CN202455337U - 一种基于模数转换的按键电路 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种按键电路，包括若干个按键及电阻，每个按键均与一电阻并联组成按键组，各按键组再依次串联，串联按键组一端连接电源VDD，另一端通过电阻与接地；在任意两个串联的按键组之间取信号作为信号输出端，该端与控制芯片AD采样端口连接；触发任意按键，控制芯片采集到模拟电压信号，转换后根据电压数值查键值与按键操作对应表，找到对应的按键，控制执行相应的操作。本实用新型相比于扫描按键实现方式，可有效避免重键无法检测或者漏键的问题只需要占用一个CPU的接口，即可扩展多个按键，利于电子产品硬件系统设计；按键识别采用A/D采样端口配合查表方式，相比扫描按键方式，占用程序时间少，按键识别稳定可靠。

Description

一种基于模数转换的按键电路
技术领域
本实用新型涉及按键设计技术,具体是指一种基于模数转换的按键电路。
背景技术
作为一种人机交互方式，按键是当前电子设备必不可少的组成部分。在电子设备上，少则几个按键，多则数十个按键，它们的功能是把使用者的操作转换成电子设备能识别的信号。
现有的按键种类从其实现的原理上来说主要分为两种：
（1）独立式按键；该按键实现方式简单，多用于按键数目不多的场景中。如图1，该按键一端作为按键信号输出，上拉电阻RU_*把信号上拉至电源电压VDD，保证按键信号的高电平能达到CPU的高电平门限要求，按键另一端直接接在系统参考地GND，保证信号的低电平能达到CPU的低电平门限要求。每一个按键(KEY_*)对应于一个按键状态信号SK*，当没有按键按下的时候，由于上拉电阻RU_*的作用，使按键状态信号SK*保持为高电平，当有按键KEY_*按下的时候，SK*信号跟地短路，该信号由高电平变成了低电平。CPU通过判断SK*信号逻辑值即可判断是否有按键按下并且检测出对应的按键编号。
（2）扫描式按键(矩阵式按键)；该种按键多应用在按键数目较多的场合，原理如图2所示，按键信号由行信号SH*和列信号SV*组成，其中上拉电阻RU_*和下拉电阻RD_*的作用是保证信号的电平能满足CPU的逻辑门限要求。扫描按键时，CPU先给行信号SH*输出低电平并检测列信号SV*的电平，如果SV*全部未高电平，则表明没有按键按下，如果列信号SV*上某一位(以SV2为例)为低电平，则表示第二列上的KEY5，KEY8，KEY11，……，KEY14这些按键中有按键按下，然后CPU立即给列信号SV*输出高电平并检测行信号SH*，若检测到SH*中某一位(以SH3为例)为高电平，则表明当前是KEY11按下，此时即完成了一次按键扫描。
上述两种按键需占用大量的CPU数据接口，独立式按键由于每一个按键都有一个独立的数据信号，所以要实现N个按键的功能，CPU就必须要提供N个数据接口；而扫描式按键由于采用了矩阵的方式，在矩阵的每一个节点都可以实现一个按键，因此该种方法所占用的数据接口数量是行数据与列数据数量之和，例如要实现12个按键功能，则可以用1X12，2X6或者3X4矩阵，分别要用到12、8、7个数据接口。由于很多小型电子设备的CPU数据接口资源有限，不能拿出过多接口以支持按键。另外在扫描式按键中，支持行扫描和列扫描的端口都必须是双向数据接口，且软件实现非常复杂，研发设计方面存在诸多不便。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种节约CPU端口可扩展性强的基于模数转换的按键电路。
为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案实现：
 一种基于模数转换的按键电路，包括：若干个按键及电阻，信号输出端，键值与按键操作对应表，其特征在于，
所述每个按键均与一电阻并联组成按键组，各按键组再依次串联，串联按键组一端连接电源VDD，另一端通过电阻与地GND连接；
信号输出端，取自于任意两个串联的按键组之间，与控制芯片一A/D采样端口连接；
触发任意按键，控制芯片A/D采样端口采集到模拟电压信号，转换后，根据电压数值查键值与按键操作对应表，找到对应的按键，控制执行相应的操作。
