外围电路技术领域，特别是涉及一种按键时分复用电路与芯片电路。

背景技术

目前，按键与LED灯普遍应用于各类型的电子电器产品中。在应用了按键与LED灯的产品中，一般都是通过MCU实现对LED灯的驱动和对按键的检测。在电子电器产品设计中，MCU的I/O资源与产品的成本息息相关，为降低产品的成本，进行产品设计时应当利用固定的I/O资源来实现更多的功能。

在传统的应用了按键与LED灯的产品中，通过将按键模块和LED驱动电路耦合至MCU的I/O口，MCU通过时分复用的检测方法，在按键模块中的按键被按下时，实现对LED驱动电路中的LED灯的驱动，以及对按键模块中的按键检测。然而，由于LED灯的导通特性，导致键值电压难以精确计算。因此，在传统的应用了按键与LED灯的产品中，为保证产品的稳定工作，要求键值电压大于特定的电压值，极大地限制了按键模块中可设置的按键数量。

发明内容

基于此，有必要针对在传统的应用了按键与LED灯的产品中，按键模块中可设置的按键数量受到限制的问题，提供一种按键时分复用电路与芯片电路。

一种按键时分复用电路，包括控制模块、分压模块、控制开关模块和工作模块；

控制模块包括设定接口；设定接口被设置为输出状态或输入状态；其中，输出状态与输入状态以预设频率交替切换；设定接口在被设置为输出状态时，用于输出逻辑电平信号，使第一开关端与第二开关端导通；设定接口在被设置为输入状态时，用于采集按键模块的第一端的电压信号；

控制开关模块包括控制端、第一开关端和第二开关端；控制端连接控制模块的设定接口；第一开关端、第二开关端与工作模块串接，串接形成的电路一端用于连接第一基准电压端，另一端用于连接第二基准电压端；其中，第一基准电压端与第二基准电压端间存在第一预设电压差；

分压模块一端用于连接按键模块的第一端，并连接设定接口，另一端用于连接第三基准电压端，按键模块的第二端用于连接第四基准电压端；其中，第三基准电压端与第四基准电压端间存在第二预设电压差。

在其中一个实施例中，还包括低通滤波模块；其中，低通滤波模块的低通截止频率大于等于预设频率；

低通滤波模块的一端连接分压模块一端，低通滤波模块的另一端连接设定接口。

在其中一个实施例中，第一基准电压端与第三基准电压端为同一电压端，第二基准电压端与第四基准电压端为同一电压端；

工作模块一端用于连接第二基准电压端。

在其中一个实施例中，第二基准电压端与第三基准电压端为同一电压端，第一基准电压端与第四基准电压端为同一电压端；

工作模块一端用于连接第一基准电压端。

在其中一个实施例中，控制开关模块包括场效应管第一限流电阻和第一偏置电阻；其中，所述场效应管的栅极通过所述第一偏置电阻连接所述场效应管的漏极；

场效应管的栅极连接第一限流电阻的一端，第一限流电阻的另一端为控制端，场效应管的源极为第一开关端，场效应管的漏极为第二开关端。

在其中一个实施例中，控制开关模块包括三极管、第二限流电阻和第二偏置电阻；其中，所述三极管的基极通过所述第二偏置电阻连接所述述三极管的发射极；

三极管的基极连接第二限流电阻的一端，第二限流电阻的另一端为控制端，三极管的发射极为第一开关端，三极管的集电极为第二开关端。

在其中一个实施例中，分压模块包括分压电阻。

在其中一个实施例中，低通滤波模块包括滤波电阻和滤波电容；

分压模块的一端通过滤波电阻连接设定接口，并用于通过滤波电容接地。

在其中一个实施例中，工作模块包括第一电阻、第二电阻和LED灯；

第一开关端、第二开关端、第一电阻与LED灯串接，串接形成的电路一端用于连接第一基准电压端，另一端用于连接第二基准电压端；

第二电阻并接在LED灯两端。

一种芯片电路，包括按键模块和按键时分复用电路；

按键时分复用电路包括包括包括控制模块、分压模块、控制开关模块和工作模块；

控制模块包括设定接口；设定接口被设置为输出状态或输入状态；其中，输出状态与输入状态以预设频率交替切换；设定接口在被设置为输出状态时，用于输出逻辑电平信号，使第一开关端与第二开关端导通；设定接口在被设置为输入状态时，用于采集按键模块的第一端的电压信号；

