CN203479989U

CN203479989U - 嵌入式系统按键检测电路

Info

Publication number: CN203479989U
Application number: CN201320492401.4U
Authority: CN
Inventors: 何凯帆; 吴瀚平; 彭木林; 郑灼荣
Original assignee: APPOTECH Ltd
Current assignee: APPOTECH Ltd
Priority date: 2013-08-13
Filing date: 2013-08-13
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2023-08-13

Abstract

本实用新型公开了一种按键检测数量多、GPIO占用小、外部电阻使用量少的低成本嵌入式系统按键检测电路。本实用新型包括MCU和外围按键检测电路，所述MCU包括电连接着的A/D模块和具有模数转换功能的IO口，所述外围按键检测电路包括P个上拉按键、与P个上拉按键分别相应连接的P个上拉电阻、Q个下拉按键和与Q个下拉按键分别相应连接的Q个下拉电阻，在所述A/D模块和具有模数转换功能的IO口的连线上连接有M个上拉电阻和N个下拉电阻，M个所述上拉电阻的另一端共接电源VDD，N个所述下拉电阻的另一端共地，M、N、P、Q为0或自然数。本实用新型可应用于按键检测领域。

Description

嵌入式系统按键检测电路

技术领域

本实用新型涉及一种检测电路，尤其涉及一种嵌入式系统按键检测电路。

背景技术

随着电子技术的发展，电子产品对于成本的控制也越来越严格。在按键检测电路中，由于传统的矩阵按键占用大量的GPIO，在电子产品中的应用越来越受局限和制约；现有的基于模数按键检测电路，虽然已经减少了对GPIO的占用，但是却带来了大量电阻的开销，并且对于有着相同识别精度的模数转换器、相同安全电压间隔、相同误差电阻的电路来说，现有的检测电路能够准确识别的按键非常有限。伴随着技术的迅速发展，将不再能满足电子产品对于成本控制的苛刻要求。

如图1所示是现有技术中的按键检测电路原理示意图，该装置包括微处理器（MCU）和外围按键检测电路，所述的外围按键检测电路包括一个上拉电阻和六个并联按键检测电路。该电路只有一个上拉电阻，考虑到AD的采样精度、电阻误差和安全电压间隔等问题，该电路能检测到的按键是极其有限的。如图1所示，假如外部电阻误差范围：R ± 5%。安全电压范围：0.15V～0.2V，那么外部上拉电阻的阻值范围：95KΩ～105KΩ，当按键K_OD1按下时，外部上拉电阻R_OU和外部下拉电阻R_OD1在电源VDD和地之间形成直流通路，其中电源VDD的电压值为3.3V，此时，IO口输入的标准电压值为：{R_OD1/(R_OD1+R_OU)}*3.3V={10/(100+10)}*3.3V=0.30V。因电阻误差范围引起输入电压波动范围：

表1

表1可以看出，外部上拉电阻为100KΩ，电阻误差为5%，安全电压间隔为0.15V～0.2V时，电压波动范围为：0.27V～2.96V，再加上两倍安全电压间隔0.15V～0.2V ，电压波动范围将超过0V～3.3V的电压范围，所以该电路只可以稳定检测六个按键。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种按键检测数量多、GPIO占用小、外部电阻使用量少的低成本嵌入式系统按键检测电路。

本实用新型所采用的技术方案是：本实用新型包括MCU和外围按键检测电路，所述MCU包括电连接着的A/D模块和具有模数转换功能的IO口，所述外围按键检测电路包括P个上拉按键、与P个上拉按键分别相应连接的P个上拉电阻、Q个下拉按键和与Q个下拉按键分别相应连接的Q个下拉电阻， P个所述上拉电阻的另一端共接电源VDD，Q个所述下拉电阻的另一端共地，P个所述上拉按键和Q个所述下拉按键的另一端共接所述具有模数转换功能的IO口，在所述A/D模块和具有模数转换功能的IO口的连线上连接有M个上拉电阻和N个下拉电阻，M个所述上拉电阻的另一端共接电源VDD，N个所述下拉电阻的另一端共地，M、N、P、Q为0或自然数。

