CN1336659A - 检测开关闭合的方法和装置 - Google Patents

Abstract

揭示了一种利用检测器的单个输入线检测几个开关之一闭合的装置和方法。当一个录音开关闭合时该输入线也被用于携载声频信号。这些开关与电阻器网络相连接,电阻器网络与一个提升电阻协同工作以形成一个电压分压器。提升电阻连接到输入线。使开关闭合,有选择地切换电压分压器当中的网络中的电阻器,改变输入线上的电压。检测器读出输入线上的电压并将其与一组预定值进行比较,确定哪个开关闭合。如果录音开关闭合,与电阻器网络连接的麦克风将声音转变为输入线上的声频信号。

Description

检测开关闭合的方法和装置

本发明涉及利用一个输入引脚检测几个开关中一个闭合的方法和装置。更具体地，本发明涉及利用微处理器的一个输入引脚检测几个开关中一个闭合，接着如果检测到一个特定录音开关是闭合的则利用同一输入引脚接收声频信号。

在现有技术中，通常需要用微处理器或微控制器的一个以上输入线来检测两个或更多个开关中一个开关的闭合。通常，具有以n×n矩阵排列的n2个按钮或开关的小键盘将需要2N条输入/输出线数目，对小键盘上的开关闭合进行解码。例如，2×2的小键盘需要4条输入和输出(I/O)线，以确定一个键揿下，3×3小键盘需要6条I/O线。如果可以提供所需数目的I/O线，这种矩阵配置才能工作。然而，由于空间或是成本的制约，并不是总能提供所需数目的I/O线的。

成本和尺寸成为重要设计考虑依据的装置的例子有便携音乐播放装置，如CD播放机和近期出现的手掌大小的个人计算机(P/PC)。由于这种装置是随身携带的，迫切地需要减小这种装置的尺寸。所需的I/O线数目的减少就是实现更小型装置的一种方法。

表示在这种装置中使用更少I/O线的另一个因素是提供用于将一对耳机连接到装置的标准插口的类型。标准插口或是三极类型或是四极类型。三极插口具有三个部分或极，这些极中的两个用于左右声道，最后一个用于地(GND)连接。这种三极插口足以将一对立体声耳机连接到装置上。为了支持一对立体声耳机以上的任何情况，需要能够支持三极插口以上的多个连接。

例如，当有了遥控器时四极插口已经成为标准部件。当用于播放音乐时，这种装置通常佩在腰部或放在口袋中，这使得装置的遥控按钮难以触摸。为了增大使用能力，这些装置的制造商们已经推出了遥控器，该遥控器被附着于连接耳机与装置的线上。这一遥控器尺寸很小并有几个控制按钮，即播放、停止、前进和倒退。当用户戴上耳机时，很方便地使遥控器位于胸口上，因此允许用户易于触摸。

采用如图P/PC的录音装置，也便于将麦克风定位在遥控器上。采用加在遥控器上的麦克风，需要多个至装置的连接。这些连接则需要具有四极以上，最好是五极的插口。然而，五极目前不是标准的，不得不定做。在加工这种非标准插口中涉及的成本过高。一种可能的解决办法是使用两个单独的标准插口来支持遥控器、耳机和麦克风的组合。然而，这种解决办法则会妨碍装置的可利用性以及在装置需要比单个插口更大的空间。

从以上可见，现有技术因此需要一种利用一个输入引脚检测多个开关中一个开关闭合的创新方法和装置。在检测到一个特定录音开关闭合后该方法还使用同一输入引脚接收声频信号。采用这一装置，标准四极插口将足以把遥控器、一对耳机和一个麦克风连接到声频录音和播放装置。使用这种四极插口作为能够与附着于标准三极插口的一对耳机一起工作的装置是有利的。

按照较佳实施例，利用检测器的单个输入线检测多个开关中一个闭合的装置具有一电压发生器和一比较器。电压发生器被配置成响应于开关闭合，用于在输入线上产生一预定输出电压。检测器具有一比较器，它接收输入线上的输出电压并确定几个开关中哪一个闭合。

