CN113489496A - 一种组合按键的adc检测电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种组合按键的ADC检测电路，其包括电源、电流镜电路以及I/V转换电路，其中，电流镜电路包括电流输入单元和电流输出单元，组合按键为多个按键或开关的并联结构，每个按键或开关对应的支路上串接一检测电阻，电流输入单元、电源以及组合按键串联构成第一回路，电源、I/V转换电路以及电流输出单元构成第二回路，I/V转换电路的输出端作为ADC检测端口。本发明可以实现检测多个按键(开关)同时接通的情况。

Description

一种组合按键的ADC检测电路
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，具体涉及一种组合按键的ADC检测电路。
背景技术
在电子电路中，为了减少MCU(微控制器)I/O口的使用、降低成本，经常要使用到ADC检测按键(开关)检测电路。通常使用不同的电阻串并联，通过检测不同按键(开关)接入时改变分压电阻分压来识别不同的按键(开关)。根据电阻接入方式，通常有两种方法：
第一种，请参照图1所示，其采用ADC串联电阻检测法：多个电阻串联分压，每个节点串联接入一个按键，当其中不同按键按下时，ADC检测点电压不同，通过ADC检测最上方节点的电压来判断哪个按键按下。
这种方式下，单个ADC口最多以0.3V电压等级，最多可以实现11个按键检测；其缺点：按键有优先级别，靠近ADC检测端口的按键按下后，其后方的按键接口无效，无法实现更多键值的检测。
第二种，请参照图2所示，其采用ADC并联电阻检测法：多个电阻并联分压，每个电阻上串联接入一个按键，当其中不同按键按下时，ADC检测点电压不同，通过ADC检测最上方节点的电压来判断哪个按键按下。
这种方式下，单个ADC口可以以0.3V电压等级，也可以实现11个按键检测；其缺点是不能检测组合按键(开关)，多个按键(开关)接通会因电阻并联效应产生误检测；
以上两种ADC检测按键(开关)的方式，都是通过改变接入电阻，进一步改变检测点分压才实现按键检测。无法实现多个按键同时接通检测，以及拨码开关的输入检测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种组合按键的ADC检测电路，其可以实现检测多个按键(开关)同时接通的情况。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种组合按键的ADC检测电路，其包括电源、电流镜电路以及I/V转换电路，其中，所述电流镜电路包括电流输入单元和电流输出单元，所述组合按键为多个按键或开关的并联结构，每个按键或开关对应的支路上串接一检测电阻，所述电流输入单元、电源以及组合按键串联构成第一回路，所述电源、I/V转换电路以及电流输出单元构成第二回路，所述I/V转换电路的输出端作为ADC检测端口。
作为一种可选的实施方式，所述电流镜电路包括作为电流输入单元的第一PNP三级管和作为电流输出单元的第二PNP三级管，所述第一PNP三极管和第二PNP三极管的发射极均连接至所述电源，所述第一PNP三极管和第二PNP三极管的基极均连接至所述第一PNP三极管的集电极，所述第一PNP三极管的集电极通过所述组合按键接地，所述第二PNP三极管的集电极连接至所述I/V转换电路的输入端；所述第一PNP三级管和第二PNP三级管使用相同规格参数的PNP三极管；
或者，
所述电流镜电路包括作为电流输入单元的第一PMOS管和作为电流输出单元的第二PMOS管，所述第一PMOS管和第二PMOS管的源极均连接至所述电源，所述第一PMOS管和第二PMOS管的栅极均连接至所述第一PMOS管的漏极，所述第一PMOS管的漏极通过所述组合按键接地，所述第二PMOS管的漏极连接至所述I/V转换电路的输入端；所述第一PMOS管和第二PMOS管使用相同规格参数的PMOS管。
作为一种可选的实施方式，所述I/V转换电路包括转换电阻，所述转换电阻的一端接地，另一端连接至所述电流输出单元，所述电流输出单元和转换电阻之间的任意连接点作为ADC检测端口。
