CN110460323A - 一种矩阵开关控制方法及其控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种矩阵开关控制方法及其控制系统，所述方法包括如下步骤：(1)将M*N的矩阵开关划分成以A*A大小为单元的矩阵，定义开关单元横向的开关为行线开关、竖直方向的开关为列线开关，M为行线开关数量、N为列线开关数量，M≥2、N≥2、A≥2；(2)行线开关的选择使用一个A通道解复用器做选通功能，列线开关的控制采用带锁存功能的移位寄存器来设定，移位寄存器通过时序控制将列线开关的控制移位到相应的列。本发明提出的方法，扩展不受限于MCU的IO数量，在不增加MCU IO开销的前提下可以做到大规模扩展矩阵开关的规模，而且扩展后矩阵开关的寻址规则不需要改变。
Description
技术领域
本发明涉及矩阵开关，具体是一种矩阵开关控制方法及其控制系统。
背景技术
对于M*N的矩阵开关，通常的做法是分别将行线或者列线的开关控制端直接连接到控制器的端口，这种方式控制简单，但随着矩阵阶数变大，所需的端口数量也会越来越多，当达到一定规模的时候控制器的IO口就不够用了，不便于扩展，另外，对于开关节点有多个开关器件的时候，不便于寻址与控制；对于图1所示矩阵，每个开关节点有三个开关器件，采用传统的控制方式，需要三倍的IO开销，一般的控制器都难以满足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种矩阵开关控制方法及其控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种矩阵开关控制方法，包括如下步骤：(1)将M*N的矩阵开关划分成以A*A大小为单元的矩阵，定义开关单元横向的开关为行线开关、竖直方向的开关为列线开关，M为行线开关数量、N为列线开关数量，M≥2、N≥2、A≥2；(2)行线开关的选择使用一个A通道解复用器做选通功能，列线开关的控制采用带锁存功能的移位寄存器来设定，移位寄存器通过时序控制将列线开关的控制移位到相应的列。
作为本发明进一步的方案：所述矩阵开关的单个开关节点有三个开关器件，三个开关器件分别为行线开关、列线开关以及连接行线开关和列线开关的跨接开关。
作为本发明进一步的方案：所述矩阵开关的每一行设有三个移位寄存器。
作为本发明进一步的方案：所述矩阵开关节点内开关器件选择采用3通道解复用器实现。
作为本发明进一步的方案：所述开关包括继电器、MOS管、IGBT、直流接触器或者空开。
作为本发明进一步的方案：当所述M和N大于8时，对于行扩展，级联通道解复用器，对于列扩展，则级联移位寄存器。
作为本发明进一步的方案：所述矩阵开关的列寻址规则为：定义开关矩阵的左上角为原点，往右为列地址的增长方向，往下为行地址的增长方向，靠近原点为低位，列寻址需要将列开关控制信号由高位到低位以此移入移位寄存器。
作为本发明进一步的方案：对于行数为64的情况，行地址宽度为8，所述矩阵开关的行寻址规则为：Bit 1:0，行内单个开关节点中开关器件的选择，00：开关器件1；01：开关器件2；10：开关器件3；11：无效；Bit 4:2，8*8单元内行地址选择，000～111：第1行～第8行，Bit 7:5，以8*8单元矩阵为部件组合的64*64矩阵单元块选择，000～111：第1单元块行～第8单元块行，随着行行信号的寻址，行地址宽度也会增加，每增加一级8位解复用器，行地址宽度就会增加3bit。
作为本发明进一步的方案：一种矩阵开关控制系统，包括M*N的矩阵开关，所述M*N的矩阵开关被划分成以A*A大小为单元的矩阵，定义开关单元横向的开关为行线开关、竖直方向的开关为列线开关，M为行线开关数量、N为列线开关数量，M≥2、N≥2、A≥2；行线开关的选择使用一个A通道解复用器做选通，列线开关的控制采用带锁存功能的移位寄存器来设定，移位寄存器通过时序控制将列线开关的控制移位到相应的列。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提出的方法，扩展不受限于MCU的IO数量，在不增加MCU IO开销的前提下可以做到大规模扩展矩阵开关的规模，而且扩展后矩阵开关的寻址规则不需要改变。
附图说明
图1为本发明矩阵开关示意图。
图2为采用本发明方法控制8*8矩阵开关的示意图。
图3为本发明中开关器件寻址规则示意图。
图4为本发明中通道解复用器级联示意图。
图5为本发明方法中8*8*3的矩阵开关控制示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
一种矩阵开关控制系统，包括M*N的矩阵开关，所述M*N的矩阵开关被划分成以A*A大小为单元的矩阵，定义开关单元横向的开关为行线开关、竖直方向的开关为列线开关，M为行线开关数量、N为列线开关数量，M≥2、N≥2、A≥2；行线开关的选择使用一个A通道解复用器做选通，列线开关的控制采用带锁存功能的移位寄存器来设定，移位寄存器通过时序控制将列线开关的控制移位到相应的列。
作为本发明的一个实施例，为了方便控制，将M*N的矩阵开关划分成以8*8大小为单元的矩阵，设计8*8的单元控制电路，如图2所示。
本发明所提到的矩阵开关不局限于8*8，可以是大于或小于8*8，行线开关的选择使用一个8通道解复用器做选通功能，列线开关的控制采用带锁存功能的移位寄存器来设定，移位寄存器通过相应的时序控制将列线开关的控制移位到相应的列。由于单个开关节点有三个开关器件，因此每一行需要三个移位寄存器，而节点内开关器件选择采用3通道解复用器实现。控制信号流向应当为：8位开关信号→8通道解复用器选择开关节点行→3通道解复用器选择开关器件行→8位移位寄存器。
