CN213244404U - 一种多led驱动和多按键引脚复用电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多LED驱动和多按键引脚复用电路，该电路包括集成芯片单元、按键单元和LED灯单元，所述集成芯片单元具有多个引脚复用电路以及对多个所述引脚复用电路输入周期性控制信号的控制信号输入端子，所述引脚复用电路具有用于LED灯开关控制和按键输入复用的一输入输出引脚电路，多个所述引脚复用电路通过所述输入输出引脚电路分别连接至所述按键单元和所述LED灯单元。本发明可以低成本检测多个按键和驱动多个LED灯，节省了较多数目的引脚，大大降低了芯片的封装体积和成本。

Description

一种多LED驱动和多按键引脚复用电路

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种多LED驱动和多按键引脚复用电路。

背景技术

对于很多智能硬件设备的控制芯片来说，为了做到丰富灵活的人机交互，需要较多的引脚资源，来控制各种输入和输出信号，其中包括按键输入和灯控输出。

然而，微型设备对于芯片大小、芯片引脚个数都有较高的要求；或者一些低成本的解决方案，也希望芯片引脚个数越少越好。要实现丰富的功能，又要引脚数目少，那么就必须采用一些创新的功能复用方式来进行引脚的设计。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种低成本可检测多个按键和驱动多个LED灯的多LED驱动和多按键引脚复用电路。

为了实现上述的主要目的，本发明提供的一种多LED驱动和多按键引脚复用电路，其包括集成芯片单元、按键单元和LED灯单元，所述集成芯片单元具有多个引脚复用电路以及对多个所述引脚复用电路输入周期性控制信号的控制信号输入端子，所述引脚复用电路具有用于LED灯开关控制和按键输入复用的一输入输出引脚电路，多个所述引脚复用电路通过所述输入输出引脚电路分别连接至所述按键单元和所述LED灯单元。

进一步的方案中，所述集成芯片单元具有三个所述引脚复用电路，所述集成芯片单元通过三个所述引脚复用电路驱动所述LED灯单元的六个LED灯和所述按键单元的三个按键。

更进一步的方案中，所述引脚复用电路包括LED驱动控制电路、按键检测电路、输入输出引脚电路，所述LED驱动控制电路的第一端接入芯片供电端，所述LED驱动控制电路的第二端与所述输入输出引脚电路连接，所述LED驱动控制电路的三端接入LED驱动电压信号，所述按键检测电路的第一端接入芯片供电端，所述按键检测电路的第二端与所述输入输出引脚电路连接，所述按键检测电路的第三端接入按键检测信号。

更进一步的方案中，所述按键单元包括第一按键、第二按键、第三按键，所述第一按键、第二按键、第三按键的控制端依次接入三个所述按键检测电路的第三端，所述第一按键、第二按键、第三按键的第一端分别接地，所述第一按键、第二按键、第三按键的第二端依次接入三个所述引脚复用电路的输入输出引脚电路。

更进一步的方案中，所述LED灯单元包括第一LED灯、第二LED灯、第三LED灯、第四LED灯、第五LED灯、第六LED灯，第一LED灯的负极接于节点1，所述第一LED灯的正极接于节点5，所述第二LED灯的负极接于节点5，所述第二LED灯的正极接于节点9，所述第三LED灯的正极接于节点4，所述第三LED灯的负极接于节点6，所述第四LED灯的正极接于节点6，所述第四LED灯的负极接于节点10，所述第五LED灯的负极接于节点，所述第五LED灯的正极接于节点8，所述第六LED灯的正极接于节点2，所述第六LED灯的负极接于节点8。

更进一步的方案中，第一个所述引脚复用电路包括第一LED驱动控制电路、第一按键检测电路、第一输入输出引脚电路，所述第一LED驱动控制电路的第一端接入芯片供电端，所述第一LED驱动控制电路的第二端与所述第一输入输出引脚电路连接，所述第一LED驱动控制电路的三端接入LED驱动电压信号，所述第一按键检测电路的第一端接入芯片供电端，所述第一按键检测电路的第二端与所述第一输入输出引脚电路连接，所述第一按键检测电路的第三端接入按键检测信号。

