CN1928784A - 键盘及控制方法和系统通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种键盘，包括键帽，发光元件设置在所述键帽下部、所述键帽机座的上部，所述发光元件的引脚穿过键帽机座、第一薄膜软片、第二薄膜软片、第三薄膜软片设置的孔与印刷电路板相连接。所述印刷电路板包括第一印刷电路板和第二印刷电路板。所述第一印刷电路板设置有通用串行总线接口电路、控制器、发光控制电路，第二印刷电路板设置有发光二极管矩阵电路。同时公开了键盘的控制方法和一种系统通信方法。

Description

键盘及控制方法和系统通信方法

技术领域

本发明涉及一种计算机的键盘和控制方法，具体说涉及一种具有通信功能的计算机键盘和控制方法，还涉及计算机与键盘的通信方法。

背景技术

以往人们在各种系统中使用的键盘，都把它当作输入设备，也有的在键盘本体上某些角落装有几个发光器件作为某种工作状态的指示，如计算机的键盘。

这类键盘的硬件部分采用一块单向数据输入的专用集成电路和与之匹配的若干分立器件组成并将它们焊接在印刷电路板上，再配装导线和接插件；软件部分的工作是将键盘按键的矩阵排列数据转换成计算机需要的输入编码，其转换程序是利用半导体技术的掩膜工艺刻入到专用集成电路之中；从而使键盘具备信息的输入功能。

这类键盘的外部有上下壳，壳的形状依设计者的意愿和实际需求各异，键盘的内部结构通常如图1所示，图1为已有的键盘按键连接示意图。下侧印刷有银浆线路的薄膜软片4，在规定位置有孔。薄膜软片5，在规定位置有孔，为4和6的隔离层。上侧印刷有银浆线路的薄膜软片6，在规定位置有孔，7为银浆线路。在图1中将塑胶按键1、按键支撑体2、橡胶按键3、下侧印刷有银浆线路的薄膜软片4、薄膜软片5、上侧印刷有银浆线路的薄膜软6与硬件部分、外部上下壳装配在一起成为完整的键盘。

这类键盘从软、硬件功能和键盘结构方面相对简单，只能完成信息的单向输入功能，不具备信息的交互能力，没有更丰富的功能提供给开发者和使用操作者。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种具有键盘，具有双向信息传输功能，同时具备信息显示、新颖外观和支持应用软件开发功能。

本发明的技术方案如下：

一种键盘，包括键帽，还包括设置有孔的键帽机座、第一薄膜软片、第二薄膜软片、第三薄膜软片，发光元件设置在所述键帽下部、所述键帽机座的上部，所述发光元件的引脚穿过所述键帽机座、第一薄膜软片、第二薄膜软片、第三薄膜软片设置的孔与印刷电路板相连接。

所述印刷电路板的下部设置有衬板。所述印刷电路板包括第一印刷电路板和第二印刷电路板，所述第一印刷电路板设置有通用串行总线接口电路、控制器、发光控制电路，所述第二印刷电路板设置有发光二极管矩阵电路。所述控制器是具有通用串行总线功能的摩托罗拉微控制器。设置在所述第一印刷电路板的外接口电路包括电源管理电路和外接口，所述外接口电路与所述控制器相连接。所述第一印刷电路板设置有电源切换电路，所述电源切换电路分别与所述控制器、通用串行总线接口电路相连接，本地电源通过所述电源切换电路接入。所述的发光元件为发光二极管。所述键帽的材料选用半透明的彩色塑料。

本发明还公开了一种键盘的控制方法，技术方案如下：

一种键盘的控制方法，该方法的每个任务分为停止、就绪、挂起和运行四个部分，该方法包括下述步骤：

a、事件触发出现时，任务进入就绪状态；

b、控制器按照任务的优先级决定优先级最高的就绪任务开始执行，其他就绪任务等待优先级成为最高；

c、运行状态的任务执行过程中，控制器如果发现执行任务条件不具备时，运行任务进入挂起状态；

d、当有更高优先级的任务就绪或者中断产生，则执行任务挂起，控制器执行更高优先级任务；

e、更高优先级任务或者中断完成，则就绪任务就绪执行；

f、任务完成回到停止状态。

本发明还公开了一种系统通信方法，技术方案如下：

一种系统通信方法，包括计算机，所述计算机的硬盘上设置有数据库，交互式发光键盘通过外接口和通用串行总线接口电路与所述计算机实现信息交换，所述信息交换是通过下述步骤实现的：