本发明所提出的方法，对于8*8*3大小一共192个开关器件的矩阵只需要使用5个行寻址IO和2个列寻址即可完成所有开关器件寻址，节省了大量的端口；此外，开关器件的控制信号也只需要两个IO即可实现。
当矩阵阶数M和N小于或等于8的时候仍然可以使用该控制电路，当M和N大于8的时候可以将该控制电路组合使用。矩阵开关的扩展有可能是行扩展或者是列扩展，亦或是行列同时扩展。对于行扩展，需要级联解复用器，对于列扩展，则需要级联移位寄存器。
解复用器级联：
对于行数量的扩展，需要增加上级解复用器，若同样使用8通道解复用器，则增加一级解复用器可以增加7倍的行数量，无需增加列寻址IO，行寻址IO只需要增加3个。对于64*N*3大小一共192*N个开关器件的矩阵只需要使用10个IO即可完成所有开关器件的控制，相当节省控制器IO开销。如若需要继续增加行数，则可以继续增加上级解复用器。
移位寄存器级联：
当矩阵开关的列需要扩展时，相应的开关控制器的列线开关的控制也需要扩展，对于列信号控制的移位寄存器而言，只需要将移位寄存器进位输出连接到下一级的数据输入、时钟信号连在一起即可完成扩展。不用增加额外的IO开销。
所述矩阵开关的列寻址规则为：定义开关矩阵的左上角为原点，往右为列地址的增长方向，往下为行地址的增长方向，靠近原点为低位，列寻址需要将列开关控制信号由高位到低位以此移入移位寄存器。
对于行数为64的情况，行地址宽度为8，所述矩阵开关的行寻址规则为：Bit 1:0，行内单个开关节点中开关器件的选择，00：开关器件1；01：开关器件2；10：开关器件3；11：无效；Bit 4:2，8*8单元内行地址选择，000～111：第1行～第8行，Bit 7:5，以8*8单元矩阵为部件组合的64*64矩阵单元块选择，000～111：第1单元块行～第8单元块行，随着行行信号的寻址，行地址宽度也会增加，每增加一级8位解复用器，行地址宽度就会增加3bit。
如果将行地址选择IO使用移位寄存器来替换，则可以进一步节省控制器IO数量。理论上可以只用4个IO即可已完成任意M*N的矩阵开关控制切换。
本发明所述开关矩阵为M*N*3，即每个开关节点有三个开关器件的情况，但是本发明所提出的控制器同样适用于M*N*m的开关矩阵，m可以是大于或者等于1的任意整数，m不一样时，只需要改变行地址的低位即可。
综上所述，以往通过行线和列线做选通寻址的方式，需要消耗较多的IO口，开关矩阵的规模往往受限于控制器IO的最大数量，本发明提出的开关矩阵控制器的扩展不受限于MCU的IO数量，在不增加MCU IO开销的前提下可以做到大规模扩展矩阵开关的规模，而且扩展后矩阵开关的寻址规则不需要改变。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (9)
1.一种矩阵开关控制方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将M*N的矩阵开关划分成以A*A大小为单元的矩阵，定义开关单元横向的开关为行线开关、竖直方向的开关为列线开关，M为行线开关数量、N为列线开关数量，M≥2、N≥2、A≥2；(2)行线开关的选择使用一个A通道解复用器做选通功能，列线开关的控制采用带锁存功能的移位寄存器进行设定，移位寄存器通过时序控制将列线开关的控制移位到相应的列。
2.根据权利要求1所述的矩阵开关控制方法，其特征在于，所述矩阵开关的单个开关节点有三个开关器件，三个开关器件分别为行线开关、列线开关以及连接行线开关和列线开关的跨接开关。
3.根据权利要求2所述的矩阵开关控制方法，其特征在于，所述矩阵开关的每一行设有三个移位寄存器。
4.根据权利要求3所述的矩阵开关控制方法，其特征在于，所述矩阵开关节点内开关器件选择采用3通道解复用器实现。
5.根据权利要求4所述的矩阵开关控制方法，其特征在于，所述开关包括继电器、MOS管、IGBT、直流接触器或者空开。
6.根据权利要求1所述的矩阵开关控制方法，其特征在于，当所述M和N大于8时，对于行扩展，级联通道解复用器，对于列扩展，则级联移位寄存器。
7.根据权利要求1-6任一所述的矩阵开关控制方法，其特征在于，所述矩阵开关的列寻址规则为：定义开关矩阵的左上角为原点，往右为列地址的增长方向，往下为行地址的增长方向，靠近原点为低位，列寻址将列开关控制信号由高位到低位以此移入移位寄存器。
8.根据权利要求7所述的矩阵开关控制方法，其特征在于，当行数为64、行地址宽度为8时，所述矩阵开关的行寻址规则为：Bit 1:0，行内单个开关节点中开关器件的选择如下，00：开关器件1；01：开关器件2；10：开关器件3；11：无效；Bit 4:2，8*8单元内行地址选择，000～111：第1行～第8行，Bit 7:5，以8*8单元矩阵为部件组合的64*64矩阵单元块选择，000～111：第1单元块行～第8单元块行，当行信号寻址，行地址宽度增加，每增加一级8位解复用器，行地址宽度增加3bit。
9.一种矩阵开关控制系统，其特征在于，包括M*N的矩阵开关，所述M*N的矩阵开关被划分成以A*A大小为单元的矩阵，定义开关单元横向的开关为行线开关、竖直方向的开关为列线开关，M为行线开关数量、N为列线开关数量，M≥2、N≥2、A≥2；行线开关的选择使用一个A通道解复用器做选通，列线开关的控制采用带锁存功能的移位寄存器进行设定，移位寄存器通过时序控制将列线开关的控制移位到相应的列。
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