在所述A/D模块和具有模数转换功能的IO口的连线上设置有M个分别与M个所述上拉电阻对应连接的上拉开关和N个分别与N个所述下拉电阻对应连接的下拉开关。

所述电源VDD的电压值为3.3V。

本实用新型的有益效果是：由于本实用新型包括MCU和外围按键检测电路，所述MCU包括电连接着的A/D模块和具有模数转换功能的IO口，所述外围按键检测电路包括P个上拉按键、与P个上拉按键分别相应连接的P个上拉电阻、Q个下拉按键和与Q个下拉按键分别相应连接的Q个下拉电阻， P个所述上拉电阻的另一端共接电源VDD，Q个所述下拉电阻的另一端共地，P个所述上拉按键和Q个所述下拉按键的另一端共接所述具有模数转换功能的IO口，在所述A/D模块和具有模数转换功能的IO口的连线上连接有M个上拉电阻和N个下拉电阻，M个所述上拉电阻的另一端共接电源VDD，N个所述下拉电阻的另一端共地，M、N、P、Q为0或自然数，所以，本实用新型通过在MCU内部设置上拉电阻和下拉电阻，内部上拉电阻与外部下拉电阻相配合，或者内部下拉电阻与外部上拉电阻相配合，在进行按键检测时，IO口的输入电压变化能够满足安全电压的要求，故本实用新型通过增加具有模数转换功能的IO内部上拉电阻和下拉电阻，无需额外增加IO口，即可成倍增加外围按键检测电路的数目，并且减少了外部上拉电阻和下拉电阻的数目，降低生产成本的同时等效提高了模数转换器的识别精度。

由于在所述A/D模块和具有模数转换功能的IO口的连线上设置有M个分别与M个所述上拉电阻对应连接的上拉开关和N个分别与N个所述下拉电阻对应连接的下拉开关，所以，通过所述上拉开关和所述下拉开关的设置，能够实现内部上拉电阻独立设置为上拉状态，内部下拉电阻独立设置为下拉状态，实现独立设置。

附图说明

图1是现有技术中的按键检测电路原理示意图；

图2是本实用新型按键检测电路原理示意图；

图3是图2中按键电阻网络1的原理示意图；

图4是图2中按键电阻网络2的原理示意图；

图5是图2中按键电阻网络3的原理示意图；

图6是图2中按键电阻网络4的原理示意图；

图7是本实用新型具体实施例第一种设置的原理示意图；

图8是本实用新型具体实施例第二种设置的原理示意图；

图9是本实用新型具体实施例第三种设置的原理示意图；

图10是本实用新型具体实施例第四种设置的原理示意图。

具体实施方式

本实用新型提出了一种包含多个内部上拉电阻和下拉电阻的嵌入式按键检测电路。如图2所示，该电路包括MCU（微处理器）和外围按键检测电路。在本实施例中，所述MCU包括电连接着的A/D模块和具有模数转换功能的IO口，在所述A/D模块和具有模数转换功能的IO口的连线上连接有两个上拉开关（S_IU1、S_IU2）、两个上拉电阻（R_IU1、R_IU2）、两个下拉开关（S_ID1、S_ID2）和两个下拉电阻（R_ID1、R_ID2），所述上拉开关可独立设置上拉电阻为上拉状态，下拉开关可独立设置下拉电阻的下拉状态。所述外围按键检测电路包括按键电阻网络1、按键电阻网络2、按键电阻网络3和按键电阻网络4。如图3～图6所示，所述外围电路包括12个上拉按键（K_OU1、K_OU2、K_OU3、K_OU4、K_OU5、K_OU6、K_OU7、K_OU8、K_OU9、K_OU10、K_OU11、K_OU12）、12个上拉电阻（R_OU1、R_OU2、R_OU3、R_OU4、R_OU5、R_OU6、R_OU7、R_OU8、R_OU9、R_OU10、R_OU11、R_OU12）、12个下拉按键（K_OD1、K_OD2、K_OD3、K_OD4、K_OD5、K_OD6、K_OD7、K_OD8、K_OD9、K_OD10、K_OD11、K_OD12）、12个下拉电阻（R_OD1、R_OD2、R_OD3、R_OD4、R_OD5、R_OD6、R_OD7、R_OD8、R_OD9、R_OD10、R_OD11、R_OD12）。所述各上拉按键与上拉电阻对应串联，各下拉按键与下拉电阻对应串联，所述各上拉电阻的另一端共接电源VDD，下拉电阻的另一端共地，所述各上拉按键和下拉按键的另一端共接具有模数转换功能的IO口。所述电源VDD的电压值为3.3V。

