CN1304079A - 一种按键扫描电路 - Google Patents

Abstract

一种按键扫描电路,包含:控制单元,其控制端可为接地或浮接二种状态;第一电荷储存电路的充放电端耦合至控制单元的检测端;按键矩阵电路包含个别具有第一端及第二端的多个电阻,和个别具有第一端及第二端的多个手动开关,该些电阻个别以其第一端与和其相邻的电阻的第二端相接的方式形成一具有一第一端及第二端的串联电阻电路,而该些开关的第一端则分别耦合于各该二电阻的相接点,该些开关的第二端则耦合至该控制单元的控制端,并且该串联电阻电路的第一端耦合至上述电路的充放电端。

Description

一种按键扫描电路

本发明是有关于一种按键电路，尤指一种可依据放电时间长度来判断按键位置的按键电路。

请参考图1。图1为已知按键电路10的示意图。按键电路10包含有m条驱动线A,B,C…,M用来输入一扫描脉冲，n条输出线a,b,c,…,n用来输出该扫描脉冲，以及m*n个键Aa,Ab,…,Mn排成矩阵状。其中m条驱动线会轮流地输入一扫描脉冲。如扫描脉冲输入到驱动线B，而按键Bb被按动，即按键Bb被接通，电流就会从驱动线B流到按键Bb再流到输出线b，于是输出线b就会输出该脉冲信号(如实线12所示)，而得知按键Bb被按动。

但假如扫描脉冲输入到驱动线B时，同时有按键Bb，按键Cb以及按键Cd三个按键被按动，这时除了输出线b会有脉冲输出外，电流也会沿着从驱动线B流到按键Bb再流到输出线b再流到按键Cb再流到驱动线C再流到按键Cd再流到输出线d(如虚线14所示)，于是输出线d就有脉冲信号输出，所以就会得到Bd键被按动的结果，但其实没有。于是这产生了一个虚假字码，就是所谓的“ghostkev”或“phantom key”。除了这个缺点，键盘电路10的m条驱动线和n条输出线，就必须占据处理器的m+n个端口，不是很经济。

另外在美国专利第5619169号提到了使用一条传输线的按键电路设计，其以多个相同电阻值的电阻串联，并串联电容，按键按压时电容会透过串联的电阻接地而放电，检测放电所耗的时间去计算电阻值，就得知哪一个键被按。不过本篇美国专利中的按键于每一次按压时，只能做一次放电的动作，因此容易产生误差，并且一次最多只能检测一个键，而无法适用于两键或两键以上同时被按压的情形。

因此，本发明的主要目的在于提供一种可依据于一次按压过程中多次的放电，并根据放电时间的长度来判断按键位置的按键电路以解决上述问题。

本发明提供的一种按键电路，用来将一按键输入的位置数据编码及解码，该按键电路包含有：一控制单元，该控制单元包含一控制端及至少一检测端，其中该控制端可选择于接地或浮接的任一状态；一第一电荷储存电路，该第一电荷储存电路具有一充放电端，该充放电端并耦合至该控制单元的检测端；一按键矩阵电路，其包含个别具有一第一端及一第二端的复数个电阻，以及个别具有一第一端及一第二端的复数个手动开关，其中该复数个电阻个别以其第一端与和其相邻的电阻的第二端相接的方式形成一具有一第一端及第二端的串联电阻电路，而该复数个开关的第一端则分别耦合于各该二电阻的相接点，该复数个开关的第二端则耦合至该控制单元的控制端，并且该串联电阻电路的第一端耦合至该第一电荷储存电路的充放电端；其中当一开关被致动时，借由该控制端接地时，该第一电荷储存电路所储存的电荷开始放电，而当该控制端浮接时，该第一电荷储存电路重新储存电荷，该检测端将检测该第一电荷储存电路的充放电端是否已达一预定电压，该控制单元并会计算由该控制端开始接地时至该检测端检测到该预定电压的时间长度，该控制单元并根据该时间长度判断出被致动的开关的相对应位置。

本发明的目的、特征、优点将结合实施例参考附图详细描述如下。

附图简要说明：

图1为已知按键电路示意图；

图2为一遥控器的按键键盘的外视图；

图3为本发明按键电路的示意图；

图4为按键按压时间跟充放电时间的关系的示意图；

图5为一电脑键盘的外视图；

图6为本发明按键电路的另一实施例。

请参考图2至图3。图2为一遥控器的按键键盘40的外视图。图3为本发明按键电路50的示意图。本发明按键电路50，可为一遥控器的按键键盘40(图3)的编码或解码电路。按键键盘40包含有一壳体42，以及一组按键44以可按压的方式设置于壳体42上。按键电路50包含有一控制单元52，一第一电荷储存电路54，一第二电荷储存电路56，以及一按键矩阵电路58位于按键44下。

