CN1192300C - 具有通用串行总线接口的键盘控制电路 - Google Patents

Abstract

一种具有通用串行总线接口的键盘控制电路，适用于具有多个键盘按键的笔记本型计算机，其中包括映射装置，储存对应于键盘按键的多个按键码；移位寄存器，根据起始信号和时钟信号，产生多个键盘扫描输出信号以及参考信号；键盘矩阵电路，接收这些键盘扫描输出信号以提供多个键盘扫描输入信号；地址发生器，用以根据参考信号和被触发的键盘扫描输入信号而产生地址信号；比较选择单元，用以从映射装置选取并输出对应于地址信号的按键码；以及接口转换电路，用以转换比较选择单元输出的按键码为符合通用串行总线规格的一差动信号对。

Description

具有通用串行总线接口的键盘控制电路

技术领域

本发明涉及集成电路设计的领域，特别涉及一种适用于笔记本型计算机且具有通用串行总线接口的键盘控制电路。

背景技术

数字时代的来临，尤其是个人计算机的进步，提高了人类的工作效率，而笔记本型计算机的快速发展，更为人类在工作或生活上带来极大的便利。一般而言，计算机系统的周边输入输出装置是使用者与计算机沟通的桥梁，使用者在使用计算机时，利用计算机的周边输入装置将指令输入计算机，指示计算机需要执行的工作，计算机在收到使用者的指令之后，就会依照指令执行相关程序。在目前计算机的周边输入装置中，键盘(keyboard)是最基本的装置。键盘上有许多按键，每一个按键都对应一个按键码，按键码可能代表一个字符或是一个功能。一般桌上型计算机用的键盘具有一片键盘控制芯片，当使用者按下某一按键时，键盘控制芯片会将此按键所对应的按键码以数字信号的形式提供给计算机主机。

对笔记本型计算机而言，其本体上的小型键盘(keypad)并不含有前述的键盘控制芯片，相关的键盘控制功能是由笔记本型计算机里特有的嵌入式控制器(embedded controller)所负责执行。嵌入式控制器实际上是一个功能强大的微处理器，除了键盘控制功能之外，还担负其它的工作，例如：电池的剩余电量的读取、笔记本型计算机内各个系统与组件电力使用的管理、屏幕面板亮度的控制、内建键盘扫描的功能等其它功能。然而，与一般逻辑电路相比，嵌入式控制器的成本远比逻辑电路要高得多，并且嵌入式控制器必须通过计算机系统的基本输入输出系统(Basic Input/Output System，BIOS)才能顺利地执行键盘控制功能。因此，笔记本型计算机的制造厂商必须向提供BIOS的厂商支付专利使用费，以取得使用BIOS的程序代码的授权。取得授权之后，制造厂商还必须设计软件程序并配合BIOS才能达到键盘控制的目的。另外，当设计上更换其它型式的小型键盘时，必须重新改写软件程序以符合新的按键排列方式和功能。

虽然可以考虑将嵌入式控制器担当的功能整合到笔记本型计算机的芯片组的中来降低笔记本型计算机的成本，但是为了搭配不同型式的小型键盘以保有设计上的灵活性，键盘控制功能可以简单的逻辑电路配合极少量的非易失性存储器来取代，如此也可节省相关专利使用费的支出。此外，采用通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)的接口以易于兼容于不同供货商的芯片组，并且由于USB接口信号数目少，使得电路布局和机构设计不易受到限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种键盘控制电路，其具有通用串行总线接口，适用于笔记本型计算机本体上的小型键盘，能够取代嵌入式控制器以降低制造成本，且易于搭配不同型式的键盘以保有设计上的灵活性。