较佳地，比较器具有一模数转换器(ADC)和一微处理器。ADC将输入线上的输出电压转换为数字电压值。微处理器比较数字电压值与一组预定值，以确定哪一个开关闭合。较佳地，电压发生器是一个电压分压器，它具有第一电阻，连接于控制节点上的第二电阻。控制节点连接于输入线。在一个实施例中，第二电阻是从串联连接的电阻器网络得出。开关连接于这些电阻器，选择性地切换第二电阻当中的电阻器，改变第二电阻。随第二电阻的变化，控制节点上的电压也变化。

任选地，装置进一步包括将声音变换为输入线上的声频信号的麦克风。这一麦克风被连接到电阻器网络，以形成第二电阻。装置还包括第三电阻，它可以跨接在第一电阻上，以在第一电阻上产生较低的总电阻。第一电阻上的这一较低的电阻使输入线上的电压提高，从而适当偏置麦克风。

电压分压器和麦克风较佳地包含在独立于检测器的遥控器外壳中。利用电缆(它包括输入线)将麦克风连接到检测器。

在本发明的另一个方面中，形成早先描述装置一部分的遥控器和耳机组具有一四极插口、遥控器和一对耳机。该遥控器和耳机组被连接到包括利用四极插口的检测器的装置。遥控器被耦合到四极插口。遥控器包括上述的电压分压器。四极插口载有来自装置的声频信号，用于在耳机上播放。较佳地，遥控器被直接耦合到四极插口，耳机经遥控器被耦合到四极插口。

此外按照本较佳实施例，本发明提供一种利用上述装置检测几个开关中一个闭合的方法。该方法涉及当一个开关闭合时在输入线上产生一预定电压。该方法进一步将输入线上接收的预定电压转换为数字电压值。该方法还测量用以给装置供电的电池的电压。在测量电池电压后，该方法选择一组预定电压，对应于电池电压。然后该方法将数字电压值与所选一组预定电压进行比较，以确定哪个开关闭合。当检测到录音开关闭合时，该方法改变输入线上的电压，适当地偏置麦克风，从而使在输入线上接收声频信号基本无畸变。

参考以下附图将能个更好地理解本发明，其中：

图1是手掌大小的个人计算机(P/PC)的方框图，具有一装置、一遥控器和一对耳机。

图2是类似于图1的方框图，表明按照本发明较佳实施例的遥控器和装置的电子硬件。图中示出遥控器在控制节点上连接于装置。遥控器具有几个开关和一个声频录音的麦克风。

图3是利用图1中P/PC在录音过程期间在控制节点上的电压曲线。

图4是对图2中开关闭合进行解码以及当检测与录音功能相关的开关闭合时调节控制节点上的电压的步骤序列。

图5是本发明的遥控器的另一实施例。

以下，在装备有遥控器的手掌大小的个人计算机(P/PC)的上下文中将描述本发明的一个较佳实施例。然而，应当理解，本发明可同样应用于其他类型的计算装置或电子装置，其中采用单个输入/输出(I/O)引脚来检测几个按钮或开关的揿下或闭合以及如果检测到一个录音开关闭合从麦克风接收声频信号。

图1是能够录音和播放声频信号的P/PC系统2的方框图，所述声频信号以适合的格式(如MP3格式)被数字化地存储。系统2包括P/PC装置4、一对立体声耳机6和遥控器8。利用电缆12将遥控器电耦合到四极插口(iack)10。立体声耳机6较佳地经遥控器8被电耦合到四极插口10。当连接到装置4上相应的四极插座(socket)时，四极插口载有来自装置4的在耳机6上播放的左声道和右声道声频信号，地(GND)信号和输入到装置4中的控制信号。电缆12的长度这样选择，即当用户佩戴耳机6时，遥控器8大致处于用户的胸部。遥控器8的这种定位允许用户易于触摸遥控器8。在遥控器8上有5个按钮或开关S1-S5(图2)，用于执行声频录音和播放装置的功能。这些开关指定为“录音”、“播放”、“停止”、“前进”和“倒退”。