作为一种可选的实施方式，所述电流镜电路包括作为电流输入单元的第一NPN三级管和作为电流输出单元的第二NPN三级管，所述第一NPN三极管和第二NPN三极管的发射极均接地，所述第一NPN三极管和第二NPN三极管的基极均连接至所述第一NPN三极管的集电极，所述第一NPN三极管的集电极通过所述组合按键连接至所述电源，所述第二NPN三极管的集电极通过所述I/V转换电路连接至所述电源；所述第一NPN三级管和第二NPN三级管使用相同规格参数的NPN三极管；
或者，
所述电流镜电路包括作为电流输入单元的第一NMOS管和作为电流输出单元的第二NMOS管，所述第一NMOS管和第二NMOS管的源极均接地，所述第一NMOS管和第二NMOS管的栅极均连接至所述第一NMOS管的漏极，所述第一NMOS管的漏极通过所述组合按键接地，所述第二NMOS管的漏极通过所述I/V转换电路连接至所述电源；所述第一NMOS管和第二NMOS管使用相同规格参数的NMOS管。
作为一种可选的实施方式，所述I/V转换电路包括转换电阻，所述转换电阻的一端连接至所述电源，另一端通过所述电流输出单元接地，所述电源和转换电阻之间的任意连接点作为ADC检测端口。
作为一种可选的实施方式，每个所述检测电阻的阻值不相等。
作为一种可选的实施方式，所述检测电阻为n个，n为正整数，第i个检测电阻阻值为第1个检测电阻的2(i-1)倍，1≤i≤n。
作为一种可选的实施方式，所述检测电阻为n个，n为正整数，第i个检测电阻阻值为第1个检测电阻的2(i-1)倍，1≤i≤n；所述第1个检测电阻的阻值为转换电阻阻值的2倍。
作为一种可选的实施方式，所述组合按键为拨码开关。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
当按键(开关)接通时，传统电路直接改变的是接入电压，本发明改变的是接入电流。通过各接入点内部电阻的阻值，可以确定流经各接入点(各条支路)的电流大小，同时按下接通多个按键(开关)时，引起输入电流的叠加，从而反应到输出电流以及ADC检测口电压的变化，依此确定各按键的接通状态，保证每个按键的接通不会影响其他按键的接入检测。
附图说明
图1为现有的ADC串联电阻检测法的电路原理图；
图2为现有的ADC并联电阻检测法的电路原理图；
图3为本发明的组合按键的ADC检测电路的电路原理图一；
图4为本发明的组合按键的ADC检测电路的电路原理图二。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。除特殊说明的之外，本实施例中所采用到的材料及设备均可从市场购得。实施例的实例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解对本申请的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非是另有精确具体地规定。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连通”、“连接”应作广义理解，例如，可以使固定连接，也可以是通过中介媒介间相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本发明的目的是提供一种可以同时检测多个按键(开关)接通的电路及方法，从而实现单个ADC检测组合按键或拨码开关输入。
本发明提供的同时检测多个按键(开关)接通的电路中，主要包括以下部分三个部分组成，电源、电流镜电路以及I/V转换电路，其中，组合按键为按键或开关的并联结构，这些按键或开关可以是分立器件，也可以是拨码开关等。每条按键支路上均串接一个检测电阻，这些检测电阻共同构成恒流输入检测电路，另外，将组合按键和恒流输入检测电路可以记为组合按键电路。
电流镜电路包括电流输入单元和电流输出单元。在本发明较佳的实施例中，电流输出单元的输出电流与电流输入单元的输入电流相等，或接近相等(在检测误差范围以内)，在一些其他实施例中，电流输出单元的输出电流可以是电流输入单元的输入电流的N倍，这种情况仅多了一个换算关系，并不影响本发明的检测方式。