为了实现上述目的，本发明提供一种具有通用串行总线接口的键盘控制电路，适用于具有多个键盘按键的笔记本型计算机，其中包括映射装置、移位寄存器、键盘矩阵电路、地址发生器、比较选择单元以及接口转换电路。映射装置用以储存数个按键码，其中每一按键码各自对应于笔记本型计算机的一个键盘按键。移位寄存器根据起始信号和时钟信号以产生参考信号和数个键盘扫描输出信号。键盘矩阵电路连接移位寄存器以接收这些键盘扫描输出信号，用以提供数个键盘扫描输入信号，其中键盘扫描输出信号和键盘扫描输入信号可对应到键盘按键，当其中一个键盘按键被按下时，键盘矩阵电路触发对应的键盘扫描输入信号。地址发生器分别连接于移位寄存器和键盘矩阵电路，用以接收参考信号及这些键盘扫描输入信号，并且根据参考信号和被触发的键盘扫描输入信号而产生地址信号。比较选择单元分别连接于地址发生器和映射装置，用以接收地址信号，并且从映射装置选取那些按键码的中对应于收到的这个地址信号的按键码。接口转换电路连接于比较选择单元，用以转换从比较选择单元输出的按键码，以便符合通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)规格的差动信号对。

附图说明

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下特举一优选实施例，并配合附图作详细说明如下：

图1是本发明优选实施例的电路方框示意图；以及

图2是本发明优选实施例的信号的时序图。

具体实施方式

以下，参照附图来详细说明本发明的实施例。

根据本发明，参考图1所示的优选实施例，适用于笔记本型计算机且具有通用串行总线(USB)接口的键盘控制电路100包括：移位寄存器102、键盘矩阵电路104、滤波电路106、缓冲电路108、地址发生器110、比较选择单元112、映射装置114以及接口转换电路116。为说明方便起见，在优选实施例中，键盘矩阵电路104所支持的小型键盘(keypad)其按键数可达到128个，即键盘按键排列成垂直方向为16行、水平方向为8列(16×8)。移位寄存器102根据起始信号IN和时钟信号CK，产生m个(m＝16)键盘扫描输出信号SO_0～SO_15以及参考信号Xo。如图2所示，移位寄存器102每16个时钟信号CK会收到一个起始信号IN，当收到IN信号时，移位寄存器102先触发键盘扫描输出信号SO_0产生一个负脉冲，于此同时，输出一个参考信号Xo。接着在下一个CK信号周期，移位寄存器102触发键盘扫描输出信号SO_1产生负脉冲，以此方式，根据时钟信号CK依序地触发其它的键盘扫描输出信号，直到触发最后一个键盘扫描输出信号SO_15。然后在下一个CK信号周期，移位寄存器102再次收到起始信号IN，于是又触发SO_0信号并同时输出参考信号Xo，如此周期性地进行上述的过程。换句话说，在收到这个起始信号和下一个起始信号到达的期间，移位寄存器102轮流触发SO_0～SO_15信号，并且各个SO_0～SO_15信号的触发相位皆不相同。

继续参考图1，键盘矩阵电路104连接移位寄存器102以接收键盘扫描输出信号SO_0～SO_15，用来提供n个(n＝8)键盘扫描输入信号SI_0～SI_7。如前所述，本文以16×8的键盘按键排列为例，因此键盘矩阵电路104可由16条行线路和8条列线路所构成，这些列线路分别产生键盘扫描输入信号SI_0～SI_7，而行线路则分别接收键盘扫描输出信号SO_0～SO_15，且这些行线路和列线路形成16×8个接点，各个接点对应到小型键盘上的所有键盘按键。因此键盘扫描输出信号SO_0～SO_15和键盘扫描输入信号SI_0～SI_7可以对应于小型键盘上的每一个键盘按键，当这些键盘按键其中之一被按下而引起其对应的接点成为导通状态时，键盘矩阵电路104触发对应的键盘扫描输入信号。举例来说，当小型键盘上第2列、第3行的键盘按键被按下时，键盘矩阵电路104上的第2列线路、第3行线路形成的接点将因此而成为导通状态，由于行线路会依序、快速收到由移位寄存器102周期性触发的SO_0～SO_15信号，如图2所示，此时连接第2列线路的SI_1信号会被触发产生一个负脉冲，其它键盘扫描输入信号则不会有所反应。

