CN216162697U - 一种行程检测芯片和按键检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种行程检测芯片和应用该行程检测芯片的按键系统，其中该行程检测芯片驱动发光二极管发射光线，该光线被遮光片部分遮挡后照射到光电二极管或者光电三极管上，芯片驱动光电二极管或光电三级管并将照射在其上的光线强度转换成数字值，从而表征遮光片的行程，本行程检测芯片通过串行接口与主控芯片通信，支持菊花链的形式扩展使用，以上特征使该行程检测芯片可以高效的应用到按键检测系统中，开发出高效高可靠的按键检测系统，并使按键的触发点任意调节。

Description

一种行程检测芯片和按键检测系统

技术领域

本发明专利涉及一种芯片，主要涉及一种行程检测芯片。

技术背景

在一些应用中，需要检测多个点的按键行程，比如电钢琴或电子琴的琴键和脚踏板、电脑键盘的按键以及一些游戏机手柄按键等。目前在这些应用中的行程检测手段大部分都是基于在按键行程上设置一个或多个触发点来检测按键的行程，这种检测手段只适设置少量的触发点，随着触发点的增多，系统复杂度和成本会急剧上升，并且目前的检测方式大多是基于矩阵扫描或者分区扫描的方式来分时检测整个系统中的多个点，速度较慢。

本发明公布的行程检测芯片通过光学检测的方式，可以检测按键的具体行程，在主控芯片中任意设置按键的触发点，并且通过菊花链的方式方便的检测系统中的多个按键的行程，并且可以同时检测按键检测系统中所有点的行程，速度比矩阵扫描和分区扫描快。

在一些按键检测系统中，需要LED灯效显示，目前的LED灯效方案大多需要一颗专门的 LED灯效控制芯片实现，这样的控制方式成本较高，而且LED控制布线困难，本发明的行程检测芯片集成了LED灯效控制功能，可以方便的开发出带有灯效的按键检测系统。

发明内容

本发明提供了一种行程检测芯片，该芯片包含光线发射端驱动电路、光线接收端驱动电路、模数转换电路、数字滤波器、通信接口电路以及控制模块，其中，光线发射端驱动电路，用于驱动芯片外部光线发射器件发射光线；光线接收端驱动电路，用于驱动芯片外部光线接收器件，将光线强度转换成对应的电信号；模数转换电路，用于将光线接收端驱动电路输出的电信号转换成数字信号；数字滤波器，用于将模数转换器输出的数字信号滤波；通信接口电路，用于芯片接收和发送信息；控制模块，用于控制芯片各个模块的工作状态。

优选的，光线发射端驱动电路可以驱动发光二极管发射光线。

优选的，光线接收端驱动电路可以驱动光电二极管或者光电三极管，将接收到的光线强度转换成对应的电信号，可以转换成电压信号也可以转换成电流信号。

优选的，模数转换电路将光线接收端驱动电路输出的电信号转换成1bit或多bit数字信号。

优选的，数字滤波器将模数转换器输出的数字信号滤波，也可以旁路该模块，将模数转换器的输出结果直接输出。

优选的，通信接口包含时钟信号、数据输入信号和数据输出信号，用于接收和发送芯片的控制信息、工作状态信息以及数字滤波器或者模数转换器的输出结果。

本发明提供了一种行程检测芯片和应用该行程检测芯片的按键系统，其中该行程检测芯片驱动发光二极管发射光线，该光线被遮光片部分遮挡后照射到光电二极管或者光电三极管上，芯片驱动光电二极管或光电三级管并将照射在其上的光线强度转换成数字值，从而表征遮光片的行程，本行程检测芯片通过串行接口与主控芯片通信，支持菊花链的形式扩展使用。

优选的，整个按键检测系统可以用一条菊花链串联起来，也可以划分成多条菊花链实现。

优选的，可以对按键检测系统的所有按键同时检测，也可以分时对按键系统内的按键进行检测。

优选的，每个行程检测芯片可以驱动一个或多个LED灯，也可以不驱动LED灯。

优选的，该按键检测系统可以任意设置按键的触发点。

综上所述，利用本发明的行程检测芯片可以开发出高效可靠的按键检测系统，并且可以任意设置按键触发点。

附图说明

本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1示出了本发明芯片的输出数字信号与光电二极管或光电三极管上光照强度的关系示意图