(1)操作系统的应用程序利用HID函数枚举HID设备；

(2)操作系统的应用程序利用Readfile函数，返回Led设备句柄；

(3)操作系统的应用程序利用步骤2得到的句柄，调用DLL的函数Setleds；

(4)Setleds调用HID驱动程序，将每个应用程序要控制的LED_ID值和控制方式封装成通用串行总线控制令牌；

(5)控制器的固件程序收到相应的令牌，取出LED_ID值和控制方式，对对应的发光元件作相应的控。

由于本发明交互式发光键盘设置有发光元件，键帽采用彩色的塑料，改善了键盘单一输入设备和呆板外观的印象，建立了一种双向彩色发光键盘教学娱乐系统，提供了一款具有彩色发光和照明功能和精美外观的键盘；在印刷电路板的下部设置有衬板后，使用起来具有舒适的手感；由于设置有USB通信接口电路，所以能够实现快速可靠的通信和更快的通信速度；设置有USB_HUB后，可以建立软件访问接口标准，使大量软件的应用成为可能。

交互式发光键盘的控制方法是通过固化在控制器内的固件程序来实现的。固件程序指的是固化在微控制器中的代码，是本键盘的核心功能、实现的重要部分。固化程序是一个微型化了的操作系统(OS)，通过它实现了对信息的双向传输和分析处理。在设计过程中，考虑到实时性和8位微控制器的特点，本发明的微控制器MCU(Micro Controller Unit)选用摩托罗拉微控制器，实现了非占先式内核方式的实时系统。系统中每个任务自我放弃MCU(MicroController Unit)控制权，异步事件是采用中断服务处理。中断服务可以使一个高优先级任务挂起变为就绪状态，在中断服务之后控制权依然交给原来被挂起了的那个任务，直到该任务主动放弃MCU(Micro Controller Unit)的控制权。因此，固件程序具有以下的优点，中断反应快、任务响应时间短；几乎不需要使用信号保护共享数据；任务之间不存在互相争抢使用MCU(MicroController Unit)的现象。

动态链接库设置在计算机主机的硬盘上，通过它软件开发人员利用编程软件工具可以顺利地开发出支持这种键盘的大量应用软件。

凭借本发明的硬件配置，通过使用动态链接库、烧入在控制器中的固件程序，除具备上述键盘的全部功能外，还使键盘具备了双向信息传输功能

附图说明

图1为已有的键盘按键连接示意图；

图2为本发明的键盘按键连接示意图；

图3为本发明的总体电路连接框图；

图4为固化在控制器中的固件程序框图；

图5为设置有数据库的计算机与键盘的通信程序框图。

具体实施方式

交互式发光键盘除具备上述键盘的全部功能，还使键盘具备了双向信息传输功能和信息显示功能；它的另一项与众不同是具有动态链接库功能，可以支持大量应用软件对键盘信息显示功能的开发和利用，好像键盘会说话。交互式发光键盘是一种人性化设计的输入输出设备，成为区别于普通键盘具有全新理念的信息技术(IT)产品。

下面结合附图对本发明的优选实施例作进一步详细的描述。

如图2所示本发明的交互式发光键盘是在原有的如图1所示的普通键盘的基础上开发出来的新键盘。本优选实施例包括键盘外壳、键帽1、橡胶按键3、带有引脚213的发光元件201、第二印刷电路板207、衬板208、设置有孔的键帽机座202、第一薄膜软片203、第二薄膜软片204、第三薄膜软片205。其中，除了键帽1和橡胶按键3是已有部件外，其余部件是本发明特有的机构。为了有利于发光元件201的安装，在键帽机座202上设置有孔。同时，为了将发光元件方便地焊接在第二印刷电路板207上，在第二印刷电路板207上设置有焊点209，在第一薄膜软片203、第二薄膜软片204、第三薄膜软片205上设置有孔。第一印刷电路板、第一薄膜软片203、第二薄膜软片204通过连接器与第二印刷电路板207相连接。

发光元件201设置在键帽1的下部、键帽机座202的上部，发光元件201的引脚213穿过键帽机座202、第一薄膜软片203、第二薄膜软片204、第三薄膜软片205设置的孔与第二印刷电路板207相连接，焊接在第二印刷电路板207的焊点209上，设置的焊点209可以使发光元件牢固地与第二印刷电路板207相连接，防止虚接。在第二印刷电路板207的下部设置有衬板208，衬板208一方面可以保护第二印刷电路板207的焊点209，还可以保护其他的与第二印刷电路板207相连接的焊接点。另外，增加的衬板208使本发明放置在桌面上使用时，有厚重的感觉。衬板208主要有下列作用，保证键盘曲线造型，在正常使用的情况下保护焊接点、方便维修。