控制开关模块包括控制端、第一开关端和第二开关端；控制端连接控制模块的设定接口；第一开关端、第二开关端与工作模块串接，串接形成的电路一端用于连接第一基准电压端，另一端用于连接第二基准电压端；其中，第一基准电压端与第二基准电压端间存在第一预设电压差；

分压模块一端用于连接按键模块的第一端，并连接设定接口，另一端用于连接第三基准电压端，按键模块的第二端用于连接第四基准电压端；其中，第三基准电压端与第四基准电压端间存在第二预设电压差。

设定接口在被设置为输入状态时，用于采集按键模块的第一端的电压信号。

上述按键时分复用电路与芯片电路，控制模块的设定接口可被交替设置为输出状态和输入状态。在被设置为输出状态时，输出逻辑电平信号，导通第一开关端和第二开关端导通，以使第一预设电压差驱动工作模块；在被设置为输入状态时，采集按键模块的第一端的电压信号，实现按键检测。基于此，工作模块不会影响按键模块的第一端的电压，提高按键模块中可设置的按键数量。

附图说明

图1为一实施方式的按键时分复用电路模块结构图；

图2为另一实施方式的按键时分复用电路模块结构图；

图3为一实施方式的控制开关模块电路图；

图4为另一实施方式的控制开关模块电路图；

图5为又一实施方式的控制开关模块电路图；

图6为再一实施方式的控制开关模块电路图；

图7为又一实施方式的按键时分复用电路模块结构图；

图8为一实施方式的工作模块电路图；

图9为一实施方式的芯片电路模块结构图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明的目的、技术方案以及技术效果，以下结合附图和实施例对本发明进行进一步的讲解说明。同时声明，以下所描述的实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明

本发明实施例提供一种按键时分复用电路：

图1为一实施方式的按键时分复用电路模块结构图，如图1所示，一实施方式的按键时分复用电路包括控制模块100、分压模块101、控制开关模块102和工作模块103；

控制开关模块102包括控制端KT、第一开关端K1和第二开关端K2；

控制端KT在接收到设定接口AD传输的逻辑电平信号时，导通第一开关端K1和第二开关端K2，否则断开第一开关端K1和第二开关端K2。其中，控制开关模块102可选用电子开关、继电器或半导体开关元件等。

控制端K1连接控制模块100的设定接口AD；

其中，控制模块100可选用具备I/O口的芯片电路，包括MCU或DSP处理器。其中，可采用控制模块100中的一个I/O口作为设定接口AD，并为设定接口AD配置相应的I/O状态。作为一个较优的实施方式，控制模块100选用MCU。

第一开关端K1、第二开关端K2与工作模块103串接，串接形成的电路一端用于连接第一基准电压端V1，另一端用于连接第二基准电压端V2；其中，第一基准电压端V1与第二基准电压端V2间存在第一预设电压差；

其中，第一预设电压差可用于驱动工作模块103，使工作模块103进行工作。在本实施例中，为便于解释，以第一预设电压差为正电压差，即第一基准电压端V1的电压高于第二基准电压端V2的电压。如图1所示，以第一基准电压端V1为外部直流电源VCC，第二基准电压端V2为接地端为例进行解释。

按键模块的第一端用于通过分压模块101连接第三基准电压端V3，并连接设定接口AD，第二端用于连接第四基准电压端V4；其中，第三基准电压端V3与第四基准电压端V4间存在第二预设电压差；

其中，按键模块中的按键在被按下时，按键模块等效于一个电阻，不同按键被按下所对应的电阻阻值互不相同。同时，通过分压模块101对第二预设电压差的分压，使得控制模块100可根据分压模块101一端的电压信号确定按键模块中被按下的按键。

其中，分压模块101可选用可等效为电阻的电路或元件。在其中一个实施例中，分压模块101选用分压电阻。

在其中一个实施例中，第一基准电压端V1与第三基准电压端V3为同一电压端，第二基准电压端V2与第四基准电压端V4为同一电压端；

工作模块103一端用于连接第二基准电压端V2。

如图1所示，图1以工作模块103一端用于连接第二基准电压端V2为例进行解释，基于图1所示的方案，即分压模块101的另一端与工作模块103可通过第一开关端K1与第二开关端K2隔开，使工作模块103与按键模块间互不干扰。

在另一个实施例中，图2为另一实施方式的按键时分复用电路模块结构图，如图2所示，第二基准电压端V2与第三基准电压端V3可为同一电压端，第一基准电压端V1与第四基准电压端V4可为同一电压端；