更进一步的方案中，第二个所述引脚复用电路包括第二LED驱动控制电路、第二按键检测电路、第二输入输出引脚电路，所述第二LED驱动控制电路的第一端接入芯片供电端，所述第二LED驱动控制电路的第二端与所述第二输入输出引脚电路连接，所述第二LED驱动控制电路的三端接入LED驱动电压信号，所述第二按键检测电路的第一端接入芯片供电端，所述第二按键检测电路的第二端与所述第二输入输出引脚电路连接，所述第二按键检测电路的第三端接入按键检测信号。

更进一步的方案中，第三个所述引脚复用电路包括第三LED驱动控制电路、第三按键检测电路、第三输入输出引脚电路，所述第三LED驱动控制电路的第一端接入芯片供电端，所述第三LED驱动控制电路的第二端与所述第三输入输出引脚电路连接，所述第三LED驱动控制电路的第三端接入LED驱动电压信号，所述第三按键检测电路的第一端接入芯片供电端，所述第三按键检测电路的第二端与所述第三输入输出引脚电路连接，所述第三按键检测电路的第三端接入按键检测信号。

由此可见，本发明提供的引脚复用电路，通过内建LDO芯片的不同状态控制，以及引脚输入输出状态按设计时隙进行切换控制，用3个引脚可以实现6颗LED灯的控制和3个按键的检测，比起常规需要9个引脚来实现，节省了较多数目的引脚，大大降低了芯片的封装体积和成本。

附图说明

图1是本发明一种多LED驱动和多按键引脚复用电路实施例的原理图。

图2是本发明一种多LED驱动和多按键引脚复用电路实施例中多个引脚复用电路的电路原理图。

图3是本发明一种多LED驱动和多按键引脚复用电路实施例中第一引脚复用电路的电路原理图。

图4是本发明一种多LED驱动和多按键引脚复用电路实施例中在LED灯控制时间段内一个刷新周期的示意图。

图5是本发明一种多LED驱动和多按键引脚复用电路实施例中LED灯的一个点灯时隙的示意图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

参见图1至图3，本发明的多LED驱动和多按键引脚复用电路包括集成芯片单元、按键单元和LED灯单元，集成芯片单元具有多个引脚复用电路以及对多个引脚复用电路输入周期性控制信号的控制信号输入端子，引脚复用电路具有用于LED灯开关控制和按键输入复用的一输入输出引脚电路，多个引脚复用电路通过输入输出引脚电路分别连接至按键单元和LED灯单元。

在本实施例中，集成芯片单元具有三个引脚复用电路，如LC0引脚复用电路、LC1引脚复用电路、LC2引脚复用电路，集成芯片单元通过三个引脚复用电路驱动LED灯单元的六个LED灯和按键单元的三个按键。

在本实施例中，引脚复用电路包括LED驱动控制电路、按键检测电路、输入输出引脚电路，LED驱动控制电路的第一端接入芯片供电端，LED驱动控制电路的第二端与输入输出引脚电路连接，LED驱动控制电路的三端接入LED驱动电压信号，按键检测电路的第一端接入芯片供电端，按键检测电路的第二端与输入输出引脚电路连接，按键检测电路的第三端接入按键检测信号。

其中，LED驱动控制电路包括分压驱动电路以及用于接收LED驱动电压选择信号的LED驱动电路，由通用的LDO电路(如低压线性稳压器)提供3.1V稳定电压，分压驱动电路采用两个大小相等的电阻分压出1.55V电压，LED驱动电路为LED驱动控制专用电路，内部集成有MCU数字接口、数据锁存器、LED高压驱动等电路。

其中，按键检测电路包括电阻分压电路和电压比较器，电阻分压电路的输入端接LDO电路提供的稳定电压，电阻分压电路的输出端与所述输入输出引脚电路连接，电压比较器的一个输入端与输入输出引脚电路连接，另一个输入端用于比较阈值Vkey_th，其输出端输出按键判断结果信号。