图2是一示意图，表明遥控器8与装置4之间的连接。根据本发明的较佳实施例，诸如电阻器R1-R5的5个电阻元件的网络在遥控器8中串联连接。电阻器R1-R5的这一串联连接较佳地与麦克风12串联连接。麦克风12的一个自由端连接到四极插口10中的一个极。在这一连接的装置端上是提升电阻元件，如电阻器R6。电阻器R6被连接到给装置4供电的电池。这个提升电阻器R6与麦克风12和电阻器R1-R5一起形成一个电压分压器。麦克风12和提升电阻器R6之间的连接点被指定为控制节点14。电压分压器起电压发生器的作用，用于在这一控制节点14上产生控制电压。5个开关S1-S5被电连接到电阻器R1-R5，使得这些开关的闭合能够引起预定电压在控制节点14上产生。开关S1-S5较佳地为两种状态按钮型，通常为打开，揿下被闭合。在较佳实施例中，这样一种开关连接可以通过将每个开关S1-S5的一端接地而每个开关的另一端连接到电阻器R1-R5之间的互连节点而实现。当所有的开关S1-S5都打开时，电阻器R1-R5中没有一个是接地的。装置4中的电阻器R6将控制节点14带到电池电压。当开关S5闭合时，电阻器R1-R4被排除在电压分压器之外，仅留下电阻器R5在电压分压器中。电压分压器中的这个电阻器R5将导致在控制节点14上降落或产生预定的最小电压。同样，当仅仅开关S4闭合时，电阻器R1-R3被排除在外，仅仅电阻器R4和R5留在电压分压器中。控制节点14的电压同样随其他开关S1-S3的闭合而变化。如果仅仅开关S1闭合，那么所有的电阻器R1-R5将形成电压分压器的一部分，引起预定的最大电压降落在控制节点14上。

如果在开关S1-S5的这种配置中有一个以上开关闭合，那么，留下电阻器R1-R5中最小数目形成电压分压器的那个开关将被检测为主导开关。例如，如果开关S3和S5同时闭合，只有电阻器R5保持在电压分压器中，因为开关S5将电阻器R5接地，即使开关S3也闭合，也将电阻器R1-R4排除在电压分压器之外。开关和电阻器的这种配置允许把多个主导开关指定为启动多个重要功能的开关。在这一较佳实施例中，开关S5被指定为启动录音功能。这一录音功能被看作是最重要的，如果被启动应当比其他功能优先。同样，按照优先性的降序较佳地把其他开关S4-S1指定为启动播放、停止、前进和倒退功能。

接着将描述装置4中控制节点14的用于检测开关闭合的接口。在装置一侧，控制节点14经I/O线被电耦合到SH3微处理器17(由日立公司提供)的I/O引脚16。这个I/O引脚16有两个用途，即中断和输入到微处理器17的模数转换器(ADC)18上。在设计本发明的电子硬件时有几个设计目的要满足。第一个目的是具有将微处理器17形成省电模式的能力，如当开关S1-S5之一被闭合时SH3微处理器17上的浅睡眠和深睡眠模式。只要开关S1的闭合在控制节点14上产生最高电压，那么必须选择电阻器R1-R7的值以保证在控制节点14上产生的电压足够低以中断微处理器17，引起它运行中断服务的例行程序或者中断处理程序。控制节点14上的电压应当比电池电平的一半要低，能够引起微处理器17中的中断。这一电压依赖于用于制造微处理器的半导体技术。

另一个设计目的是，装置4应当能够支持一对标准立体声耳机，它采用标准三极插口。当将这种三极插口插入到接收标准四插口的插座中时，GND(地)极将GND与COCTROL极相连接，由此使控制线短路到GND。在这种情况中，只有电压分压器中的电阻器R6跨接在电池上。因此这个电阻器R6被选为具有高电阻，以降低当把三极插口插在四极插口的插座中时电池的电流漏泄。