键盘按键被按压松开后，会使键盘扫描输入信号I_O～SI_7因弹跳而产生噪声，如图1所示，键盘控制电路100最好包括连接键盘矩阵电路104的滤波电路106，用以滤除键盘扫描输入信号SI_0～SI_7的噪声，再将已滤波的SI_0～SI_7信号经由信号线FL0～FL7提供给缓冲电路108。缓冲电路108连接于滤波电路106和地址发生器110之间，用以放大已滤波的SI_0～SI_7信号，再将已放大滤波的SI_0～SI_7信号经由信号线BL0～BL7提供给地址发生器110。地址发生器110从移位寄存器102接收参考信号Xo并从缓冲电路108接收已放大滤波的键盘扫描输入信号SI_0～SI_7。映射装置114则用以储存多个按键码，这些按键码各自对应于笔记本型计算机的各个键盘按键。由于每家笔记本型计算机制造厂商所生产的各种键盘，每个键盘按键在键盘上的位置以及排列方式都不相同，所以在键盘矩阵电路104上，每个接点所对应的键盘按键也会随着产品的不同而有所差异。因此，映射装置114所储存的键盘矩阵电路104上的接点与按键码之间的对应关系是也必须随着不同的键盘而改变。映射装置114可以是一种非易失性存储器(Non-volatile Memory)，例如电可擦可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-OnlyMemory，EEPROM)，键盘矩阵电路104上各个接点与按键码之间的对应关系可以是通过写入与擦除而程序化，并储存在映射装置114中。如此，即可依照不同厂商所生产的小型键盘其键盘按键的位置与排列方式，预先规划、储存键盘矩阵电路104上每个接点的位置与按键码之间的对应关系，使得每一家笔记本型计算机制造厂商所生产的键盘，都可以适用键盘控制电路100，提高不同产品之间的兼容性。

地址发生器110可以根据参考信号Xo和被触发的键盘扫描输入信号而产生地址信号Addr，用上述例子并配合图2，若第2列、第3行的键盘按键被按下使连接第2列线路的SI_1信号被触发，地址发生器110因此侦测到此键盘按键位于第2列，并且地址发生器110会计算收到参考信号Xo与SI_1信号触发时间之间相隔的CK信号周期而知道按下的键盘按键位于第3行，据此，地址发生器110输出地址信号Addr，其值代表被按压的键盘按键对应于键盘矩阵电路104上的接点位置。比较选择单元112的多个状态缓冲区，用以储存多个状态数据，并且比较选择单元112分别连接至地址发生器110和映射装置114。一般笔记本型计算机所使用的小型键盘，每个键盘按键可能不仅代表一个功能，大多会代表两种功能，可通过键盘上的一些特殊功能键的切换，以决定当时被按下的键盘按键的正确输出是什么。换句话说，键盘按键所代表的按键码，会随着其它特殊功能键的状态而有所不同。例如，在正常状态下，当按下英文字母”A”的键盘按键时，键盘控制电路100输出的按键码应当代表小写的英文字母”a”。若是按下Caps Lock，的后同样按下英文字母”A”的键盘按键，此时输出的按键码应当代表大写的英文字母”A”。若再按一次Caps Lock键，则键盘控制电路100输出的按键码又会代表小写英文字母。因此，Caps Lock键就是切换英文字母大小写的特殊功能键，除此之外，还有Shift键、Alt键、Fn键等特殊功能键。比较选择单元“2的状态缓冲区分别存放这些特殊功能键的状态数据，根据收到的地址信号Addr及各个特殊功能键的状态数据，比较选择单元112可从映射装置114选取对应的按键码。

接口转换电路116连接到比较选择单元112，用以转换从比较选择单元112输出的按键码KC为符合USB规格的差动信号对D+、D-。如此一来，键盘控制电路100通过接口转换电路116，将被按压的键盘按键其按键码以USB差动信号对D+、D-传送给笔记本型计算机中的桥式(bridge)逻辑芯片10做进一步的处理。本领域的技术人员应当明白，本发明所提出的键盘控制电路100，除了可设计成一个独立的电路系统之外，也能够与其它的逻辑芯片，如芯片组的桥式逻辑芯片，整合在一起。

