CN110347236A - 一种低功耗触摸按键控制器 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种低功耗触摸按键控制器，包括：模拟转换模块，用于采集按键的电容值，将电容值转换为按键键值；硬件解码模块，用于获取按键的多个按键键值，对多个按键键值进行均值滤波处理得到新按键键值，根据新按键键值确定被触摸按键的信息；CPU，用于获取被触摸按键的信息，并执行与被触摸按键对应的操作。本申请在硬件解码模块中加入均值滤波算法以后，触摸按键的抗干扰效果得到显著提高，按键误报情况得到明显改善，此外，整个滤波算法和按键判断过程完全由硬件在低速时钟下完成，不需要CPU参与解码，CPU处于低功耗状态下，大大降低了触摸按键控制器的整体功耗。
Description
技术领域
本申请涉及触摸按键领域，特别是涉及一种低功耗触摸按键控制器。
背景技术
随着电子技术的发展，越来越多的数码产品使用了触摸按键。触摸按键作为一种新兴技术的出现，具有坚固耐用，节省空间，操作方便等优点，广泛应用到智能门锁，冰箱，屏幕控制等电子产品。触摸按键从工作原理上可以分为两大类：电阻式按键和电容式按键，电容式触摸按键的原理是当人体接近于电容按键的时候，人体所产生的电流耦合到静态电容上，使按键的电容值达到最大，触摸控制电路把变化的电容值转换为数据信号，通过对数据信号进行解码从而实现对触摸按键设备的控制。考虑到触摸按键容易受外界环境因素影响，可能会生成干扰数据，对干扰数据进行解码会产生按键误报，另外，市面上一般是通过MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)及触摸软件驱动配合来实现上述方案，但是使用软件驱动方案需要CPU(Central Processing Unit，中央处理器)参与解码，功耗较高。
因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种低功耗触摸按键控制器，显著提高按键的抗干扰效果，明显改善按键误报情况，此外，整个滤波算法和按键判断过程完全由硬件在低速时钟下完成，不需要CPU参与解码，CPU处于低功耗状态下，大大降低了触摸按键控制器的整体功耗。
为解决上述技术问题，本申请提供了一种低功耗触摸按键控制器，包括：
模拟转换模块，用于采集按键的电容值，将所述电容值转换为按键键值；
硬件解码模块，用于获取所述按键的多个所述按键键值，对多个所述按键键值进行均值滤波处理得到新按键键值，根据所述新按键键值确定被触摸按键的信息；
CPU，用于获取所述被触摸按键的信息，并执行与所述被触摸按键对应的操作。
优选的，所述硬件解码模块包括：
FIFO模块，用于存储多个所述按键键值。
优选的，所述被触摸按键为所述新按键键值大于预设阈值的按键。
优选的，该低功耗触摸按键控制器还包括：
功耗调节模块，用于切换所述模拟转换模块的工作状态，所述工作状态包括启动状态和关闭状态。
优选的，所述功耗调节模块具体用于：
按预设规则向所述硬件解码模块发送使能信号，以切换所述模拟转换模块的工作状态。
优选的，所述功耗调节模块包括：
使能计数器，用于在接收到启动指令或接收到第二计数完成信号后，开始计数，当计数值达到第一期望值后，输出第一计数完成信号；
禁止计数器，用于当接收到所述第一计数完成信号，开始计数，当计数值达到第二期望值后，输出所述第二计数完成信号；
处理器，用于在所述使能计数器计数期间输出第一使能信号，以使所述功耗转换模块处于启动状态；还用于在所述禁止计数器计数期间输出第二使能信号，以使所述功耗转换模块处于关闭状态。
优选的，该低功耗触摸按键控制器还包括：
寄存器模块，用于存储所述被触摸按键的信息及所述CPU发送的配置信息，所述配置信息包括所述预设阈值。