电流输入单元、电源以及组合按键电路串联构成第一回路，电源、I/V转换电路以及电流输出单元构成第二回路，I/V转换电路的输出端作为ADC检测端口。可以理解的是，在各检测电阻不同的情况下，在多个按键接通时，每个按键支路(由相应的按键与其串接的检测电阻构成)的电流均不相同，而电流输入单元上的电流则为这些接通的按键支路的电流之和(当一个或多个按键接通时，电流输入单元上的电流不会出现重复值)，再镜像到电流输出单元上，通过I/V转换电路可以得到的电压可以反应哪些按键接通。
图3示出了采用PNP三极管构成电流镜电路的电路原理图。该电路为对GND输入的组合按键ADC检测。请参照图3所示，组合按键的检测电路，包括电源VCC3、电流镜电路310、恒流输入检测电路320以及I/V转换电路340。组合按键330中的各个按键与中的各个检测电阻相对应，每个按键与相应的检测电阻串接形成一个按键支路，组合按键330和恒流输入检测电路320整体称为组合按键电路。
例如，图3示出了6个按键(或开关)构成的组合按键330，分别为按键S31、S32、S33、S34、S35、S36，与之对应，恒流输入检测电路320包括分别与按键S31、S32、S33、S34、S35以及S36串接的检测电阻R31、R32、R33、R34、R35和R36。
在一些其他的实施例中，按键以及与之配合的检测电阻可以有更多个，或者更少个。
电流镜电路310包括作为电流输入单元的第一PNP三级管Q31和作为电流输出单元的第二PNP三级管Q32，第一PNP三极管Q31和第二PNP三极管Q32的发射极均连接至电源，第一PNP三极管Q31和第二PNP三极管Q32的基极均连接至第一PNP三极管Q31的集电极，第一PNP三极管Q31的集电极通过组合按键接地，第二PNP三极管Q32的集电极连接至I/V转换电路的输入端。
为了保证电流镜输入输出电流尽可能相等，在本发明较佳的实施例中，第一PNP三级管Q31和第二PNP三级管Q32使用相同规格参数的PNP三极管。在一些其他的实施例中，电流镜还可以采用其他形式例如PMOS管实现，当采用PMOS管时，电流镜电路包括作为电流输入单元的第一PMOS管和作为电流输出单元的第二PMOS管，第一PMOS管和第二PMOS管的源极均连接至电源，第一PMOS管和第二PMOS管的栅极均连接至第一PMOS管的漏极，第一PMOS管的漏极通过组合按键接地，第二PMOS管的漏极连接至I/V转换电路的输入端；
同样地，为了保证电流镜输入、输出电流尽可能相等，第一PMOS管和第二PMOS管使用相同规格参数的PMOS管。
I/V转换电路340的实现方式有多种，示例性地，可以通过集成器件例如运算放大器和电阻搭建等。在发明较佳的实施例中，I/V转换电路340包括转换电阻R37，转换电阻R37的一端接地，另一端连接至电流输出单元(第二PNP三极管Q32的集电极或第二PMOS管的漏极)，电流输出单元和转换电阻之间的任意连接点作为ADC检测端口。
以图3的阻值为例，当组合按键电路与VCC3接通时，不同按键S31-S36接通时，接入的检测电阻分别为R，2R，4R，8R，16R，32R，假定最大电阻(R36)电流为i，则按键S31-S36所在的按键支路对应的电流依次为32i，16i，8i，4i，2i，1i，当多路按键接入时，总电流(电流输入单元上的电流)不会出现重复值，可以实现1-63i输入。
以R36(32R)对应的S36单独接通后在R37上产生的电压为基准U(即此时ADC检测端口检测的电压为U)，则对应R35(16R)产生的电压为2U，即单独接入S35时ADC检测端口检测的电压为2U，以此类推，S36-S31单独接通ADC检测端口检测的电压依次为U、2U、4U、8U、16U、32U。当按键S36-S31均接通，则输出最大电压，该最大电压为1U+2U+4U+8U+16U+32U＝63U。
使用10位(bit)精度ADC，可以检测的范围为1-1023，与输出的1-63U对应，每个U值检测出来的ADC的值为(1023+1)/(63+1)＝16，可以保证ADC能准确区分输入电流。使用MCU接收ADC检测端口的电压值，则可以通过进一步计算得出得到按键(开关)接通状态。