在确定了电阻器R6的值后，接着确定电阻器R1-R5的值。正如前面说明的，麦克风和电阻器R1-R5的总电阻必须导致在控制节点14上的电压小于一半的电池电压。在较佳实施例中，控制节点上的这一电压选为约1V。应当注意，当把三极插口插入到接收四极插口的插座中时，控制节点则短路到GND，为0V。因此，任何开关闭合应产生明显不同于GND的最小控制电压。在这个较佳实施例中，对于由3.3V完全充电电池供电的装置当开关闭合时产生的最低电压约为0.2V。电阻器R1-R5的值是这样选择的，在控制节点上产生的电压落在0.2V至1.0V的范围内。较佳地，产生的电压在范围内是足够间隔开来的，为电阻器的值的容限提供必要的条件。3.3V的完全充电电池的控制电压由下表给出。

开关的闭合	控制节点上的电压
		无	3.3V
S5(录音)	0.2V
		S4(播放)	0.4V
S3(停止)	0.6V
		S2(前进)	0.8V
S1(倒退)	1.0V

将这些电压值存储在装置4的存储器(未示出)中以及用于随后与控制节点上的测量电压的比较，以确定哪个开关是闭合的。由于电池电压随用量而下降，可能需要一组以上的这些电压，对应于不同的电池电压。取电池电平已经降至2.8V时的一个例子。在这种电池电平下，开关S1的闭合将导致控制节点14上电压约下降0.8V。如果微处理器17仅仅依赖于确定哪个开关闭合的单个一组电压(正如上表中所示)，则会错误地确定开关S2闭合而不是开关S1。因此，当电池电压为2.8V时，需要一组不同的预定电压，以确定开关的闭合。

跨接在电阻器R6上的是与诸如MOSFET15的开关串联的电阻器R7。当在录音阶段开关S5闭合时，控制节点上的电压维持在约0.2V。这个偏置电压不足以允许从麦克风12接收的声频信号有最大摆动。声频信号的负极部分将被削波。信号的这种削波导致信号被再现时的不理想的畸变。因此，重要的是将控制节点14的电压升高到允许声频信号在偏置电压的两个方向上获得其最大摆动的电平。在较佳的实施例中，通过切换跨接在电阻器R6上的电阻器R7以降低电阻器R6上的总电阻将偏置电压提高到约电池电压的一半。MOSFET15的导通或截止使电阻器R7与电阻器R6连接或断开连接。MOSFET15的栅极连接至微处理器的输出引脚，允许微处理器17使MOSFET15导通或截止。

图3是曲线图，表明在录音过程期间控制节点14上的电压。结合在中断处理程序中实施的检测开关闭合的一系列步骤的描述能最好地描述这一曲线。图4是步骤序列20的流程图。当开关闭合引起在微处理器中发生中断时，序列20从“开始”步骤22开始，微处理器17执行与控制节点14连接的I/O引脚相关的中断处理程序。在开关闭合之前，控制节点被电阻器R6拉高，控制电压处于电池电压。控制节点14上的这一电压由图3中箭头A表示。在“开始”步骤22之后，序列20进行到“控制电压为0V吗？”步骤24，这里比较器将模拟控制电压与预定值进行比较，以确定哪个开关闭合。在这个较佳实施例中，微处理器通过将模拟控制节点电压转换为数字值以及确定该值是否接近或等于0V而执行比较器功能。微处理器中的芯片上模数转换器(ADC)较佳地执行这一转换。如果在这个步骤中确定控制电压接近或等于0V，序列20进行到“断开R7连接”步骤26。在这一步骤26中，微处理器17使MOSFET15截止，断开电阻器R7与电阻器R6的连接，允许电阻器R6限制电池的电流漏泄，如前所述。然后序列20进行到“结束”步骤27，这里微处理器可以任选地返回到省电模式。