本实用新型提供的另一种方案为：一种基于模数转换的按键电路，包括：若干个按键及电阻，信号输出端，键值与按键操作对应表，其特征在于，
所述每个按键均与一电阻串联组成按键组，各按键组再相互并联，并联按键组一端接地，另一端通过第一分压电阻接电源VDD，同时通过第二分压电阻接地，该端也作为信号输出端与控制芯片一A/D采样端口连接；
触发任意按键，控制芯片A/D采样端口采集到模拟电压信号，转换后，根据电压数值查键值与按键操作对应表，找到对应的按键，控制执行相应的操作。
与现有技术相比，本实用新型有益效果在于：
（1）只需要占用一个CPU的接口，即可扩展多个按键，利于电子产品硬件系统设计；
（2）按键识别采用A/D采样端口配合查表方式，相比扫描按键方式，占用程序时间少，按键识别稳定可靠；
（3）相比于扫描按键实现方式，可有效避免重键无法检测或者漏键的问题，扫描按键方式在一个扫描周期中，只能返回一个扫描结果，因此某些按键状态会因为扫描周期的问题无法检测，造成漏键，除非软件设计中就支持重键检测，否则就会造成重键无法检测。 
附图说明
图1为本实用新型第一实施例电路原理示意图；
图2为本实用新型所述电路工作流程示意图；
图3为本实用新型第二实施例电路原理示意图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员理解，下面将结合附图以及实施例对本实用新型进行进一步详细描述。
如图1，该实施例中所述按键电路有多个按键和多个电阻组成，其中，每个按键均与一电阻并联组成按键组，各按键组再依次串联，串联按键组一端连接电源VDD，另一端通过电阻与地GND连接；并在任意两个串联的按键组之间取出信号作为信号输出端，将其与控制芯片一A/D采样端口连接。
本实用新型是基于模数转换(ADC)原理，即输入给控制芯片CPU的按键信号是一个模拟信号，CPU的模数转换单元对该模拟信号进行采样、量化，编码将信号转换成数字信号。同时，在软件中设置一个信号电压与按键对应的数据表VKS表，表中列举该ADC 口上连接的N个按键的所有可能组合与输入信号电压的关系，CPU根据该数字信号的值查VKS表即可判断是否有按键按下以及对应的按键编号。只要保证这N个电阻阻值的任意组合求和都不会出现重复的结果，那么该电路就可以实现任意数目按键的组合操作。
该电路的具体工作原理为：
(1)    当没有按键按下的时候，输出信号VS的电压值VS0为
         公式1
公式1中Rx为所有串联在电路中的电阻，a为输出信号上端的电阻编号，b为输出信号下端的电阻编号，n为电路中按键的总数目。
以实现5个按键为例，假设电源电压VDD=5V，设置电阻R1=1KΩ，R2=2KΩ，R3=4KΩ，R4=8KΩ，R5=16KΩ，R6=32KΩ，设置输出信号VS在R5之间R6之间，则当没有按键按下的时候，输出信号的电压VS0eg的值为：
Figure 705567DEST_PATH_IMAGE002
(2)     当有一个按键按KEYE下的时候，电阻RE被短路，此时电路变成为除了RE之外N个电阻串联，此时的输出信号VS1E为：
Figure 228952DEST_PATH_IMAGE003
  公式2
当按键KEYE在KEYB～KEYN之间时：
Figure 721114DEST_PATH_IMAGE004
  公式3
公式2和公式3中，Rx为所有串联在电路中的电阻，RE为按下按键对应的电阻，a为输出信号上端的电阻编号，b为输出信号下端的电阻编号，n为电路中按键的总数目，VDD为电源电压。
以上述设置为例，当KEY3按下的时候，输出信号电压VS13的值为：
(3)             当有任意m个按键按下的时候，电路中即有对应的m个电阻被短路，此时电路变成剩下的(N+1)-m个电阻串联，此时的输出信号VSm为
Figure 300179DEST_PATH_IMAGE006
   公式4
公式4中，Rx为所有串联在电路中的电阻，Ry为按下按键对应的电阻，b为输出信号下端的电阻编号，n为电路中按键的总数目，m为同时按下的按键数目，VDD为电源电压。