本发明交互式发光键盘的优选实施例中的发光元件201选用发光二极管LED(Light Emitting Diode)拼装组成的，其优点是耗电量少，亮度高，工作电压低，驱动简单，寿命长，性能稳定。按键1的选料采用半透明的多种彩色用料，可使表示器件的发光明亮、柔和地透射出来，从而使输出的信息清晰地显示在操作者眼前，是普通键盘无法比拟的。键盘设置的109个按键1可以选用各种颜色，使键盘的按键1具有多种颜色的组合排列，例如按照左右手敲键规律分成淡粉色(左手)、蓝色(右手)和淡紫色(公用)的三色按键等。

下面结合图3本发明的总体电路连接框图，对本发明优选实施例作进一步详细的描述。本优选实施例中，印刷电路板包括第一印刷电路板和第二印刷电路板207，第一印刷电路板设置有通用串行总线电路302、控制器303、发光控制电路306，第二印刷电路板207设置有发光二极管矩阵电路。第一印刷电路板与第二印刷电路板207相连接。

设置在第一印刷电路板的外接口电路包括电源管理电路309和外接口304，外接口电路与所述控制器相连接。第一印刷电路板设置有电源切换电路310，电源切换电路310分别与所述控制器303、通用串行总线电路302相连接，本地电源305通过电源切换电路310接入。键盘按键矩阵电路308设置在第一薄膜软片203、第三薄膜软片205的银浆电路206上，通过连接器与第一印刷电路板相连接。

控制器通过通用串行总线电路302与计算机主机301进行信号传递，控制器303通过发光控制电路306与发光二极管307相连接，控制器303还与键盘按键矩阵电路308相连接。本优选实施例选用的控制器303是具有通用串行总线功能的摩托罗拉微控制器。本发光控制电路306采用移位寄存器与锁存器结合，既扩展了总线又实现了发光稳定，并能提供大电流LED的驱动能力。它们都是通用集成电路芯片，根据芯片使用说明或设计手册进行连接。

外接口电路包括电源管理电路309和外接口304，外接口为具有USB功能的集线器(HUB)，即USB_HUB。

第二印刷电路板207还设置有电源切换电路310，电源切换电路310在控制器303、通用串行总线电路302之间，并且与本地电源305相连接，本地电源305是本发明优选实施例中自带的电源，在独立工作时提供电源，例如参加展出时进行演示。

固件程序指的是固化在微控制器中的代码，是本键盘的核心功能、实现的重要部分，它是一个微型化的操作系统(OS)，它对信息的双向传输和分析处理、多种中断服务、显示驱动、通用串行总线(USB)的多个端口和错误报警等方面进行管理，而已有的键盘在功能和程序量方面仅是交互式发光键盘的一小部分。在设计过程中，选用8位微控制器，即MCU(Micro Controller Unit)，实现了非占先式内核方式的实时系统。系统中每个任务自我放弃MCU(MicroController Unit)控制权，异步事件是采用中断服务处理。中断服务可以使一个高优先级任务挂起变为就绪状态，在中断服务之后控制权依然交给原来被挂起了的那个任务，直到该任务主动放弃MCU的控制权。其特点是：

(1)中断反应快、任务响应时间短；

(2)几乎不需要使用信号保护共享数据；

(3)任务之间不存在互相争抢使用MCU的现象。

其实时系统任务转换示意图见图4固件程序框图，在后面有详细的描述。

在设计中，我们根据本产品的需要分成了如下任务和中断：

(1)按键状态查询任务；

(2)LED显示器状态查询任务；

(3)本地电源、USB电源状态查询任务；

(4)USB控制信令接受；

(5)USB控制信令发送；

(6)USB下行HUB状态查询；

(7)USB下行HUB数据发生；

(8)USB下行HUB数据接收；

(9)USB下行HUB管理。

在固化时，通过给这些任务分为不同优先级，并保证每个任务执行时间足够短，利用上述实时系统处理，使本产品从固件上实现与上位机通信、传递下行HUB口信息、管理下行HUB口、控制LED显示器亮灭、读取键盘状态。

如图3，本电路的控制器选用摩托罗拉微控制器，以摩托罗拉微控制器为核心，主要完成下述4部分功能：

1)按键输入：当用户按下任意键时，键盘按键矩阵产生触发信号，引发控制器产生中断，控制器收到中断后，马上扫描键盘，确定所按下的键码，产生相应的扫描码通过USB接口电路，传至计算机。

2)LED输出：计算机通过USB接口，把相应的LED控制码传给控制器，控制器解码分析，通过发光控制电路，产生相应的LED发光动作。

3)USB_HUB：本电路通过检测本电路的2个USB下行HUB口，一旦发现有USB设备接入本电路，马上提供其工作的相应电流，当接入的USB设备需求电流过大，USB_HUB电源管理单元停止其供电，并通过控制器，告诉计算机发生的相应故障。