优选的，所述寄存器模块中包括多个寄存器，每个寄存器有独立的地址。
优选的，所述CPU，具体用于确定所述配置信息对应的目标寄存器的地址，通过总线按该地址发送所述配置信息。
本申请提供了一种低功耗触摸按键控制器，包括：模拟转换模块，用于采集按键的电容值，将电容值转换为按键键值；硬件解码模块，用于获取按键的多个按键键值，对多个按键键值进行均值滤波处理得到新按键键值，根据新按键键值确定被触摸按键的信息；CPU，用于获取被触摸按键的信息，并执行与被触摸按键对应的操作。在实际应用中，采用本申请的方案，在硬件解码模块中加入均值滤波算法以后，按键的抗干扰效果得到显著提高，按键误报情况得到明显改善，此外，整个滤波算法和按键判断过程完全由硬件在低速时钟下完成，不需要CPU参与解码，CPU处于低功耗状态下，大大降低了触摸按键控制器的整体功耗。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。
图1为本申请所提供的一种低功耗触摸按键控制器的结构示意图；
图2为本申请所提供的一种均值滤波效果示意图；
图3为本申请所提供的另一种低功耗触摸按键控制器的结构示意图；
图4为本申请所提供的另一种低功耗触摸按键控制器的结构示意图；
图5为本申请所提供的另一种低功耗触摸按键控制器的结构示意图。
具体实施方式
本申请的核心是提供一种低功耗触摸按键控制器，显著提高按键的抗干扰效果，明显改善按键误报情况，此外，整个滤波算法和按键判断过程完全由硬件在低速时钟下完成，不需要CPU参与解码，CPU处于低功耗状态下，大大降低了触摸按键控制器的整体功耗。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
请参照图1，图1为本申请所提供的一种低功耗触摸按键控制器的结构示意图，该低功耗触摸按键控制器包括：
模拟转换模块1，用于采集按键的电容值，将电容值转换为按键键值；
具体的，这里的按键具体是指电容式触摸按键，可以理解的是，当人体接近电容式触摸按键时，人体所产生的电流耦合到静态电容上，该按键的电容值会发生改变，模拟转换模块1将变化的电容值转换为按键键值，按键键值与按键的信息一一对应。一般的，设备中一般包括多个按键，模拟转换模块1采集多个按键的电容值，分别转换为对应的按键键值。具体的，模拟转换模块1具体设置在TSI(Touch Sensor Interface，触摸传感器接口)中。
硬件解码模块2，用于获取按键的多个按键键值，对多个按键键值进行均值滤波处理得到新按键键值，根据新按键键值确定被触摸按键的信息；
CPU 3，用于获取被触摸按键的信息，并执行与被触摸按键对应的操作。
具体的，考虑到触摸按键对环境的要求较高，容易受到温度、湿度等变化影响，为了提高抗干扰性，本申请在硬件解码模块2中引入了均值滤波算法。均值滤波也称为是线性滤波，其原理是利用相邻区域若干个数据的平均值来代替原本的值。如果滤波窗口宽度配置为N，对每一按键的N个按键键值进行均值滤波，得到平均值作为该按键的新按键键值。可以理解的是，硬件解码模块2对任一按键需要计算多次新按键键值，为了提高新按键键值的精准性，进行均值滤波的按键键值样本也应相应变化。
假设avrg(d1,dN)＝(d1+d2+…+dN-1+dN)/N，d1，d2…，dN为滤波前的按键键值，N为均值滤波的窗口宽度，可配置为2，4，8，16，32，64；
滤波后的新按键键值为：
其中，D1为对任一按键进行第一次均值滤波后的新按键键值，D2为对该按键进行第二次均值滤波后的新按键键值，DN为对该按键进行第N次均值滤波后的新按键键值。