工作模块103一端用于连接第一基准电压端V1。

图2展示了另一实施方式的工作模块103连接方式，工作模块103一端用于连接第一基准电压端V1。同理，基于图2所示的方案，即分压模块101的另一端与工作模块103可通过第一开关端K1与第二开关端K2隔开，使工作模块103与按键模块间互不干扰。

设定接口AD被设置为输出状态或输入状态；其中，输出状态与输入状态以预设频率交替切换；

设定接口AD在被设置为输出状态时，用于输出逻辑电平信号，使第一开关端K1与第二开关端K2导通；

设定接口AD在被设置为输入状态时，用于采集按键模块的第一端的电压信号。

设定接口AD以预设频率切换输出状态或输入状态，输出逻辑电平信号或采集按键模块的第一端的电压信号。其中，逻辑电平信号包括逻辑高电平信号或逻辑低电平信号。

其中，在预设频率大于一定值时，输入状态和输出状态的切换速度超出人眼视觉的识别能力，利用人眼视觉延迟的特性，在设定接口AD不断切换时，用户看到的是工作模块103与按键模块同时工作，即既保持工作模块103的工作，又可保持对按键模块的按键检测，检测按键是否被按下。在其中一个实施例中，预设频率为40Hz到60Hz。作为一个较优的实施例，预设频率为50Hz。

在其中一个实施例中，控制开关模块102包括场效应管；

场效应管的栅极为控制端KT，场效应管的源极为第一开关端K1，场效应管的漏极为第二开关端K2。

在其中一个实施例中，还包括第一限流电阻R1和第一偏置电阻R2；

场效应管的栅极通过第一限流电阻R1连接设定接口AD，场效应管的源极通过第一偏置电阻R2连接其栅极。

在其中一个实施例中，控制开关模块102包括三极管；

三极管的基极为控制端KT，三极管的发射极为第一开关端K1，三极管的集电极为第二开关端K2。

在其中一个实施例中，还包括第二限流电阻R3和第二偏置电阻R4；

三极管的基极通过第二限流电阻R3连接设定接口AD，三极管的发射极通过第二偏置电阻R4连接其基极。

以下以图1所示的工作模块103连接方式，控制开关模块102选用P沟道场效应管Q1和PNP三极管Q2两种实施方式，对控制开关模块102的工作方式进行解释：

控制开关模块102选用P沟道场效应管Q1：

图3为一实施方式的控制开关模块电路图，如图3所示，P沟道场效应管Q1的栅极连接设定接口AD，源极连接第一基准电压端V1，漏极通过工作模块103连接第二基准电压端V2。在设定接口AD输出逻辑低电平时，P沟道场效应管Q1导通，第一预设电压差驱动工作模块103；在设定接口AD处于输入状态时，P沟道场效应管Q1关断，分压模块101一端的电压输入至设定接口AD。

控制开关模块102选用PNP三极管Q2

图4为另一实施方式的控制开关模块电路图，如图4所示，PNP三极管Q2的基极连接设定接口AD，发射极连接第一基准电压端V1，集电极通过工作模块103连接第二基准电压端V2。在设定接口AD输出逻辑低电平时PNP三极管Q2导通，第一预设电压差驱动工作模块103；在设定接口AD处于输入状态时，PNP三极管Q2关断，分压模块101一端的电压输入至设定接口AD。

以下以图2所示的工作模块103连接方式，控制开关模块102选用N沟道场效应管Q3和NPN三极管Q4两种实施方式，对控制开关模块102的工作方式进行解释：

控制开关模块102选用N沟道场效应管Q3：

图5为又一实施方式的控制开关模块电路图，如图5所示，N沟道场效应管Q3的栅极连接设定接口AD，源极连接第二基准电压端V2，漏极通过工作模块103连接第一基准电压端V1。在设定接口AD输出逻辑高电平时，N沟道场效应管Q3导通，第一预设电压差驱动工作模块103；在设定接口AD处于输入状态时，N沟道场效应管Q3关断，分压模块101一端的电压输入至设定接口AD。

控制开关模块102选用NPN三极管Q4：

图6为再一实施方式的控制开关模块电路图，如图6所示，NPN三极管Q4的基极连接设定接口AD，发射极连接第二基准电压端V2，集电极通过工作模块103连接第一基准电压端V1。在设定接口AD输出逻辑高电平时NPN三极管Q4导通，第一预设电压差驱动工作模块103；在设定接口AD处于输入状态时，NPN三极管Q4关断，分压模块101一端的电压输入至设定接口AD。

图7为又一实施方式的按键时分复用电路模块结构图，如图7所示，又一实施方式的按键时分复用电路模块还包括低通滤波模块200；其中，低通滤波模块200的低通截止频率大于等于预设频率；