控制单元52包含一具有一控制端60及二检测端62，64的处理器66，以及二电压传感器68,70。

第一电荷储存电路54具有一充放电端72经由电压传感器68耦合至控制单元52的检测端62。第二电荷储存电路56亦具有一充放电端74经由电压传感器70耦合至控制单元52的另一检测端64。

按键矩阵电路58包含个别具有一第一端及一第二端的复数个电阻76，以及个别具有一第一端及一第二端的复数个手动开关78。其中复数个电阻76个别以其第一端与和其相邻的电阻的第二端相接的方式形成一具有一第一端80及第二端82的串联电阻电路。串联电阻电路的第一端80耦合至第一电荷储存电路54的充放电端72，其中第一电荷储存电路54包含有一电容，于是串联电阻电路的第一端80相串联形成一RC电路，串联电阻电路的第二端82耦合至第二电荷储存电路56的充放电端74，其中第二电荷储存电路56也包含有一电容与串联电阻电路的第二端82相串联形成另一RC电路。而复数个开关78的第一端则分别耦合于各二电阻76的相接点，复数个开关78的第二端则耦合至控制单元52的控制端60。

在控制单元52中，控制端60可控制在接地或浮接二状态间跳动。电压传感器68,70分别连接于该串联电阻电路的第一端80以及第二端82，用来测量串联电阻电路第一端80以及第二端82的放电电压。处理器66中包含有一第一转换表84以储存各相邻电阻76的相接点至串联电阻电路第一端80之间的电阻值的放电时间对照值，以及一第二转换表86，其内存有各相邻电阻76间的相接点至串联电阻电路第二端82之间的电阻值的放电时间对照值。

其中当一按键44被按下，相对应的一开关78会被致动而按压于相邻电阻76间的一相接点，然后在控制端60接地的情况下(处理器66控制控制端60会在接地与浮接间跳动，而处理器66在控制端60开始接地时开始计时)，此时第一电荷储存电路54所储存的电荷会开始放电，而该相接点至串联电阻电路第一端80之间的电阻值会决定该RC电路的放电(discharge)时间。放电时电压会下降，而当串联电阻电路第一端80的电压下降至低于一预设的电压值时，电压传感器68会被导通，于是第一检测端62会由低电平升到高电平，而为处理器66所会检测到，处理器66会计算出该RC电路从开始放电至电压传感器68被导通时的时间长度(正确的说是控制端60开始接地至检测端62被检测到高电平时的时间长度)，最后处理器66会根据该时间长度，依据第一转换表84判断出被致动的开关78的相对应位置，输出一正确的按键信号。

同理，当控制端60被拨至接地时，第二电荷储存电路56储存的电荷也会开始放电，而该被按下的相接点至串联电阻电路第二端82的电阻值会决定该RC电路的放电(discharge)时间。放电时电压会下降，而当串联电阻电路第二端82的电压下降至低于一预设的电压值时，电压传感器70会被导通，于是第二检测端64会被检测到高电平，同样的，处理器66会计算出该RC电路开始放电至电压传感器70被导通时的时间长度(正确的说是控制端60开始接地时至检测端64被检测到高电平的时间长度)，最后处理器66会根据该时间长度，依据第二转换表86判断出被致动的开关78的相对应位置，输出一正确的按键信号。

而当控制端60浮接时，第一电荷储存电路54与第二电荷储存电路56会重新储存电荷。

所以当一个按键44被按压，也就是有一个开关78被导通时，第一检测端62与第二检测端64都会被检测到电平的改变，于是分别依第一与第二转换表84,86得到相同的按键信号。而当同时有两个按键44被按压时，会有两个开关78被导通，两个按键44会分别被第一与第二检测端62,64检测到，然后依照第一与第二转换表84,86得到两个按键信号。而当多个按键44被按压时，得到的是在按键电路50上分别最靠近串联电阻电路的第一端80与第二端82的两个按键44的按键信号。

请参考图4，图4为按键按压时间跟充放电时间的关系的示意图。以本实施例来说，其中不同按键间串联电阻的每一个电阻值是50Ω，电容的电容值为1μF，然后电压的电压值是5V，应用电容放电时间的关系式， $t\≈\mathrm{Rc}|n\frac{\mathrm{Vcc}}{\mathrm{Vcc}-0.9}$ 就得到，t≈0.19845R单位是μs，十分的短暂。而充电的时间，受电容值及与电压端间的电阻值大小决定，此处以电阻值100KΩ为例，因此大约500μs为充电时间。而处理器66控制控制端60在接地与浮接间的按键扫描周期大约是2ms，当然每一次浮接的时间要大于500μs让充电可以充满。因为本发明是由控制端60开始接地时开始计算RC电路放电时间，所以第一个按键讯号可能是错误的，它的获得可能是控制端60已经接地了而开始计算时间后按键才按下，所以开始接地跟RC电路开始放电的时间不一样，因而得到不正确的RC电路放电时间，而得到错误的按键信号。但根据实验每一次按按键最快也要100ms，在这一段时间内，按照本实施例的设计，处理器66其实已经可以扫描按键很多次了，所以虽然第一个信号有可能是错误的，不过因为后面还是会有很多正确的按键信号输出，可以取后来正确的输出，或作平均以减少误差，也就是设计让处理器66接收几个按键信号的输出才真正显示一个按键信号。所以其实快速按压与按着不放都不是问题。