再例如，使用7个按键或开关时，对应7个检测电阻，7个检测电阻的阻值(第i个检测电阻阻值为第1个检测电阻的2(i-1)倍，1≤i≤n，n为检测电阻的总数)分别为R，2R，4R，8R，16R，32R，64R，假定最大电阻(64R)对应的电流为i，对应ADC检测端口检测的电压为U，则7个按键所在的按键支路对应的电流依次为64i，32i，16i，8i，4i，2i，1i，对应ADC检测端口检测的电压为64U，32U，16U，8U，4U，2U，1U，当多路按键接入时，可以实现1-127i输入，ADC检测端口输出的最大检测电压为127U，使用10位(bit)精度ADC，每个U值检测出来的ADC的值为(1023+1)/(127+1)＝8，也可以保证ADC能准确区分输入电流。
同样地，使用8个按键或开关时，可以实现1-255i输入，ADC检测端口输出的最大检测电压为255U，使用10位(bit)精度ADC，每个U值检测出来的ADC的值为(1023+1)/(255+1)＝4，也可以保证ADC能准确区分输入电流。
图4示出了采用NPN三极管构成电流镜电路的电路原理图。该电路为对VCC4(例如3.3V、5V等)输入的组合按键ADC检测。请参照图4所示，组合按键的检测电路，包括电源VCC4、电流镜电路410、恒流输入检测电路420以及I/V转换电路440。组合按键430中的各个按键与中的各个检测电阻相对应，每个按键与相应的检测电阻串接形成一个按键支路，组合按键430和恒流输入检测电路420整体称为组合按键电路。
例如，图4示出了6个按键(或开关)构成的组合按键430，分别为按键S41、S42、S43、S44、S45、S46，与之对应，恒流输入检测电路420包括分别与按键S41、S42、S43、S44、S45以及S46串接的检测电阻R41、R42、R43、R44、R45和R46。
在一些其他的实施例中，按键以及与之配合的检测电阻可以有更多个，或者更少个。
电流镜电路410包括作为电流输入单元的第一NPN三级管Q41和作为电流输出单元的第二NPN三级管Q42，第一NPN三极管Q41和第二NPN三极管Q42的发射极均接地，第一NPN三极管Q41和第二NPN三极管Q42的基极均连接至第一NPN三极管Q41的集电极，第一NPN三极管Q41的集电极通过组合按键连接至电源，第二NPN三极管Q42的集电极通过I/V转换电路连接至电源。
为了保证电流镜输入输出电流尽可能相等，在本发明较佳的实施例中，第一NPN三级管Q41和第二NPN三级管Q42使用相同规格参数的NPN三极管。在一些其他的实施例中，电流镜还可以采用其他形式例如NMOS管实现，当采用NMOS管时，电流镜电路包括作为电流输入单元的第一NMOS管和作为电流输出单元的第二NMOS管，第一NMOS管和第二NMOS管的源极均接地，第一NMOS管和第二NMOS管的栅极均连接至第一NMOS管的漏极，第一NMOS管的漏极通过组合按键接地，第二NMOS管的漏极通过I/V转换电路连接至电源。
同样地，为了保证电流镜输入、输出电流尽可能相等，第一NMOS管和第二NMOS管使用相同规格参数的PMOS管。
I/V转换电路440的实现方式有多种，示例性地，可以通过集成器件例如运算放大器和电阻搭建等。在发明较佳的实施例中，I/V转换电路440包括转换电阻R47，转换电阻R47的一端连接至电源，另一端通过电流输出单元后接地(转换电阻R47的另一端连接至第二NPN三极管Q42的集电极或第二NMOS管的漏极，第二NPN三极管Q42的发射极或第二NMOS管的源极接地)，电源和转换电阻之间的任意连接点作为ADC检测端口。
其原理与图3大致相同，这里不再赘述。
使用本发明实施例的电路，在一个或多个按键接通时，接入电流发生改变，从而使用单路ADC检测组合按键的输入，可以实现多路按键输入的同时检测，例如，当实现8路按键输入的同时检测时，可以提供多达255个组合按键或者8位拨码开关输入检测。当然，在ADC精度更高的情况下，可以实现更多路按键输入的同时检测。对于I/O口资源较少的MCU可以大大减少I/O使用量，减少外部扩展电路，降低成本。