低通滤波模块200的一端连接分压模块101一端，低通滤波模块200的另一端连接设定接口AD。

其中，设定接口AD在交替切换状态时，会产生高频脉冲干扰，通过低通滤波模块200，消除产生的这部分高频脉冲干扰，提高电路的工作稳定性。

在其中一个实施例中，低通滤波模块200包括滤波电阻和滤波电容；

分压模块101的一端通过滤波电阻连接设定接口AD，并用于通过滤波电容接地。

通过滤波电阻和滤波电容构成低通滤波电路，滤除设定接口AD产生的高频脉冲干扰。

在其中一个实施例中，图8为一实施方式的工作模块电路图，如图8所示，工作模块103包括第一电阻Ri、第二电阻Rd和LED灯led1；

第一开关端K1、第二开关端K2、第一电阻Ri与LED灯led1串接，串接形成的电路一端用于连接第一基准电压端V1，另一端用于连接第二基准电压端V2；

第二电阻Rd并接在LED灯led1两端。

如图8所示，图8以图1所示的工作模块103结构为例，第一基准电压端V1依次通过第一开关端K1、第二开关端K2、第一电阻Ri、LED灯led1的正极和负极连接第二基准电压端V2。在第一开关端K1和第二开关端K2导通时，第一预设电压差导入LED灯led1的正极，驱动该LED灯led1。其中，通过预设频率的切换，基于人眼的延迟，在检测按键模块的第一端的电压同时，驱动LED灯led1的点亮。

LED灯与第一电阻Ri串接，与第二电阻Rd并接。

通过第一电阻Ri限制通过LED灯的电流。

本发明实施例还提供一种芯片电路：

图9为一实施方式的芯片电路模块结构图，如图9所示，一实施方式的芯片电路包括按键模块301和按键时分复用电路302；

按键时分复用电路302包括控制模块100、分压模块101、控制开关模块102和工作模块103；

控制开关模块102包括控制端KT、第一开关端K1和第二开关端K2；

控制端KT连接控制模块的设定接口AD；

第一开关端K1、第二开关端K2与工作模块103串接，串接形成的电路一端用于连接第一基准电压端V1，另一端用于连接第二基准电压端V2；其中，第一基准电压端V1与第二基准电压端V2间存在第一预设电压差；

分压模块101一端连接按键模块301的第一端，并连接设定接口AD，另一端用于连接第三基准电压端V3，按键模块301的第二端用于连接第四基准电压端V4；其中，第三基准电压端V3与第四基准电压端V4间存在第二预设电压差；

设定接口AD被设置为输出状态或输入状态；其中，输出状态与输入状态以预设频率交替切换；

设定接口AD在被设置为输出状态时，用于输出逻辑电平信号，使第一开关端K1与第二开关端K2导通；

设定接口AD在被设置为输入状态时，用于采集按键模块301的第一端的电压信号。

在其中一个实施例中，按键模块301包括多个按键和多个按键电阻；其中，按键与按键电阻一一对应；

各按键的一端连接各按键电阻的一端，各按键电阻的另一端为按键模块301的第一端，各按键的另一端为按键模块301的第二端。

如图9所示，图9以按键模块301包括四个按键为例进行解释，包括按键Ka、Kb、Kc和Kd。其中，按键Ka对应按键电阻Rka，按键Kb对应按键电阻Rkb，按键Kc对应按键电阻Rkc，按键Ka对应按键电阻Rkd。如图8所示，以按键Ka被按下为例，可通过分压模块102与电阻Rka的阻值比较关系，得出按键模块301的第一端的电压信号，被处于输入状态的设定接口AD采集。

上述按键时分复用电路与芯片电路，控制模块100的设定接口AD可被交替设置为输出状态和输入状态。在被设置为输出状态时，输出逻辑电平信号，导通第一开关端K1和第二开关端K2导通，以使第一预设电压差驱动工作模块103；在被设置为输入状态时，采集按键模块的第一端的电压信号，实现按键检测。基于此，工作模块103不会影响按键模块的第一端的电压，提高按键模块中可设置的按键数量。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种按键时分复用电路，其特征在于，包括控制模块、分压模块、控制开关模块和工作模块；

所述控制模块包括设定接口；所述设定接口在被设置为输入状态时，用于采集按键模块的第一端的电压信号；

所述控制开关模块包括控制端、第一开关端和第二开关端；所述控制端连接所述控制模块的设定接口；所述第一开关端、所述第二开关端与工作模块串接，串接形成的电路一端用于连接第一基准电压端，另一端用于连接第二基准电压端；其中，所述第一基准电压端与所述第二基准电压端间存在第一预设电压差；