进一步的，对每一按键分别进行均值滤波，当滤波后的新按键键值高于预设阈值，判断出该按键被触摸，将该按键确定为被触摸按键，从而实现对被触摸按键的解码，以便CPU 3根据解码后的被触摸按键的信息执行对应的操作。可以理解的是，加入均值滤波算法以后，按键的抗干扰效果得到显著提高，按键误报情况得到明显改善，图2为加入电磁干扰后的滤波效果，可以明显看出滤波后噪声得到了很好的清除。此外，整个滤波算法和按键判断过程完全由硬件在低速时钟下完成，CPU 3处于低功耗状态下，大大降低了芯片整体功耗。
本申请提供了一种低功耗触摸按键控制器，包括：模拟转换模块，用于采集按键的电容值，将电容值转换为按键键值；硬件解码模块，用于获取按键的多个按键键值，对多个按键键值进行均值滤波处理得到新按键键值，根据新按键键值确定被触摸按键的信息；CPU，用于获取被触摸按键的信息，并执行与被触摸按键对应的操作。在实际应用中，采用本申请的方案，在硬件解码模块中加入均值滤波算法以后，按键的抗干扰效果得到显著提高，按键误报情况得到明显改善，此外，整个滤波算法和按键判断过程完全由硬件在低速时钟下完成，不需要CPU参与解码，CPU处于低功耗状态下，大大降低了触摸按键控制器的整体功耗。
在上述实施例的基础上：
作为一种优选的实施例，硬件解码模块2包括：
FIFO模块，用于存储多个按键键值。
具体的，FIFO(First Input First Output，先进先出)模块实现硬件解码模块2的缓冲环节，对连续的数据流(多个按键键值)进行缓存，防止在进机和存储操作时丢失数据，同时，将数据集中起来进行进机和存储，可避免频繁的总线操作，降低硬件解码模块2的负担。
请参照图3，图3为本申请所提供的另一种低功耗触摸按键控制器的结构示意图，该低功耗触摸按键控制器在上述实施例的基础上：
作为一种优选的实施例，该低功耗触摸按键控制器还包括：
功耗调节模块4，用于切换模拟转换模块1的工作状态，工作状态包括启动状态和关闭状态。
具体的，假设本申请中的按键共有16个，模拟转换模块1做一轮扫描(即对16个按键分别采集一次电容值)大约需要1ms，而一次正常按键时间在100ms以上，所以模拟转换模块1不需要一直保持在启动状态，因此，本申请还设置了功耗调节模块4，用于切换模拟转换模块1的工作状态，通过控制模拟转换模块1的开启时间，来降低低功耗触摸按键控制器的平均功耗。
作为一种优选的实施例，功耗调节模块4具体用于：
按预设规则向硬件解码模块2发送使能信号，以切换模拟转换模块1的工作状态。
作为一种优选的实施例，功耗调节模块4包括：
使能计数器，用于在接收到启动指令或接收到第二计数完成信号后，开始计数，当计数值达到第一期望值后，输出第一计数完成信号；
禁止计数器，用于当接收到第一计数完成信号，开始计数，当计数值达到第二期望值后，输出第二计数完成信号；
处理器，用于在使能计数器计数期间输出第一使能信号，以使功耗转换模块处于启动状态；还用于在禁止计数器计数期间输出第二使能信号，以使功耗转换模块处于关闭状态。
具体的，功耗调节模块4包括了两个独立的计数器装置：禁止计数器和使能计数器。禁止计数器对输入的2kHz的时钟计数，每个时钟周期加1，禁止计数器计数期间，处理器输出第二使能信号tsi_en＝0，以使模拟转换模块1处于关闭状态。当禁止计数器计数达到期望的周期数后，通过第二计数完成信号通知使能计数器开始计数，处理器输出第一使能信号tsi_en＝1，以使模拟转换模块1处于开启状态。每完成一轮按键扫描，使能计数器加1，当使能计数器计数到期望的轮数后，处理器输出第二使能信号tsi_en＝0，以使模拟转换模块1处于关闭状态，并通过第一计数完成信号通知禁止计数器开始计数。循环往复，禁止计数器和使能计数器的切换和tsi_en的转换过程不需要CPU 3的参与，CPU 3可处于低功耗状态下，进一步降低了系统功耗，此外，通过调整禁止计数器和使能计数器的计数长度来控制模拟转换模块1的开启时间，从而调整触摸方案的平均功耗，灵活性高。