综上所述，本发明的键盘控制电路100用简单的逻辑电路配合极少量的非易失性存储器来达到键盘控制功能，如此不但可以取代笔记本型计算机原有的嵌入式控制器，还可节省相关专利使用费的支出。再者，由于采用USB接口减少了接口信号数目，使得电路布局和机构设计更加自由，更因为USB接口，使键盘控制电路100容易兼容于不同供货商的芯片组。

虽然本发明已通过一具体实施例做上述披露，但其仅为了便于说明本发明的技术内容，而并非将本发明狭义地限定于该实施例，本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作细微的更动与润饰，因此本发明的保护范围当以后附的权利要求书所规定的内容为准。

本发明不限于上述实施例，在不脱离本发明范围的情况下，可以进行各种变形和修改。

Claims (10)

1.一种具有通用串行总线接口的键盘控制电路，适用于具有多个键盘按键的笔记本型计算机，该键盘控制电路至少包含：

映射装置，用以储存多个按键码，其中这些按键码各自对应于该笔记本型计算机的这些键盘按键；

移位寄存器，用于根据一起始信号和一时钟信号产生多个键盘扫描输出信号以及一参考信号；

键盘矩阵电路，连接该移位寄存器以接收这些键盘扫描输出信号，用以提供多个键盘扫描输入信号，其中这些键盘扫描输出信号和这些键盘扫描输入信号对应于这些键盘按键，当这些键盘按键其中之一被按下时，该键盘矩阵电路触发对应的该键盘扫描输入信号；

地址发生器，分别连接于该移位寄存器和该键盘矩阵电路，用以接收该参考信号及这些键盘扫描输入信号，且根据该参考信号和被触发的该键盘扫描输入信号而产生一地址信号；

比较选择单元，分别连接于该地址发生器和该映射装置，用以接收该地址信号，从该映射装置选取并输出这些按键码中对应于该地址信号的按键码；以及

接口转换电路，连接于该比较选择单元，用以转换从该比较选择单元输出的该按键码为符合通用串行总线规格的一差动信号对。

2.如权利要求1所述的键盘控制电路，其中，所述比较选择单元至少包含多个状态缓冲区，用以储存多个状态数据，所述比较选择单元根据所述地址信号及这些状态数据来从所述映射装置选取所述对应的按键码。

3.如权利要求1所述的键盘控制电路，其中，还至少包含一滤波电路，连接至所述键盘矩阵电路，用以滤除所述多个键盘扫描输入信号的噪声，再将所述已滤波的多个键盘扫描输入信号提供给所述地址发生器。

4.如权利要求3所述的键盘控制电路，其中，还至少包含一缓冲电路，连接于所述滤波电路和所述地址发生器之间，用以放大所述已滤波的多个键盘扫描输入信号，并将所述已放大滤波的多个键盘扫描输入信号提供给所述地址发生器。

5.如权利要求1所述的键盘控制电路，其中，所述移位寄存器在收到所述起始信号和下一起始信号到达期间，轮流触发所述多个键盘扫描输出信号，并且所述多个键盘扫描输出信号的触发相位都不相同。

6.如权利要求1所述的键盘控制电路，其中，所述键盘矩阵电路至少包含多个行线路和多个列线路，这些列线路分别产生所述多个键盘扫描输入信号，这些行线路分别接收所述多个键盘扫描输出信号，且这些行线路和这些列线路形成对应于所述多个键盘按键的多个接点。

7.如权利要求6所述的键盘控制电路，其中，在所述多个键盘按键其中之一被按下而引起对应的所述接点成为导通状态时，触发对应的所述键盘扫描输入信号。

8.如权利要求1所述的键盘控制电路，其中，所述映射装置是一非易失性存储器。

9.如权利要求1所述的键盘控制电路，其中，所述映射装置是一电可擦可编程只读存储器。

10.如权利要求1所述的键盘控制电路，其中，所述接口转换电路将符合通用串行总线规格的所述差动信号对传送给所述笔记本型计算机中的桥式逻辑芯片。