在本实施例中，内部上拉电阻R_IU1阻值为10KΩ，R_IU2阻值为100KΩ，内部下拉电阻R_ID1阻值为10KΩ，R_ID2阻值为100KΩ。所述外围按键检测电路中各上拉电阻（R_OU1、R_OU2、R_OU3、R_OU4、R_OU5、R_OU6、R_OU7、R_OU8、R_OU9、R_OU10、R_OU11、R_OU12），阻值分别为：1.0KΩ、3.3KΩ、6.8KΩ、13.5KΩ、27.5KΩ、80.0KΩ、10KΩ、33KΩ、68KΩ、135KΩ、275KΩ、800KΩ，各下拉电阻（R_OD1、R_OD2、R_OD3、R_OD4、R_OD5、R_OD6、R_OD7、R_OD8、R_OD9、R_OD10、R_OD11、R_OD12），阻值分别为：1.0KΩ、3.3KΩ、6.8KΩ、13.5KΩ、27.5KΩ、80.0KΩ、10KΩ、33KΩ、68KΩ、135KΩ、275KΩ、800KΩ。

MCU内部上拉电阻或下拉电阻误差范围：R_I± 10%，外部上拉电阻或下拉电阻误差范围：R_O± 5%。安全电压间隔：0.15V～0.2V。

一、如图3和图7所示，S_ID1闭合，S_ID2断开，S_IU1断开，S_IU2断开，仅MCU内部下拉电阻R_ID1保持下拉状态，MCU根据IO口输入的电压值判断相应的按键K_OU1、K_OU2、K_OU3、K_OU4、K_OU5、K_OU6是否被按下。当K_OU1被按下时，R_ID1和R_OU1在电源VDD和地之间形成直流通路，IO口的输入电压标准值为：3.3V-{R_OU1/(R_OU1+R_ID1)} *3.3V=3.3V-{1.0/(10+1.0)}*3.3V=3.0V，因内外电阻误差导致IO输入电压波动的范围：2.96V～3.04V；同理可以得出：当K_OU2、K_OU3、K_OU4、K_OU5、K_OU6被按下时，IO口的输入电压标准值和波动范围，如下表2所示。

表2

所以，当S_ID1关闭，S_ID2断开，S_IU1断开，S_IU2断开时，可以检测出按键K_OU1、K_OU2、K_OU3、K_OU4、K_OU5、K_OU6的状态。

二、如图4和图8所示，S_ID1断开，S_ID2断开，S_IU1闭合，S_IU2断开，仅MCU内部上拉电阻R_IU1保持上拉状态，MCU根据IO口输入的电压值判断相应的按键K_OD1、K_OD2、K_OD3、K_OD4、K_OD5、K_OD6是否被按下。当K_OD1被按下时，R_IU1和R_OD1在电源VDD和地之间形成直流通路，IO口的输入电压标准值为：{R_OD1/ (R_OD1+R_IU1)}* 3.3V={1.0/(10+1.0)}*3.3V=0.3V，因内外电阻误差导致IO口输入电压波动的范围：0.26V～0.34V；同理可以得出：当K_OD2、K_OD3、K_OD4、K_OD5、K_OD6被按下时，IO口的输入电压标准值和波动范围，如下表3所示。

表3

所以，当S_ID1断开，S_ID2断开，S_IU1闭合，S_IU2断开时，可以检测出按键K_OD1、K_OD2、K_OD3、K_OD4、K_OD5、K_OD6的状态。

完成以上一、二步，已经完成上拉电阻和下拉电阻分别为10KΩ对应的12个按键的检测，从表2和表3可以看出，继续增加外部上拉电阻和下拉电阻的阻值，IO口的输入电压的变化已经不能满足安全电压的要求。例如：增加外部下拉电阻阻值到150KΩ和250KΩ时，IO口的标准电压值为：3.09V和3.17V，这两个电压值与下拉电阻为80KΩ时的最高电压（2.98V）的差值均小于两倍安全电压间隔。以下三、四步将实现较大电阻区域的按键检测，进一步增加按键检测的数量。