以上同时设置第一电荷储存电路54与第二电荷储存电路56于串联电阻电路的两端，实为能检测到同时按压两键的情形，而若是于一些一次只有一键会被按压的情形时，则只需设置第一电荷储存电路54与第二电荷储存电路56其中之一于串联电阻电路的一端即可。并且其中所示的电阻76，若于一般的实施情况，当然亦有可能是直接印刷于薄膜电路版上，以印刷材料调配得之等效电阻。

请参考图5及图6。图5为一电脑键盘90的外视图。图6为本发明的另一实施例按键电路100。电脑键盘90包含有一壳体92及三组按键94,96,98以可按压的方式设置于壳体92上，其使用本发明按键电路100，每一组按键94,96,98之下各设有一按键矩阵电路110,120,130及二电荷储存电路112,114,122,124,132,134。每组按键一次可以接受两个键的按动，所以总共一次就可以检测到最多六个键的按动，已可以应付大多数一次需要多个按键同时被按动的场合，比方说热开机键要同时按三个键ctrl,alt和del，这时可以把ctrl键和alt键放在同一组按键中，比方说按键组94，然后把del键放在另一组按键中，比方说按键组98。就可以使用热开机键。而每一按键组只需要处理器140的三个端口，所以键盘100总共也只需要九个端口。

综上所述，本发明按键电路50和100没有已知产生虚假字码，“ghostkey”的问题，并且所需要使用的处理器的端口比已知电路10要更少。已知键盘电路10一组m*n的矩阵的按键需要m+n个端口，现在无论多少个键都可以只使用三个端口，或多分为几组，比方说3组使用然后使用9个端口。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (20)

1．一种按键电路，用来将一按键输入的位置数据编码及解码，其特征是该按键电路包含有：

一控制单元，该控制单元包含一控制端及至少一检测端，其中该控制端可选择于接地或浮接的任一状态；

一第一电荷储存电路，该第一电荷储存电路具有一充放电端，该充放电端并耦合至该控制单元的检测端；

一按键矩阵电路，其包含个别具有一第一端及一第二端的复数个电阻，以及个别具有一第一端及一第二端的复数个手动开关，其中该复数个电阻个别以其第一端与和其相邻的电阻的第二端相接的方式形成一具有一第一端及第二端的串联电阻电路，而该复数个开关的第一端则分别耦合于各该二电阻的相接点，该复数个开关的第二端则耦合至该控制单元的控制端，并且该串联电阻电路的第一端耦合至该第一电荷储存电路的充放电端；

其中当一开关被致动时，借由该控制端接地时，该第一电荷储存电路所储存的电荷开始放电，而当该控制端浮接时，该第一电荷储存电路重新储存电荷，该检测端将检测该第一电荷储存电路的充放电端是否已达一预定电压，该控制单元并会计算由该控制端开始接地时至该检测端检测到该预定电压的时间长度，该控制单元并根据该时间长度判断出被致动的开关的相对应位置。

2．如权利要求1所述的按键电路，其特征是该控制单元包含一处理器，该处理器中包含有一第一转换表以储存各相邻电阻的相接点至该串联电阻电路第一端之间的电阻值的对照值。

3．如权利要求2所述的按键电路，其特征是该控制单元另包含至少一电压传感器连接于该串联电阻电路的第一端用来测量该串联电阻电路第一端的电压。

4．如权利要求3所述的按键电路，其特征是该第一电荷储存电路包含有一电容与该串联电阻电路的第一端相串联以形成一RC电路，当一开关被致动而按压于相邻电阻间的一相接点时，该相接点至该串联电阻电路第一端之间的电阻值会决定该RC电路的放电时间，而当该串联电阻电路第一端的电压低于一预设的电压值时，该电压传感器会被导通，而该处理器则会测出该RC电路开始放电至该电压传感器被导通时的时间长度，并根据该时间长度对照该第一转换表来判断出被致动的开关的相对应位置。

5．如权利要求2所述的按键电路，其特征是还包括有一第二电荷储存装置，该第二电荷储存电路亦具有一充放电端耦合至该串联电阻电路的第二端，并经由一电压传感器耦合至该控制单元的另一检测端。