其中，输入输出引脚电路为通用GPIO电路。

在本实施例中，按键单元包括第一按键SW1、第二按键SW2、第三按键SW3，第一按键SW1、第二按键SW2、第三按键SW3的控制端依次接入三个按键检测电路的第三端，第一按键SW1、第二按键SW2、第三按键SW3的第一端分别接地，第一按键SW1、第二按键SW2、第三按键SW3的第二端依次接入三个引脚复用电路的输入输出引脚电路。

在本实施例中，LED灯单元包括第一LED灯(LED1)、第二LED灯(LED2)、第三LED灯(LED3)、第四LED灯(LED4)、第五LED灯(LED5)、第六LED灯(LED6)，第一LED灯的负极接于节点1，第一LED灯的正极接于节点5，第二LED灯的负极接于节点5，第二LED灯的正极接于节点9，第三LED灯的正极接于节点4，第三LED灯的负极接于节点6，第四LED灯的正极接于节点6，第四LED灯的负极接于节点10，第五LED灯的负极接于节点，第五LED灯的正极接于节点8，第六LED灯的正极接于节点2，第六LED灯的负极接于节点8。

具体地，第一个引脚复用电路(如LC0引脚复用电路100)包括第一LED驱动控制电路10、第一按键检测电路11、第一输入输出引脚电路12，第一LED驱动控制电路10的第一端接入芯片供电端，第一LED驱动控制电路10的第二端与第一输入输出引脚电路12连接，第一LED驱动控制电路10的三端接入LED驱动电压信号，第一按键检测电路11的第一端接入芯片供电端，第一按键检测电路11的第二端与第一输入输出引脚电路12连接，第一按键检测电路11的第三端接入按键检测信号。

具体地，第二个引脚复用电路(如LC1引脚复用电路)包括第二LED驱动控制电路20、第二按键检测电路21、第二输入输出引脚电路22，第二LED驱动控制电路20的第一端接入芯片供电端，第二LED驱动控制电路20的第二端与第二输入输出引脚电路22连接，第二LED驱动控制电路20的三端接入LED驱动电压信号，第二按键检测电路21的第一端接入芯片供电端，第二按键检测电路21的第二端与第二输入输出引脚电路22连接，第二按键检测电路21的第三端接入按键检测信号。

具体地，第三个引脚复用电路(如LC2引脚复用电路)包括第三LED驱动控制电路30、第三按键检测电路31、第三输入输出引脚电路32，第三LED驱动控制电路30的第一端接入芯片供电端，第三LED驱动控制电路30的第二端与第三输入输出引脚电路32连接，第三LED驱动控制电路30的第三端接入LED驱动电压信号，第三按键检测电路31的第一端接入芯片供电端，第三按键检测电路31的第二端与第三输入输出引脚电路32连接，第三按键检测电路31的第三端接入按键检测信号。

其中，第一输入输出引脚电路12、第二输入输出引脚电路22、第三输入输出引脚电路32的输出端分别为LC0、LC1、LC2。

在实际应用中，本实施例的LED驱动控制是通过芯片引脚输出适当的电压和电流来完成的，包括LED的亮灭，亮度强弱等。

根据LED灯发光的原理，LED是有余晖效应的，也就是说即便不是一直提供电压电流，LED也会保持发光一定的时间。比如通常如果每秒间隔的提供60次适当的电压电流来驱动LED，就不会看到明显的亮灭变化，在未提供驱动的时间段内，LED的余晖仍然存在。

按键检测是将按键时产生的电平输入到芯片引脚后，进行一段时间的检测，若该电平保持，则认为按键被按下。

若能让芯片的引脚在一定周期内，在输出和输入模式间切换，并且能在输出时隙提供相应的电压电流，输入时隙检测相应的电压，则可以在引脚上复用LED驱动控制和按键检测功能。

另外，利用LED发光二极管的特性，高于一个阈值的正电压同时提供电流驱动才能点亮，低于该阈值(电压太低，或正负极电压反向)或者电流太小都不能点亮，因此可以设计几个引脚独立在不同电压档位切换的方式，制造不同的电压范围，从而控制多个LED灯的亮灭，而不仅仅是一个引脚控制一颗LED。