三、如图5和图9所示，S_ID1断开，S_ID2闭合，S_IU1断开，S_IU2断开，MCU内部下拉电阻R_ID2保持下拉状态，MCU根据IO口输入的电压值判断相应的按键K_OU7、K_OU8、K_OU9、K_OU10、K_OU11、K_OU12是否被按下。当K_OU7被按下时，R_ID2和R_OU7在电源VDD和地之间形成直流通路，IO口的输入电压标准值为：3.3V-{R_OU7/ (R_OU7+R_ID2)}*3.3V=3.3V-{10/(100+10)}*3.3V=3.0V，因内外电阻误差导致IO口输入电压波动的范围：2.96V～3.04V；同理可以得出：当K_OD8、K_OD9、K_OD10、K_OU11、K_OU12被按下时，IO口的输入电压标准值和波动范围，如下表4所示。

表4

所以，当S_ID1断开，S_ID2闭合，S_IU1断开，S_IU2断开时，可以检测出按键K_OU7、K_OU8、K_OU9、K_OU10、K_OU11、K_OU12的状态。

四、如图6和图10所示，S_ID1断开，S_ID2断开，S_IU1断开，S_IU2闭合，MCU内部上拉电阻R_IU2保持上拉状态，MCU根据IO口输入的电压值判断相应的按键K_OD7、K_OD8、K_OD9、K_OD10、K_OD11、K_OD12是否被按下。当K_OD7被按下时，R_IU2和R_OD7在电源VDD和地之间形成直流通路，IO口的输入电压标准值为：{R_OD7/(R_OD7+R_IU2)}* 3.3V={10/(100+10)}*3.3V=0.3V，因内外电阻误差导致IO口输入电压波动的范围：0.26V～0.34V；同理可以得出：当K_OD8、K_OD9、K_OD10、K_OU11、K_OU12被按下时，IO口的输入电压标准值和波动范围，如下表5所示。

表5

所以，当S_ID1断开，S_ID2断开，S_IU1断开，S_IU2闭合时，可以检测出按键K_OD7、K_OD8、K_OD9、K_OD10、K_OD11、K_OD12的状态。

完成以上四个步骤，即可实现12个上拉按键K_OU1、K_OU2、K_OU3、K_OU4、K_OU5、K_OU6、K_OU7、K_OU8、K_OU9、K_OU10、K_OU11、K_OU12和12个下拉按键K_OD1、K_OD2、K_OD3、K_OD4、K_OD5、K_OD6、K_OD7、K_OD8、K_OD9、K_OD10、K_OD11、K_OD12的检测。

表2～表5的数据显示，按键与按键之间的电压间隔都满足安全电压间隔的要求，防止了按键串扰，为进一步提高按键检测的可靠性，可以在完成一次扫描之后，通过MCU进行消抖处理和按键冲突处理。

如果需要增加按键组，还可以并联内部上拉电阻或者下拉电阻构成新的上拉电阻或下拉电阻，也可以是内部上拉电阻与外部上拉电阻并联的组合或者内部下拉电阻与外部下拉电阻并联组合，构成新的上拉电阻或下拉电阻。新增并联上拉电阻或者并联下拉电阻，采用以上实施方式，可以成倍增加按键数目。

以上实施方式的阻值调配可根据具体项目应用，通过调节内部电阻阻值或个数、安全电压范围来合理调整检测按键的个数。

本实用新型可应用于按键检测领域。

Claims

1.一种嵌入式系统按键检测电路，包括MCU和外围按键检测电路，所述MCU包括电连接着的A/D模块和具有模数转换功能的IO口，所述外围按键检测电路包括P个上拉按键、与P个上拉按键分别相应连接的P个上拉电阻、Q个下拉按键和与Q个下拉按键分别相应连接的Q个下拉电阻， P个所述上拉电阻的另一端共接电源VDD，Q个所述下拉电阻的另一端共地，P个所述上拉按键和Q个所述下拉按键的另一端共接所述具有模数转换功能的IO口，其特征在于：在所述A/D模块和具有模数转换功能的IO口的连线上连接有M个上拉电阻和N个下拉电阻，M个所述上拉电阻的另一端共接电源VDD，N个所述下拉电阻的另一端共地，M、N、P、Q为0或自然数。

2.根据权利要求1所述的嵌入式系统按键检测电路，其特征在于：在所述A/D模块和具有模数转换功能的IO口的连线上设置有M个分别与M个所述上拉电阻对应连接的上拉开关和N个分别与N个所述下拉电阻对应连接的下拉开关。

3.根据权利要求1所述的嵌入式系统按键检测电路，其特征在于：所述电源VDD的电压值为3.3V。