然而，如果在“控制电压为0V吗？”步骤24中确定控制电压不接近或等于0V，那么序列20进行到“测量电池电压”步骤28，这里微处理器确定电池电压。然后序列进行到“对开关闭合解码”步骤30，这里微处理器将数字电压值与对应于侧得电池电压的适当一组电压作比较，以确定几个开关S1-S5中哪一个闭合。接着，序列进行到“录音开关闭合吗？”步骤32，这里微处理器确定闭合的是否是开关S5。如果确定闭合的不是开关S5，微处理器进行到“执行其他任务”步骤34。在这个步骤中，中断处理程序调用适当软件例行程序，实现与最先闭合开关相关的已启动功能，以执行该功能。

如果在“录音开关闭合吗？”步骤32中确定开关S5闭合，当控制节点上的电压约为0.2V时，序列20进行到“连接R7”步骤36。图3中的箭头B表示开关S5闭合时的这一控制节点电压。在“连接R7”步骤36中，微处理器使MOSFET15导通，使电阻器R7跨接在电阻器R6上。这一连接改变了电压分压器中电阻器R6上的电阻，结果使控制节点电压提高到约电池电压的一半。图3中的箭头C表示控制节点14上的这一升高电压。然后，序列进行到“开始录音”步骤38。在这一步骤中，用户可以开始对着麦克风12讲话。麦克风将话音转换为声频信号。这一信号被适当偏置，以允许信号在偏置电压的两个方向上具有最大摆动。由于这一声频信号的峰-峰电压小，较佳地利用声频前置放大器40(图2)对信号进行放大。在前置放大器40输出端的放大信号接着被编码解码器42(图2)数字编码。然后将来自编码解码器42的编码值存储在装置4的存储器中，以供下一步检索。

然后序列20进行到“释放录音开关吗？”步骤44。在这一步骤中，微处理器17确定是否通过或是拉出I/O引脚或者中断与该引脚相关的装置释放已闭合的开关S5。如果确定闭合开关S5未被释放，序列绕这个步骤44循环。然而，如果确定闭合开关S5被释放，序列进行到“结束录音”步骤46，这里中断处理程序终止录音过程。当闭合开关S5被释放时，控制节点上的电压也被电阻器R6推高到电池电压。序列最后终止在“结束”步骤27，这里微处理器通过使MOSFET截止能够任选地断开电阻器R7在电阻器R6上的连接。

虽然已经参考以上工作原理和较佳实施例示出并描述了本发明，显然对于本领域专业技术人员而言在形式和细节上可以作出其他变化。作为一个例子，麦克风12可以与电阻器R1-R5并联连接，而不是在较佳实施例中的串联连接。图5示出与电阻器R1-R5并联连接的麦克风12。

在这个另一实施例中的开关S5为单刀双掷型。当被启动时，这一开关S5将电阻器R5和麦克风12连接到装置4中的地信号。当以这种方式连接时，麦克风12并不影响开关S1-S4被启动时微处理器引脚上的电压。这种配置允许电阻器R1-R5的电阻值具有更高容限。结果，能够更准确地确定开关闭合。

Claims (17)

1.一种利用检测器的单个输入线检测几个开关之一闭合的装置，其特征在于所述装置包括：

被配置成对开关闭合作出响应的电压发生器，用于在输入线上产生输出电压，根据多个开关中哪一个闭合，所述输出电压是多个预定电压中的一个；以及

检测器中的比较器，用于接收输入线上的输出电压以及用于确定多个开关中的哪一个闭合。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述比较器包括：

模数转换器，用于将来自电压发生器的输出电压转换为数字电压值；以及

微处理器，用于将数字电压值与一组预定值进行比较，以确定多个开关中哪一个闭合。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电压发生器包括电压分压器，它具有：