本实施例还提供一种多LED驱动和多按键引脚复用电路的控制方法，应用于上述的多LED驱动和多按键引脚复用电路，本发明的方法包括以下步骤：用于引脚复用电路分时复用控制的周期性控制信号从控制信号输入端子输入，其中，周期性控制信号包括LED灯控制时间段和按键检测时间段；在LED灯控制时间段内，通过周期性控制信号的电平控制引脚复用电路工作在照明控制状态，并依据照明控制信号输出用于切换控制LED灯单元开关的LED灯控制信号；在按键检测时间段内，通过周期性控制信号的电平控制引脚复用电路工作在按键输入检测状态，并将外部按键输入转换为按键输出信号。

进一步的，在LED灯控制时间段内，通过周期性控制信号的电平控制引脚复用电路工作在照明控制状态，并依据照明控制信号输出用于控制LED灯单元开关的六个LED灯的LED灯控制信号；在按键检测时间段内，通过周期性控制信号的电平控制引脚复用电路工作在按键输入检测状态，并将外部按键输入转换为按键单元的三个按键的按键输出信号。

在实际应用中，综合考虑不同LED灯对于导通电压的要求，定义3种电平：H(如3.1V)、L(0V)、M_p(H/2，1.55V)，如表(一)所示，对3个芯片引脚控制6个LED灯的技术方案进行详细阐述。

表(一)

本实施例利用LED发光二极管的余晖效应，采用的技术之一是分时驱动多个灯。若需要驱动的是如图1所示的6个LED灯，在LED灯控制时间段内，则一个刷新周期分为6个点灯时隙，每个时隙内负责一个LED灯(LED1～LED6)的点亮。LC0、LC1、LC2根据点灯的需求被配置为输出以上3种电平。其中，一个刷新周期如图4所示。

在本实施例中，为了保持点灯效果，需要通过芯片内部时序电路设计确保一个刷新周期内每个点灯时隙的时长，使得1S内刷新超过60个周期。

同时，每个点灯时隙内根据亮灯或灭灯的要求将3个芯片引脚配置为输出不同状态，如表(二)所示：

表(二)

在实际应用中，对3个芯片引脚控制LED驱动和按键复用的技术方案进行详细阐述，在上述3个芯片引脚驱动6颗LED灯的方法基础上，还需要同时复用这3个引脚检测3个按键，则引脚状态需要增加，如表(三)所示：

表(三)

其中，Mw是弱驱动能力的中间电平状态，可在按键按下时被按键电阻拉低。

在按键检测时间段内，在这3个芯片引脚的每个时隙内都需要包含一个按键检测子时隙。其中，在按键检测时隙内3个引脚都为输入状态，内部会通过一个20Kohm的电阻上拉到Mw档电平，若检测到引脚电压小于某个阈值(比如0.3V)会认为有按键动作，最终由电路逻辑根据连续按键动作的识别，判断是否有按键按下，从而实现3个引脚检测3个按键。

其中，在LED灯控制时间段内，LED灯的一个点灯时隙如图5所示，一个刷新周期如图4所示，为了同时保持点灯效果和按键检测，使得1S内刷新超过60个周期以及保证按键输入检测最小20～60的捕捉次数足够，定义每个时隙2～5mS，其中，按键检测Tb子时隙占据25％。

具体地，上述时间周期内包含着用来点灯的时间和用来检测按键的时间。在1s内刷新超过60次(灯的刷新次数也是按键检测次数)，且在本实施例中有6个LED灯，则1000/60/6约＝2.7ms，即最大时隙时间。假设定义这个点灯时隙为2ms，则检测按键的子时隙也就是Tb，占25％，即0.5ms，这个时间可以满足按键检测的最小需求；点灯的子时隙也就是Ta，约1.5ms。

所以，本发明提供的引脚复用电路，通过内建LDO芯片的不同状态控制，以及引脚输入输出状态按设计时隙进行切换控制，用3个引脚可以实现6颗LED灯的控制和3个按键的检测，比起常规需要9个引脚来实现，节省了较多数目的引脚，大大降低了芯片的封装体积和成本。

需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例，但发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明做出的非实质性修改，也均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多LED驱动和多按键引脚复用电路，包括集成芯片单元、按键单元和LED灯单元，其特征在于：