以上述设置为例，当KEY2，KEY3，KEY4同时按下时，输出信号电压VS31的值为
本实用新型所述电路的具体工作流程如附图2所示。CPU的ADC按照配置好的采样率，转换精度等对输入的信号VS进行模数转换，得到VS的电压值VS_DATA，然后CPU在VKS表中查找VS_DATA所对应的按键组合，返回该按键组合，即完成了按键检测。
其中，VKS表的制定是跟电路的配置相关的，因此只要电路中的N+1个电阻满足任意组合都不出现重复的累加和即可。以上述举例设置为例，该配置对应的VKS表如下表1所示。
表1  5个按键(串联电阻电路)的VKS表
序号 按键 VS值
1 NULL 2.5397
2 KEY1 2.5806
3 KEY2 2.6230
4 KEY1+KEY2 2.6667
5 KEY3 2.7119
6 KEY1+KEY3 2.7586
7 KEY2+KEY3 2.8070
8 KEY1+KEY2+KEY3 2.8571
9 KEY4 2.9091
10 KEY1+KEY4 2.9630
11 KEY2+KEY4 3.0189
12 KEY1+KEY2+KEY4 3.0769
13 KEY3+KEY4 3.1373
14 KEY1+KEY3+KEY4 3.2000
15 KEY2+KEY3+KEY4 3.2653
16 KEY1+KEY2+KEY3+KEY4 3.3333
17 KEY5 3.4043
18 KEY1+KEY5 3.4783
19 KEY2+KEY5 3.5556
20 KEY1+KEY2+KEY5 3.6364
21 KEY3+KEY5 3.7209
22 KEY1+KEY3+KEY5 3.8095
23 KEY2+KEY3+KEY5 3.9024
24 KEY4+KEY5 4.1026
25 KEY1+KEY4+KEY5 4.2105
26 KEY2+KEY4+KEY5 4.3243
27 KEY3+KEY4+KEY5 4.5714
28 KEY2+KEY3+KEY4+KEY5 4.8485
29 KEY1+KEY2+KEY3+KEY4+KEY5 5.0000
如图3所示，本实用新型的另一实施例电路中，电阻与按键采用串联关系连接，即每个按键均与一电阻串联组成按键组，各按键组再相互并联，并联按键组一端接地，另一端通过分压电阻RBU接电源VDD，同时通过RB0分压电阻接地，该端也作为信号输出端与控制芯片一A/D采样端口连接；触发任意按键，控制芯片A/D采样端口采集到模拟电压信号，转换后，根据电压数值查键值与按键操作对应表，找到对应的按键，控制执行相应的操作。其设计原理和工作原理同第一实施例，具体不再赘述。
上述实施例为本实用新型实现的优选方案，并非限定性穷举，在相同构思下本实用新型还可以有其他变换形式，需要说明的是，在不脱离本实用新型构思前提下，任何显而易见的替换和微小变化均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于模数转换的按键电路，包括：若干个按键及电阻，信号输出端，键值与按键操作对应表，其特征在于，
所述每个按键均与一电阻并联组成按键组，各按键组再依次串联，串联按键组一端连接电源VDD，另一端通过电阻与地GND连接；
信号输出端，取自于任意两个串联的按键组之间，与控制芯片一A/D采样端口连接；
触发任意按键，控制芯片A/D采样端口采集到模拟电压信号，转换后，根据电压数值查键值与按键操作对应表，找到对应的按键，控制执行相应的操作。
2. 一种基于模数转换的按键电路，包括：若干个按键及电阻，信号输出端，键值与按键操作对应表，其特征在于，
所述每个按键均与一电阻串联组成按键组，各按键组再相互并联，并联按键组一端接地，另一端通过第一分压电阻接电源VDD，同时通过第二分压电阻接地，该端也作为信号输出端与控制芯片一A/D采样端口连接；
触发任意按键，控制芯片A/D采样端口采集到模拟电压信号，转换后，根据电压数值查键值与按键操作对应表，找到对应的按键，控制执行相应的操作。
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