图2示出了本发明芯片的输出信号与遮光板高度的关系示意图

图3示出了本发明芯片的主要功能模块框图

图4示出了本发明行程检测芯片的应用示意图

图5示出了本发明的实施例一

附图标记

100，100-1，100-2，100-3——行程检测芯片

101，101-1，101-2，101-3——行程检测芯片DIN引脚

102，102-1，102-2，102-3——行程检测芯片SCK引脚

103，103-1，103-2，103-3——行程检测芯片DOUT引脚

104，104-1，104-2，104-3——行程检测芯片IR引脚

105，105-1，105-2，105-3——行程检测芯片PD引脚

106——行程检测芯片通信接口模块

107——行程检测芯片控制逻辑模块

108——行程检测芯片模数转换器模块

109——行程检测芯片数字滤波器模块

110——行程检测芯片光电二极管/三极管驱动模块

111——行程检测芯片发光二极管驱动模块

112，112-1，112-2，112-3——行程检测芯片电源端口

113，113-1，113-2，113-3——行程检测芯片地端口

114，114-1，114-2，114-3——行程检测芯片LED0端口

115，115-1，115-2，115-3——行程检测芯片LED1端口

116，116-1，116-2，116-3——行程检测芯片LED2端口

117——行程检测芯片LED灯驱动模块

120，120-1，120-2，120-3——发光二极管

121，121-1，121-2，121-3——光电三极管

122，122-1，122-2，122-3——遮光板

130——主控芯片

131——主控芯片DIN信号

132——主控芯片SCK信号

133——主控芯片DOUT信号

具体实施方式

为了让本发明的上述目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。

现在将参照详细参考附图描述本发明的实施例。现在将详细参考本发明的优选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。此外，尽管本发明中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本发明说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所实用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本发明。

如图1所示，是光照强度与本发明行程检测芯片输出的示意图，其输出采用二进制编码方式，也可以采取其他编码方式。图1的横坐标是光照强度，纵坐标是检测芯片的输出数值，当光线全部被遮光板遮挡，输出值为0，光照强度越强，输出值越大，光照强度和输出值一一对应。

图2是遮光板高度与检测芯片输出值对应关系示意图，遮光板位于发光二极管与光电二极管或光电三极管之间，遮光板将发光二极管发出的光线遮挡住一部分，随着遮光板的高度变化，照射到光电二极管或光电三极管上的光强度也发生变化，图2中当遮光板高度为0时，光线被完全遮挡，检测芯片输出0，当遮光板将光线部分遮挡时，检测芯片输出对应光强度的数字值，该数字值反映出遮光板的高度。

图3是行程检测芯片的主要功能模块框图，行程检测芯片100主要包含通信接口模块106，控制逻辑模块107，模数转换器模块108，数字滤波器模块109，光电二极管/光电三极管驱动模块110，发光二极管驱动模块111，DIN引脚101是芯片的通信数据输入接口， SCK引脚102是芯片的输入通信时钟接口，DOUT引脚103是芯片的通信数据输出接口， IR引脚104是芯片的发光二极管驱动引脚，PD引脚105是芯片的发光二极管/发光三极管驱动引脚。DIN引脚101和SCK引脚102与通信接口模块106相连，分别将输入通信数据和通信时钟送给通信接口101，通信接口101将输出数据通过DOUT引脚103发送到芯片外。通信接口模块106与控制逻辑模块107连接，将控制数据发送给控制逻辑模块107，并从控制逻辑模块107处读取状态信息。控制逻辑模块连接到模式转换器模块 108、数字滤波器模块109、光电二极管/光电三极管驱动模块110和发光二极管驱动模块 111，控制这些模块的工作状态。发光二极管驱动模块111通过IR引脚驱动芯片外面的发光二极管，光电二极管/光电三极管驱动模块110通过PD引脚105驱动芯片外面的光电二极管或光电三极管产生电流或电压信号，并将产生的电流或电压信号送到模数转换器模块108，模数转换器模块108将电流或电压信号转换从数字信号送到数字滤波器模块 109，数字滤波器模块109将数字信号滤波后送到通信接口模块106，通信接口模块106 将滤波后的数字信号通过DOUT引脚103发送到芯片外，VDD引脚112是行程检测芯片 100的电源供给端口，VSS引脚113是行程检测芯片100的地供给端口。通信接口模块 106与LED灯驱动模块117相连，LED灯驱动模块117与LED0引脚114、LED1引脚115和LED2引脚116相连，控制芯片外LED灯效。