所述集成芯片单元具有多个引脚复用电路以及对多个所述引脚复用电路输入周期性控制信号的控制信号输入端子，所述引脚复用电路具有用于LED灯开关控制和按键输入复用的一输入输出引脚电路，多个所述引脚复用电路通过所述输入输出引脚电路分别连接至所述按键单元和所述LED灯单元。

2.根据权利要求1所述的多LED驱动和多按键引脚复用电路，其特征在于：

所述集成芯片单元具有三个所述引脚复用电路，所述集成芯片单元通过三个所述引脚复用电路驱动所述LED灯单元的六个LED灯和所述按键单元的三个按键。

3.根据权利要求2所述的多LED驱动和多按键引脚复用电路，其特征在于：

所述引脚复用电路包括LED驱动控制电路、按键检测电路、输入输出引脚电路，所述LED驱动控制电路的第一端接入芯片供电端，所述LED驱动控制电路的第二端与所述输入输出引脚电路连接，所述LED驱动控制电路的三端接入LED驱动电压信号，所述按键检测电路的第一端接入芯片供电端，所述按键检测电路的第二端与所述输入输出引脚电路连接，所述按键检测电路的第三端接入按键检测信号。

4.根据权利要求3所述的多LED驱动和多按键引脚复用电路，其特征在于：

所述按键单元包括第一按键、第二按键、第三按键，所述第一按键、第二按键、第三按键的控制端依次接入三个所述按键检测电路的第三端，所述第一按键、第二按键、第三按键的第一端分别接地，所述第一按键、第二按键、第三按键的第二端依次接入三个所述引脚复用电路的输入输出引脚电路。

5.根据权利要求3所述的多LED驱动和多按键引脚复用电路，其特征在于：

所述LED灯单元包括第一LED灯、第二LED灯、第三LED灯、第四LED灯、第五LED灯、第六LED灯，第一LED灯的负极接于节点1，所述第一LED灯的正极接于节点5，所述第二LED灯的负极接于节点5，所述第二LED灯的正极接于节点9，所述第三LED灯的正极接于节点4，所述第三LED灯的负极接于节点6，所述第四LED灯的正极接于节点6，所述第四LED灯的负极接于节点10，所述第五LED灯的负极接于节点，所述第五LED灯的正极接于节点8，所述第六LED灯的正极接于节点2，所述第六LED灯的负极接于节点8。

6.根据权利要求1至5任一项所述的多LED驱动和多按键引脚复用电路，其特征在于：

第一个所述引脚复用电路包括第一LED驱动控制电路、第一按键检测电路、第一输入输出引脚电路，所述第一LED驱动控制电路的第一端接入芯片供电端，所述第一LED驱动控制电路的第二端与所述第一输入输出引脚电路连接，所述第一LED驱动控制电路的三端接入LED驱动电压信号，所述第一按键检测电路的第一端接入芯片供电端，所述第一按键检测电路的第二端与所述第一输入输出引脚电路连接，所述第一按键检测电路的第三端接入按键检测信号。

7.根据权利要求6所述的多LED驱动和多按键引脚复用电路，其特征在于：

第二个所述引脚复用电路包括第二LED驱动控制电路、第二按键检测电路、第二输入输出引脚电路，所述第二LED驱动控制电路的第一端接入芯片供电端，所述第二LED驱动控制电路的第二端与所述第二输入输出引脚电路连接，所述第二LED驱动控制电路的三端接入LED驱动电压信号，所述第二按键检测电路的第一端接入芯片供电端，所述第二按键检测电路的第二端与所述第二输入输出引脚电路连接，所述第二按键检测电路的第三端接入按键检测信号。

8.根据权利要求7所述的多LED驱动和多按键引脚复用电路，其特征在于：

第三个所述引脚复用电路包括第三LED驱动控制电路、第三按键检测电路、第三输入输出引脚电路，所述第三LED驱动控制电路的第一端接入芯片供电端，所述第三LED驱动控制电路的第二端与所述第三输入输出引脚电路连接，所述第三LED驱动控制电路的第三端接入LED驱动电压信号，所述第三按键检测电路的第一端接入芯片供电端，所述第三按键检测电路的第二端与所述第三输入输出引脚电路连接，所述第三按键检测电路的第三端接入按键检测信号。

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