4)本地与USB总线供电管理：本设备采用本地和USB总线双供电，通过对总线检测，如果没接计算机，则切换到本地供电，否则，采用总线供电。

下面结合图4和上述对固件程序的描述，结合固件程序的工作过程对交互式发光键盘的控制方法作进一步的描述。

键盘的控制方法的每个任务分为停止、就绪、挂起和运行四个部分，该方法包括下述步骤：

a、事件触发出现时，任务进入就绪状态；

b、控制器按照任务的优先级决定优先级最高的就绪任务开始执行，其他就绪任务等待优先级成为最高；

c、运行状态的任务执行过程中，控制器如果发现执行任务条件不具备时，运行任务进入挂起状态；

d、当有更高优先级的任务就绪或者中断产生，则执行任务挂起，控制器执行更高优先级任务；

e、更高优先级任务或者中断完成，则就绪任务就绪执行；

f、任务完成回到停止状态。

下面结合图5，结合动态链接数据库对系统通信方法的工作过程作进一步的描述。

本部分所述的动态链接数据库设置在计算机主机的硬盘上，通过高级语言调用，使软件开发人员利用编程软件工具可以顺利地开发出支持这种键盘的大量应用软件。

计算机的硬盘上设置有数据库，交互式发光键盘通过外接口和通用串行总线接口电路与所述计算机实现信息交换。句柄是一个整数，在Windows操作系统中，是用来标识一个文件、乃至所有设备资源标识的唯一的记号。所述信息交换是通过下述步骤实现的：

(1)作系统的应用程序利用HID函数枚举HID设备；

(2)操作系统的应用程序利用Readfile函数，返回Led设备句柄；

(3)操作系统的应用程序利用步骤2得到的句柄，调用DLL的函数Setleds；

(4)Setleds调用HID驱动程序，将每个应用程序要控制的LED_ID值和控制方式封装成通用串行总线控制令牌；

(5)控制器的固件程序收到相应的令牌，取出LED_ID值和控制方式，对相应的发光元件作相应的控制。

Claims (10)

1、一种键盘，包括键帽，其特征是，还包括设置有孔的键帽机座、第一薄膜软片、第二薄膜软片、第三薄膜软片，发光元件设置在所述键帽下部、所述键帽机座的上部，所述发光元件的引脚穿过所述键帽机座、第一薄膜软片、第二薄膜软片、第三薄膜软片设置的孔与印刷电路板相连接。

2、根据权利要求1所述的键盘，其特征是，所述印刷电路板的下部设置有衬板。

3、根据权利要求1所述的键盘，其特征是，所述印刷电路板包括第一印刷电路板和第二印刷电路板，所述第一印刷电路板设置有通用串行总线接口电路、控制器、发光控制电路，所述第二印刷电路板设置有发光二极管矩阵电路。

4根据权利要求3所述的键盘，其特征是，所述控制器是具有通用串行总线功能的摩托罗拉微控制器。

5、根据权利要求3所述的键盘，其特征是，设置在所述第一印刷电路板的外接口电路包括电源管理电路和外接口，所述外接口电路与所述控制器相连接。

6、根据权利要求3所述的键盘，其特征是，所述第一印刷电路板设置有电源切换电路，所述电源切换电路分别与所述控制器、通用串行总线接口电路相连接，本地电源通过所述所述电源切换电路接入。

7、根据权利要求1到6所述的键盘，其特征是，所述的发光元件为发光二极管。

8、根据权利要求1到6所述的键盘，其特征是，所述的键帽的材料选用半透明的彩色塑料。

9、一种键盘的控制方法，该方法的每个任务分为停止、就绪、挂起和运行四个部分，该方法包括下述步骤：

a、当事件触发出现时，任务进入就绪状态；

b、控制器按照任务的优先级决定优先级最高的就绪任务开始执行，其他就绪任务等待优先级成为最高；

c、运行状态的任务执行过程中，控制器如果发现执行任务条件不具备时，运行任务进入挂起状态；

d、当有更高优先级的任务就绪或者中断产生，则执行任务挂起，控制器执行更高优先级任务；

e、更高优先级任务或者中断完成，则就绪任务就绪执行；

f、任务完成回到停止状态。

10、一种系统通信方法，包括计算机，其特征是所述计算机的硬盘上设置有数据库，交互式发光键盘通过外接口和通用串行总线接口电路与所述计算机实现信息交换，所述信息交换是通过下述步骤实现的：

(1)操作系统的应用程序利用HID函数枚举HID设备；

(2)操作系统的应用程序利用Readfile函数，返回Led设备句柄；

(3)操作系统的应用程序利用步骤b得到的句柄，调用DLL的函数Setleds；

(4)Setleds调用HID驱动程序，将每个应用程序要控制的LED_ID值和控制方式封装成通用串行总线控制令牌；

(5)控制器的固件程序收到相应的令牌，取出LED_ID值和控制方式，对对应的发光元件作相应的控制。

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