最后应说明的是：上述实施方式仅为本发明的优选实施例方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种组合按键的ADC检测电路，其特征在于，其包括电源、电流镜电路以及I/V转换电路，其中，所述电流镜电路包括电流输入单元和电流输出单元，所述组合按键为多个按键或开关的并联结构，每个按键或开关对应的支路上串接一检测电阻，所述电流输入单元、电源以及组合按键串联构成第一回路，所述电源、I/V转换电路以及电流输出单元构成第二回路，所述I/V转换电路的输出端作为ADC检测端口。
2.根据权利要求1所述的组合按键的ADC检测电路，其特征在于，所述电流镜电路包括作为电流输入单元的第一PNP三级管和作为电流输出单元的第二PNP三级管，所述第一PNP三极管和第二PNP三极管的发射极均连接至所述电源，所述第一PNP三极管和第二PNP三极管的基极均连接至所述第一PNP三极管的集电极，所述第一PNP三极管的集电极通过所述组合按键接地，所述第二PNP三极管的集电极连接至所述I/V转换电路的输入端；所述第一PNP三级管和第二PNP三级管使用相同规格参数的PNP三极管；
或者，
所述电流镜电路包括作为电流输入单元的第一PMOS管和作为电流输出单元的第二PMOS管，所述第一PMOS管和第二PMOS管的源极均连接至所述电源，所述第一PMOS管和第二PMOS管的栅极均连接至所述第一PMOS管的漏极，所述第一PMOS管的漏极通过所述组合按键接地，所述第二PMOS管的漏极连接至所述I/V转换电路的输入端；所述第一PMOS管和第二PMOS管使用相同规格参数的PMOS管。
3.根据权利要求2所述的组合按键的ADC检测电路，其特征在于，所述I/V转换电路包括转换电阻，所述转换电阻的一端接地，另一端连接至所述电流输出单元，所述电流输出单元和转换电阻之间的任意连接点作为ADC检测端口。
4.根据权利要求1所述的组合按键的ADC检测电路，其特征在于，所述电流镜电路包括作为电流输入单元的第一NPN三级管和作为电流输出单元的第二NPN三级管，所述第一NPN三极管和第二NPN三极管的发射极均接地，所述第一NPN三极管和第二NPN三极管的基极均连接至所述第一NPN三极管的集电极，所述第一NPN三极管的集电极通过所述组合按键连接至所述电源，所述第二NPN三极管的集电极通过所述I/V转换电路连接至所述电源；所述第一NPN三级管和第二NPN三级管使用相同规格参数的NPN三极管；
或者，
所述电流镜电路包括作为电流输入单元的第一NMOS管和作为电流输出单元的第二NMOS管，所述第一NMOS管和第二NMOS管的源极均接地，所述第一NMOS管和第二NMOS管的栅极均连接至所述第一NMOS管的漏极，所述第一NMOS管的漏极通过所述组合按键接地，所述第二NMOS管的漏极通过所述I/V转换电路连接至所述电源；所述第一NMOS管和第二NMOS管使用相同规格参数的NMOS管。
5.根据权利要求4所述的组合按键的ADC检测电路，其特征在于，所述I/V转换电路包括转换电阻，所述转换电阻的一端连接至所述电源，另一端通过所述电流输出单元接地，所述电源和转换电阻之间的任意连接点作为ADC检测端口。
6.根据权利要求1-5任一项所述的组合按键的ADC检测电路，其特征在于，每个所述检测电阻的阻值不相等。
7.根据权利要求6所述的组合按键的ADC检测电路，其特征在于，所述检测电阻为n个，n为正整数，第i个检测电阻阻值为第1个检测电阻的2(i-1)倍，1≤i≤n。
8.根据权利要求3或5所述的组合按键的ADC检测电路，其特征在于，所述检测电阻为n个，n为正整数，第i个检测电阻阻值为第1个检测电阻的2(i-1)倍，1≤i≤n；所述第1个检测电阻的阻值为转换电阻阻值的2倍。
9.根据权利要求1-5任一项所述的组合按键的ADC检测电路，其特征在于，所述组合按键为拨码开关。
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