所述分压模块一端用于连接按键模块的第一端，并连接所述设定接口，另一端用于连接第三基准电压端，所述按键模块的第二端用于连接第四基准电压端；其中，所述第三基准电压端与所述第四基准电压端间存在第二预设电压差；

通过所述分压模块对第二预设电压差的分压，使得控制模块可根据分压模块一端的电压信号确定按键模块中被按下的按键；

所述设定接口被设置为输出状态或输入状态；其中，所述输出状态与所述输入状态以预设频率交替切换；所述设定接口在被设置为输出状态时，用于输出逻辑电平信号，使所述第一开关端与所述第二开关端导通。

2.根据权利要求1所述的按键时分复用电路，其特征在于，还包括低通滤波模块；其中，所述低通滤波模块的低通截止频率大于等于所述预设频率；

所述低通滤波模块的一端连接所述分压模块一端，所述低通滤波模块的另一端连接所述设定接口。

3.根据权利要求1所述的按键时分复用电路，其特征在于，所述第一基准电压端与所述第三基准电压端为同一电压端，所述第二基准电压端与所述第四基准电压端为同一电压端；

所述工作模块一端用于连接所述第二基准电压端。

4.根据权利要求1所述的按键时分复用电路，其特征在于，所述第二基准电压端与所述第三基准电压端为同一电压端，所述第一基准电压端与所述第四基准电压端为同一电压端；

所述工作模块一端用于连接所述第一基准电压端。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的按键时分复用电路，其特征在于，所述控制开关模块包括场效应管、第一限流电阻和第一偏置电阻；其中，所述场效应管的栅极通过所述第一偏置电阻连接所述场效应管的漏极；

所述场效应管的栅极连接所述第一限流电阻的一端，所述第一限流电阻的另一端为所述控制端，所述场效应管的源极为所述第一开关端，所述场效应管的漏极为所述第二开关端。

6.根据权利要求1至4任意一项所述的按键时分复用电路，其特征在于，所述控制开关模块包括三极管、第二限流电阻和第二偏置电阻；其中，所述三极管的基极通过所述第二偏置电阻连接所述述三极管的发射极；

所述三极管的基极连接所述第二限流电阻的一端，所述第二限流电阻的另一端为所述控制端，所述三极管的发射极为所述第一开关端，所述三极管的集电极为所述第二开关端。

7.根据权利要求1至4任意一项所述的按键时分复用电路，其特征在于，所述分压模块包括分压电阻。

8.根据权利要求1至4任意一项所述的按键时分复用电路，其特征在于，所述工作模块包括第一电阻、第二电阻和LED灯；

所述第一开关端、所述第二开关端、第一电阻与LED灯串接，串接形成的电路一端用于连接所述第一基准电压端，另一端用于连接所述第二基准电压端；

所述第二电阻并接在所述LED灯两端。

9.根据权利要求2所述的按键时分复用电路，其特征在于，所述低通滤波模块包括滤波电阻和滤波电容；

所述分压模块的一端通过所述滤波电阻连接所述设定接口，并用于通过所述滤波电容接地。

10.一种芯片电路，其特征在于，包括按键模块和按键时分复用电路；

所述按键时分复用电路包括控制模块、分压模块、控制开关模块和工作模块；

所述控制模块包括设定接口；所述设定接口在被设置为输入状态时，用于采集所述按键模块的第一端的电压信号；

所述控制开关模块包括控制端、第一开关端和第二开关端；所述控制端连接所述控制模块的设定接口；所述第一开关端、所述第二开关端与工作模块串接，串接形成的电路一端用于连接第一基准电压端，另一端用于连接第二基准电压端；其中，所述第一基准电压端与所述第二基准电压端间存在第一预设电压差；

所述分压模块一端用于连接按键模块的第一端，并连接所述设定接口，另一端用于连接第三基准电压端，所述按键模块的第二端用于连接第四基准电压端；其中，所述第三基准电压端与所述第四基准电压端间存在第二预设电压差；

通过所述分压模块对第二预设电压差的分压，使得控制模块可根据分压模块一端的电压信号确定按键模块中被按下的按键；

所述设定接口被设置为输出状态或输入状态；其中，所述输出状态与所述输入状态以预设频率交替切换；所述设定接口在被设置为输出状态时，用于输出逻辑电平信号，使所述第一开关端与所述第二开关端导通。

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