请参照图4，图4为本申请所提供的另一种低功耗触摸按键控制器的结构示意图，该低功耗触摸按键控制器在上述实施例的基础上：
作为一种优选的实施例，该低功耗触摸按键控制器还包括：
寄存器模块5，用于存储被触摸按键的信息及CPU 3发送的配置信息，配置信息包括预设阈值。
作为一种优选的实施例，寄存器模块5中包括多个寄存器，每个寄存器有独立的地址。
作为一种优选的实施例，CPU 3，具体用于确定配置信息对应的目标寄存器的地址，通过总线按该地址发送配置信息。
具体的，配置信息除了可以包括预设阈值，还可以包括上述使能计数器、禁止计数器的计数长度，各个功能模块的启动信号等。在初始化时，通过CPU3将对各个寄存器的配置信息进行配置。具体的，参照图5，寄存器模块5、功耗调节模块4及硬件解码模块2均设置在TSC(Touch Sensor Controller，触摸传感器控制器)中。
综上所述，本申请可以做到完全由硬件处理按键判断工作，不需要软件驱动的参与，解码过程中CPU 3可处以低功耗状态，大大降低了系统功耗，另外在硬件解码中引入了均值滤波算法，显著提高了电磁抗干扰性。此外，功耗调节模块4进一步降低了平均功耗，适合各种对功耗要求苛刻的应用场景。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种低功耗触摸按键控制器，其特征在于，包括：
模拟转换模块，用于采集按键的电容值，将所述电容值转换为按键键值；
硬件解码模块，用于获取所述按键的多个所述按键键值，对多个所述按键键值进行均值滤波处理得到新按键键值，根据所述新按键键值确定被触摸按键的信息；
CPU，用于获取所述被触摸按键的信息，并执行与所述被触摸按键对应的操作。
2.根据权利要求1所述的低功耗触摸按键控制器，其特征在于，所述硬件解码模块包括：
FIFO模块，用于存储多个所述按键键值。
3.根据权利要求1所述的低功耗触摸按键控制器，其特征在于，所述被触摸按键为所述新按键键值大于预设阈值的按键。
4.根据权利要求1所述的低功耗触摸按键控制器，其特征在于，该低功耗触摸按键控制器还包括：
功耗调节模块，用于切换所述模拟转换模块的工作状态，所述工作状态包括启动状态和关闭状态。
5.根据权利要求4所述的低功耗触摸按键控制器，其特征在于，所述功耗调节模块具体用于：
按预设规则向所述硬件解码模块发送使能信号，以切换所述模拟转换模块的工作状态。
6.根据权利要求5所述的低功耗触摸按键控制器，其特征在于，所述功耗调节模块包括：
使能计数器，用于在接收到启动指令或接收到第二计数完成信号后，开始计数，当计数值达到第一期望值后，输出第一计数完成信号；
禁止计数器，用于当接收到所述第一计数完成信号，开始计数，当计数值达到第二期望值后，输出所述第二计数完成信号；
处理器，用于在所述使能计数器计数期间输出第一使能信号，以使所述功耗转换模块处于启动状态；还用于在所述禁止计数器计数期间输出第二使能信号，以使所述功耗转换模块处于关闭状态。
7.根据权利要求3所述的低功耗触摸按键控制器，其特征在于，该低功耗触摸按键控制器还包括：
寄存器模块，用于存储所述被触摸按键的信息及所述CPU发送的配置信息，所述配置信息包括所述预设阈值。
8.根据权利要求7所述的低功耗触摸按键控制器，其特征在于，所述寄存器模块中包括多个寄存器，每个寄存器有独立的地址。
9.根据权利要求8所述的低功耗触摸按键控制器，其特征在于，所述CPU，具体用于确定所述配置信息对应的目标寄存器的地址，通过总线按该地址发送所述配置信息。
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Publications (1)
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