CN220340575U - 单片机按键电路、单片机、单片机系统以及电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种单片机按键电路、单片机以及电子设备，其按键电路包括矩阵键盘模块以及独立键盘模块，单片机的第i个端口耦接至第N‑i个矩阵键盘单元的第一端，每个矩阵键盘单元的第一端还分别通过若干个开关依次对应耦接至单片机的第i+1个至第N个端口；单片机的N个端口分别通过一限流电阻耦接至第一独立键盘单元的N个开关以及第二独立键盘单元N个开关，第一独立键盘单元的N个开关均分别通过下拉电阻接地，第二独立键盘单元的N个开关均分别通过上拉电阻耦接至一供电电压；从而能够在IO脚数量较少的情况下，通过周期性地切换单片机的工作模式，以分别监测两个按键模块内开关的状态，在扩展按键数量的同时，也简化了单片机按键电路。

Description

单片机按键电路、单片机、单片机系统以及电子设备

技术领域

本实用新型涉及单片机技术领域，尤其涉及一种单片机按键电路、单片机、单片机系统以及电子设备。

背景技术

目前常用的单片机按键，包括：独立式按键结构、矩阵式键盘等等，被广泛地用于单片机设备和系统中。

在实际的单片机设备使用中，经常会出现单片机需要较多的按键的情况，此时就需要扩展单片机的按键数量，若采用独立式按键结构，则会占用单片机大量的IO脚，若采用矩阵式键盘，则其结构较为复杂，需要采用按键轮询的方法对每个按键进行识别，在按键数量较大的情况下，会占用单片机大量的IO资源。

因而，如何在IO脚数量较少的情况下，扩展单片机按键的数量，并且简化单片机按键电路，已成为业界目前亟需解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型提供一种单片机按键电路、单片机按键检测方法以及电子设备，以解决如何在IO脚数量较少的情况下，扩展单片机按键的数量，并且简化单片机按键电路的问题。

根据本实用新型的第一方面，提供了一种单片机按键电路，用于对单片机的按键数量进行扩展，该单片机包括N个端口；所述单片机按键电路包括矩阵键盘模块以及独立键盘模块，其中，所述矩阵键盘模块包括i个矩阵键盘单元，所述独立键盘模块包括第一独立键盘单元以及第二独立键盘单元，其中的N为大于或等于2的整数；

所述单片机的第i个端口耦接至第N-i个矩阵键盘单元的第一端，每个矩阵键盘单元的第一端还分别通过若干个开关依次对应耦接至所述单片机的第i+1个端口至第N个端口，其中，第i个矩阵键盘单元内的开关的数量小于第i+1个矩阵键盘单元内的开关的数量，每个矩阵键盘单元内的开关的数量均小于或等于i个，其中的i为正整数，且i≤N-1；

所述单片机的N个端口分别通过一限流电阻耦接至所述第一独立键盘单元的N个开关的第一端以及所述第二独立键盘单元N个开关的第一端，所述第一独立键盘单元的N个开关的第二端均分别通过下拉电阻接地，所述第二独立键盘单元的N个开关的第二端均分别通过上拉电阻耦接至一供电电压。

可选的，所述单片机的工作模式包括第一模式以及第二模式，且所述单片机的工作模式被周期性地配置为第一模式以及第二模式，其中：

若工作模式为第一模式，则配置N个端口均为浮空输入模式，以监测所述独立键盘模块内所述开关的状态；

若工作模式为第二模式，则依次确认每个端口对应的矩阵键盘单元内所述开关的状态，以轮询所述矩阵键盘模块内所述开关的状态。

可选的，依次确认每个端口对应的矩阵键盘单元内所述开关的状态，具体为：

根据预定顺序依次配置第m个端口为输入下拉模式，其余的端口均为输入上拉模式，其中的m为正整数，且m≤N。

可选的，依次确认每个端口对应的矩阵键盘单元内所述开关的状态，具体为：

根据预定顺序依次配置第m个端口为输入上拉模式，其余的端口均为输入下拉模式，其中的m为正整数，且m≤N。

可选的，所述第1个矩阵键盘单元内的开关的数量为1个，所述第i个矩阵键盘单元内的开关的数量为N-1个。

可选的，所述开关为按键开关。

根据本实用新型的第二方面，提供了一种单片机，包括本实用新型第一方面任一项提供的单片机按键电路。

根据本实用新型的第三方面，提供了一种单片机系统，包括本实用新型第二方面任一项提供的单片机。

根据本实用新型的第四方面，提供了一种电子设备，包括本实用新型第一方面任一项提供的单片机按键电路。

本实用新型提供的单片机按键电路、单片机、单片机系统以及电子设备中，其按键电路包括矩阵键盘模块以及独立键盘模块，单片机的第i个端口耦接至第N-i个矩阵键盘单元的第一端，每个矩阵键盘单元的第一端还分别通过若干个开关依次对应耦接至单片机的第i+1个至第N个端口；单片机的N个端口分别通过一限流电阻耦接至第一独立键盘单元的N个开关以及第二独立键盘单元N个开关，第一独立键盘单元的N个开关均分别通过下拉电阻接地，第二独立键盘单元的N个开关均分别通过上拉电阻耦接至一供电电压；从而能够在IO脚数量较少的情况下，通过周期性地切换单片机的工作模式，以分别监测两个按键模块内开关的状态，在扩展按键数量的同时，也简化了单片机按键电路。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例中单片机按键电路的构造示意图一；