图4是行程检测芯片的应用示意图。在实际使用中行程检测芯片100的SCK引脚102、DIN引脚101和DOUT引脚103，负责行程检测芯片100的通信，其中，SCK引脚102 连到主控端的时钟输出引脚，DIN引脚101连接到主控芯片的数据输出引脚或者菊花链中上一级行程检测芯片的数据输出引脚，DOUT引脚103连接至主控芯片的数据输入引脚或者菊花链中下一级行程检测芯片的数据输入引脚。IR引脚104驱动光二极管120发光，遮挡板122将该光线部分遮挡，PT引脚105驱动光电三极管121将被遮挡后的光线转换成电信号。VDD引脚112和VSS引脚113连接到系统的电源和地，用来给行程检测芯片100提供电源和地。LED0引脚114、LED1引脚115和LED2引脚116分别连接到一个发光二极管的负端，三个发光二极管的正端连接到系统电源。

实施例一：

图5是一个使用了3颗行程检测芯片的按键系统示意图。

如图5所示，该应用包含3颗行程检测芯片100-1、100-2和100-3，还有一颗主控芯片 130。主控芯片130的SCK引脚132连接到行程检测芯片100-1的SCK引脚102-1、行程检测芯片100-2的SCK引脚102-2、行程检测芯片100-3的SCK引脚102-3，主控芯片130的DOUT引脚133连接到行程检测芯片100-1的DIN引脚101-1，行程检测芯片 100-1的DOUT引脚103-1连接到行程检测芯片100-2的DIN引脚101-2，行程检测芯片100-2的DOUT引脚103-2连接到行程检测芯片100-3的DIN引脚101-3，行程检测芯片100-3的DOUT引脚103-3连接到主控芯片130的DIN引脚131，行程检测芯片 100-1的IR引脚连104-1连接到发光二极管120-1的正端，发光二极管120-1的负端连接到地，发光二极管发出的光线被遮光板122-1遮挡后，照射到光电三极管121-1上，光电三极管的集电极连接到行程检测芯片的PT引脚105-1，行程检测芯片100-2的IR 引脚连104-2连接到发光二极管120-2的正端，发光二极管120-2的负端连接到地，发光二极管发出的光线被遮光板122-2遮挡后，照射到光电三极管121-2上，光电三极管的集电极连接到行程检测芯片的PT引脚105-2，行程检测芯片100-3的IR引脚连104-3连接到发光二极管120-3的正端，发光二极管120-3的负端连接到地，发光二极管发出的光线被遮光板122-3遮挡后，照射到光电三极管121-3上，光电三极管的集电极连接到行程检测芯片的PT引脚105-3，行程检测芯片100-1的VDD引脚112-1连接到系统的电源，行程检测芯片100-1的VSS引脚113-1连接到系统的地，行程检测芯片100-2 的VDD引脚112-2连接到系统的电源，行程检测芯片100-2的VSS引脚113-2连接到系统的地，行程检测芯片100-3的VDD引脚112-3连接到系统的电源，行程检测芯片 100-3的VSS引脚113-3连接到系统的地，行程检测芯片100-1的LED0引脚114-1、 LED1引脚115-1和LED2引脚116-1分别连接到一个发光LED的负极，这三个发光LED 的正极连接到系统电源，行程检测芯片100-2的LED0引脚114-2、LED1引脚115-2和 LED2引脚116-2分别连接到一个发光LED的负极，这三个发光LED的正极连接到系统电源，行程检测芯片100-3的LED0引脚114-3、LED1引脚115-3和LED2引脚116-3 分别连接到一个发光LED的负极，这三个发光LED的正极连接到系统电源。