第一电阻；以及

在控制节点上与第一电阻电连接的第二电阻，第二电阻包括串联连接并与多个开关电连接的电阻器网络；

其中，控制节点与输入线电连接，通过多个开关的闭合，电阻器网络能够从电压分压器当中被有选择地切换，以改变电压分压器中的第二电阻。

4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，输入线也能够接收声频信号，所述装置进一步包括：

麦克风，用于将声音转变为输入线上的声频信号，所述麦克风与电阻器网络电连接，以形成第二电阻；

第三电阻，它能够被切换成并联在第一电阻上，在第一电阻上产生更低的总电阻；以及

存储装置，用于将声频信号存储在输入线上；

由此当检测到开关中有一个是闭合的以启动录音功能时，第三电阻被切换成并联到第二电阻上，升高输入线上的电压，对麦克风作适当地偏置。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述麦克风与第二电阻串联连接。

6.如权利要求4所述的装置，其中，进一步包括与输入线电耦合的放大装置，用于对声频信号进行放大，以及其中存储装置存储经放大的声频信号。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于进一步包括：

编码装置，用于把经放大的声频信号数字编码为编码信号；以及

其中比较器包括模数转换器，用于将来自电压发生器的输出电压转换为数字电压值；以及

微处理器，用于将数字电压值与一组预定值进行比较，确定多个开关中哪一个闭合以及用于使存储装置能够存储编码信号。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于进一步包括：

封装电压分压器和麦克风的第一外壳；

封装微处理器、放大装置、编码装置和存储装置的第二外壳；以及

使麦克风与比较器电耦合的耦合装置，其中所述耦合装置包括输入线。

9.一种与声频录音和播放装置连接的遥控器和耳机组，所述声频录音和播放装置有一个四极插座，它与所述装置中传递左右声道声频信号的声频电路、接地连接和从控制线接收外部控制信号的电路电耦合，控制线被装置中提升电阻拉高，其特征在于，遥控器和耳机组包括：

用于连接到所述装置的四极插座的四极插口；

耦合到所述四极插口的遥控器，所述遥控器具有：

有电阻器网络形成的电阻；

与电阻器网络电耦合的多个开关，用于有选择地将电阻器网络中的电阻器排除到所述电阻之外，每个开关的闭合表示启动适当的声频操作，如录音和播放；以及

一端与控制线电连接而另一端与电阻电连接的麦克风，在录音期间用于将接收的声音转变为控制线上的声频信号，电阻和麦克风与负载电阻器协同工作，形成一个电压分压器；

与四极插口电耦合的一对耳机，在播放期间用于接收声频信号；

由此每个开关的闭合在电压分压器的电阻中留下不同数目的电阻器，在装置的控制线上产生一预定电压，以识别哪个开关是闭合的。

10.如权利要求9所述的遥控器和耳机组，其特征在于，电阻器网络在互连节点上串联连接，多个开关与电阻电连接，每个开关的一端与互连节点电连接，每个开关的另一端与地电连接。

11.如权利要求10所述的遥控器和耳机组，其特征在于，麦克风与电阻串联连接。

12.如权利要求9所述的遥控器和耳机组，其特征在于，遥控器与四极插口直接耦合，耳机经遥控器与四极插口耦合。

13.一种检测多个开关之一闭合的方法，所述多个开关之一与有电池供电的装置中的微处理器的单个输入线连接，所述装置在电池的电平范围上是可操作的，所述方法包括：

当多个开关中的一个开关闭合时在输入线上产生一预定电压；

将输入线上接收的预定电压转变为数字电压值；

测量电池电平；

选择对应于电池电平的一组预定电压；以及

将数字电压值与所选这组预定电压进行比较，以确定多个开关中哪一个闭合。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于进一步包括当一个开关闭合时中断微处理器。

15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，输入线进一步与麦克风耦合，用于从其接收声频信号，多个开关用于启动一组声频功能，包括装置上的录音、播放、停止、前进和倒退，所述方法进一步包括在录音期间改变输入线上的电压，以适当地偏置麦克风，使得收到的声频信号基本上无畸变。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于进一步包括：

对声频信号进行放大，产生经放大的信号；以及

存储该放大信号。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于进一步包括：

对放大信号进行编码，产生编码信号；以及

存储该编码信号。

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