图2是本实用新型实施例中单片机按键电路的构造示意图二；

图3是本实用新型实施例中单片机按键检测方法的流程示意图；

附图标记说明：

11-矩阵键盘模块；

12-独立键盘模块；

121-第一独立键盘单元；

122-第二独立键盘单元；

R11-下拉电阻；

R12-上拉电阻；

IO-端口。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面以具体的实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

鉴于现有技术中，存在很难确保在在IO脚数量较少的情况下，扩展单片机按键的数量，并且简化单片机按键电路的问题。本实用新型提供了一种单片机按键电路、单片机、单片机系统以及电子设备，其按键电路包括矩阵键盘模块以及独立键盘模块，单片机的第i个端口耦接至第N-i个矩阵键盘单元的第一端，每个矩阵键盘单元的第一端还分别通过若干个开关依次对应耦接至单片机的第i+1个至第N个端口；单片机的N个端口分别通过一限流电阻耦接至第一独立键盘单元的N个开关以及第二独立键盘单元N个开关，第一独立键盘单元的N个开关均分别通过下拉电阻接地，第二独立键盘单元的N个开关均分别通过上拉电阻耦接至一供电电压；从而能够在IO脚数量较少的情况下，通过周期性地切换单片机的工作模式，以分别监测两个按键模块内开关的状态，在扩展按键数量的同时，也简化了单片机按键电路。

请参考图1，本实用新型实施例提供了一种单片机按键电路，用于对单片机的按键数量进行扩展，其特征在于，该单片机包括N个端口IO；所述单片机按键电路包括矩阵键盘模块11以及独立键盘模块12，其中，所述矩阵键盘模块11包括i个矩阵键盘单元，所述独立键盘模块12包括第一独立键盘单元121以及第二独立键盘单元122，其中的N为大于或等于2的整数；

所述单片机的第i个端口IO耦接至第N-i个矩阵键盘单元的第一端，每个矩阵键盘单元的第一端还分别通过若干个开关依次对应耦接至所述单片机的第i+1个端口IO至第N个端口IO，其中，第i个矩阵键盘单元内的开关的数量小于第i+1个矩阵键盘单元内的开关的数量，每个矩阵键盘单元内的开关的数量均小于或等于i个，其中的i为正整数，且i≤N-1；

所述单片机的N个端口IO分别通过一限流电阻(图1的示例中为电阻R1-电阻R10)耦接至所述第一独立键盘单元121的N个开关的第一端以及所述第二独立键盘单元122N个开关的第一端，所述第一独立键盘单元121的N个开关的第二端均分别通过下拉电阻R11接地，所述第二独立键盘单元122的N个开关的第二端均分别通过上拉电阻R12耦接至一供电电压；

所述单片机被配置为：

周期性地切换工作模式，所述工作模式包括第一模式以及第二模式，其中：

若工作模式为第一模式，则配置N个端口IO均为浮空输入模式，以监测所述独立键盘模块12内所述开关的状态；

若工作模式为第二模式，则依次确认每个端口IO对应的矩阵键盘单元内所述开关的状态，以轮询所述矩阵键盘模块11内所述开关的状态。

通过上述的电路结构，本实用新型通过复用单片机的IO端口，在不增加额外的电路的同时，结合了矩阵键盘模块11以及独立键盘模块12，通过周期性地切换单片机的工作模式，可以互不干扰的监测矩阵键盘模块11以及独立键盘模块12内开关的状态，扩展单片机的按键数量。

其中，矩阵键盘单元内的开关的数量最少为1个，最多为N-1个，为保证最大化利用单片机的IO口，一种实施方式中，在所述第1个矩阵键盘单元内的开关的数量为1个，所述第i个矩阵键盘单元内的开关的数量为N-1个。从而本实用新型可以扩展开关的数量至