6．如权利要求5所述的按键电路，其特征是该处理器则另包含有一第二转换表，其内存有各相邻电阻间的相接点至该串联电阻电路第二端之间的电阻值的对照值。

7．如权利要求6所述的按键电路，其特征是该第二电荷储存电路包含有一电容与该串联电阻电路的第二端相串联以形成一RC电路，当一开关被致动而按压于相邻电阻间的一相接点时，该相接点至该串联电阻电路第二端之间的电阻值会决定该RC电路的放电时间，而当该串联电阻电路第二端的电压低于一预设的电压值时，该电压传感器会被导通，而该处理器则会测出该RC电路开始放电至该电压传感器被导通时的时间长度，并根据该时间长度对照该第二转换表来判断出被致动的开关的相对应位置。

8．如权利要求1所述的按键电路，其特征是其为一键盘中的编码或解码电路，而该键盘是用以连接于一电脑。

9．如权利要求8所述的按键电路，其特征是该键盘包含有一壳体及复数组按键以可按压的方式设置于该壳体上，每一组按键之下设有一如上所述的电荷储存电路及按键矩阵电路。

10．如权利要求1所述的按键电路，其特征是其为一遥控器中的编码或解码电路。

11．如权利要求1所述的按键电路，其特征是该复数个电阻是以印刷制成于一薄膜电路版上的等效电阻。

12．一种按键电路，用来将一按键输入的位置数据编码及解码，其特征是该按键电路包含有：

一控制单元，该控制单元包含一控制端及二检测端；

一第一及一第二电荷储存电路，每一电荷储存电路皆具有一充放电端以耦合至该控制单元的相对应检测端；

一按键矩阵电路，其包含个别具有一第一端及一第二端的复数个电阻，以及个别具有一第一端及一第二端的复数个手动开关，其中该复数个电阻个别以其第一端与和其相邻的电阻的第二端相接的方式形成一具有一第一端及第二端的串联电阻电路，而该复数个开关的第一端则分别耦合于各该二电阻的相接点，该复数个开关的第二端则耦合至该控制单元的控制端，并且该串联电阻电路的第一端耦合至该第一电荷储存电路的充放电端，而该串联电阻电路的第二端耦合至该第二电荷储存电路的充放电端；

其中当至少一开关被致动时，该第一及第二电荷储存电路会经由该控制单元的该控制端控制而充放电，而该控制单元的检测端会检测该第一及第二电荷储存电路的相对应充放电端是否已达一预定电压，该控制单元并会计算由该第一及第二电荷储存电路放电开始至该控制单元相对应的检测端检测到该预定电压的时间长度，该控制单元并根据该时间长度以判断出被致动的开关的相对应位置。

13．如权利要求12所述的按键电路，其特征是该控制单元的控制端可选择在于接地或浮接任一状态间跳动，当该控制端接地时，该第一及第二电荷储存电路所储存的电荷开始放电，而当该控制端浮接时，该第一及第二电荷储存电路重新储存电荷。

14．如权利要求13所述的按键电路，其特征是该控制单元包含一处理器，该处理器中包含有一第一转换表以储存各相邻电阻间的相接点至该串联电阻电路第一端之间的电阻值的对照值，以及一第二转换表以储存各相邻电阻间的相接点至该串联电阻电路第二端之间的电阻值的对照值。

15．如权利要求14所述的按键电路，其特征是该控制单元另包含二电压传感器分别电连接于该串联电阻电路的第一端及第二端，用来测量该串联电阻电路第一端及第二端的电压。

16．如权利要求15所述的按键电路，其特征是该第一及第二电荷储存电路皆包含一电容分别串联于该串联电阻电路的第一端及第二端并分别形成一RC电路，当二开关同时被致动而按压于相邻电阻间的二不同相接点时，该二相接点至该串联电阻电路第一端及第二端间的电阻值会决定各RC电路的放电时间，而当该串联电阻电路第一端或第二端的电压低于一预设的电压值时，其相对应的电压传感器会被导通，而该处理器则会测出各RC电路开始放电至其相对应电压传感器被导通时的时间长度，并根据所测出的时间长度来对照该第一及第二转换表，以判断出被致动的开关的相对应位置。

17．如权利要求12所述的按键电路，其特征是其为一键盘中的编码或解码电路，而该键盘是使用连接于一电脑。

18．如权利要求17所述的按键电路，其特征是该键盘包含有一壳体及复数组按键以可按压的方式设置于该壳体上，每一组按键之下设有如上所述的按键矩阵电路及二电荷储存电路。

19．如权利要求12所述的按键电路，其特征是其为一遥控器中的编码或解码电路。

20．如权利要求12所述的按键电路，其特征是该复数个电阻为以印刷制成于一薄膜电路板上的等效电阻。

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