在另一实施例中，可以将光电三极管置换成光电二极管。

在另一实施例中，可以通过菊花链的方式扩展成任意个按键的系统。

在另一实施例中，可以把行程检测芯片分布在多条菊花链中，主控芯片控制多条菊花链。

在另一实施例中，可以把光电二极管或光电三极管置换成开关按键，本发明的行程检测芯片可以检测出开关按键的按下和抬起状态。

在另一实施例中，行程检测芯片可以驱动一个LED灯，或者不驱动LED灯。

综上所述，本发明的行程检测芯片可以通过检测照射到光电二极管/光电三极管上的剩余光线强度表征遮光板的行程，并且用将遮光板的行程通过数字的方式传送回主控制器，由主控制器设置按键的触发点。而且可以方便的通过菊花链进行扩展应用，具有可靠性高，方便扩展的特点，能够高效的应用于需要多点行程检测的系统中。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种行程检测芯片，其特征在于：包含光线发射端驱动电路、光线接收端驱动电路、模数转换电路、数字滤波器、通信接口电路以及控制模块，其中：

所述光线发射端驱动电路，用于驱动芯片外部光线发射器件发射光线；

所述光线接收端驱动电路，用于驱动芯片外部光线接收器件，将光线强度转换成对应的电信号；

所述模数转换电路，用于将光线接收端驱动电路输出的电信号转换成数字信号；

所述数字滤波器，用于将模数转换器输出的数字信号滤波；

所述通信接口电路，用于芯片接收和发送信息；

所述控制模块，用于控制芯片各个模块的工作状态。

2.如权利要求1所述的行程检测芯片，其特征在于：所述光线发射端驱动电路可以驱动发光二极管发射光线。

3.如权利要求1所述的行程检测芯片，其特征在于：所述光线接收端驱动电路可以驱动光电二极管或者光电三极管，将接收到的光线强度转换成对应的电信号，可以转换成电压信号也可以转换成电流信号。

4.如权利要求1所述的行程检测芯片，其特征在于：所述模数转换电路将光线接收端驱动电路输出的电信号转换成1bit或多bit数字信号。

5.如权利要求1所述的行程检测芯片，其特征在于：所述数字滤波器将模数转换器输出的数字信号滤波，也可以旁路该模块，将模数转换器的输出结果直接输出。

6.如权利要求1所述的行程检测芯片，其特征在于：所述通信接口包含时钟信号、数据输入信号和数据输出信号，用于接收和发送芯片的控制信息、工作状态信息以及数字滤波器或者模数转换器的输出结果。

7.如权利要求1所述的行程检测芯片，其特征在于：所述控制模块用于控制芯片各模块的工作状态。

8.如权利要求1所述的行程检测芯片，其特征在于：可以通过菊花链的形式扩展使用，检测多个点的行程。

9.如权利要求1所述的行程检测芯片，其特征在于：通信时钟信号可以由主控制器统一供给，也可以来自于菊花链中上一级行程检测芯片缓冲输出。

10.如权利要求1所述的行程检测芯片，其特征在于：可以将光线发生器件和光线接收器件之间的遮光板行程转换成1bit或多bit数字信号输出。

11.如权利要求1所述的行程检测芯片，其特征在于：可以驱动一个或多个LED灯，也可以不驱动LED灯。

12.一种按键检测系统，其特征在于：应用权利要求1~11任一项所述的行程检测芯片。

13.如权利要求12所述的按键检测系统，其特征在于，整个按键系统可以用一条菊花链串联起来，也可以划分成多条菊花链实现。

14.如权利要求12所述的按键检测系统，其特征在于：可以对按键检测系统的所有按键同时检测，也可以分时对按键检测系统内的按键进行检测。

15.如权利要求12所述的按键检测系统，其特征在于：每个行程检测芯片可以驱动一个或多个LED灯，也可以不驱动LED灯。

16.如权利要求12所述的按键检测系统，其特征在于：可以任意设置按键的触发点。

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