其中，为矩阵键盘单元内开关的数量，2N为独立键盘模块12内开关的数量。

一种举例中，所述开关为按键开关。应当理解的是，本实用新型并不限制所述开关的具体类型，可以为旋钮开关等等，本领域的技术人员可以根据需要选择不同的元件。

请参考图1，现以单片机存在10个IO口的情况下，进行进一步阐述：

在图1的示例中，所述单片机的N个端口IO分别为IO1至IO10，所述矩阵键盘模块11包括9个矩阵键盘单元，其中一共包括了45个开关(即图中的KEY1-KEY45)，所述独立键盘模块12包括第一独立键盘单元121以及第二独立键盘单元122，所述第一独立键盘单元121以及所述第二独立键盘单元122均包括10个开关(即图中的KEY46-KEY85)。

在单片机的工作模式为第一模式时，可以设置一扫描时间间隔，每隔所述扫描时间间隔扫描一次开关，以对所述第一独立键盘单元121开关以及所述第二独立键盘单元122进行监测。

在图1所示的示例中，若所述第一独立键盘单元121中任一个开关闭合，则其对应的端口IO被拉低至低电平，或所述第二独立键盘单元122中任一个N个开关闭合，则其对应的端口IO被拉高至高电平。其中，所述低电平或所述高电平的具体电压值，可以有本领域的技术人员依据需要设定，本实用新型并不限制，只要单片机在第一模式时可以识别出端口IO变为高电平或低电平，进而识别出对应的开关的闭合或断开，则均不脱离本实用新型的保护范围。

在单片机的工作模式为第二模式时，一种实施方式中，其依次确认每个端口IO对应的矩阵键盘单元内所述开关的状态，具体为：

根据预定顺序依次配置第m个端口IOm为输入下拉模式，其余的端口IO均为输入上拉模式，其中的m为正整数，且m≤N。

一种举例中，可以依照矩阵键盘单元内开关数量配置单片机的N个端口IO依次为输入下拉模式，例如依次设置第1个端口IO1至第10个端口IO10为输入下拉模式。

具体地，请参考图2，若设置单片机的第3个端口IO3为输入下拉模式，其余的端口IO均为输入上拉模式，则会检测第3列的开关KEY6、KEY9、KEY13、KEY18、KEY24、KEY31以及KEY39(如虚线框所框)，当第4-10行的任一开关闭合，则该行对应的端口IO的电平就会被拉低，从而单片机可以检测获得该开关的位置。

在另一种实施方式中，也可以根据预定顺序依次配置第m个端口IOm为输入上拉模式，其余的端口IO均为输入下拉模式，其中的m为正整数，且m≤N。

类似的，请参考图2，可以依照矩阵键盘单元内开关数量配置单片机的N个端口IO依次为输入上拉模式，例如依次设置第1个端口IO1至第10个端口IO10为输入上拉模式。若设置单片机的第3个端口IO3为输入上拉模式，其余的端口IO均为输入下拉模式，则会检测第3列的开关KEY6、KEY9、KEY13、KEY18、KEY24、KEY31以及KEY39(如虚线框所框)，当第4-10行的任一开关闭合，则该行对应的端口IO的电平就会被拉高，从而单片机可以检测获得该开关的位置。

其它列的开关的检测方法与上述类似，为简洁，在此不再赘述。

在其它的举例中，也可以依次依照单片机IO口的端口IO地址配置单片机的N个端口IO依次为输入上拉模式或输入下拉模式，本领域的技术人员可以依据需要灵活配置。

此外，本实用新型还提供了一种单片机按键检测方法，利用如图1或图2所示的单片机按键电路进行按键检测，该方法包括：

对所述单片机的工作模式进行判断，其中，所述工作模式包括所述第一模式以及所述第二模式；

若工作模式为第一模式，则配置N个端口IO均为浮空输入模式，以监测所述独立键盘模块12内2N个开关的状态；

若工作模式为第二模式，则依次确认每个端口IO对应的矩阵键盘单元内所述开关的状态，以轮询所述矩阵键盘模块内所述开关的状态。

作为一种具体实施方式，请参考图3，在实际使用中，对本实用新型实施例提供的如图1所示的单片机按键电路进行控制，有以下步骤：

S21：上电；

具体地，所述单片机及单片机按键电路正常工作；

S22：判断所述单片机的工作模式，若为第一模式，则进入S23；若为第二模式，则进入S24；

具体地，通过单片机的寄存器的内部储存状态对所述单片机的工作模式进行判断，若为第一模式，则进入S23；若为第二模式，则进入S24；其中，所述寄存器的内部储存状态周期性切换为第一状态或第二状态，其中的所述第一状态表征所述单片机的第一模式，所述第二状态表征所述单片机的第二模式；

S23：配置N个端口IO均为浮空输入模式，以监测所述独立键盘模块12内2N个开关的状态；并返回S22；

具体地，配置N个端口IO均为浮空输入模式，每隔一扫描时间间隔扫描一次所述独立键盘模块12内2N个开关的状态，以监测所述独立键盘模块12内2N个开关的状态；并返回S22；

S24：依次确认每个端口IO对应的矩阵键盘单元内所述开关的状态，以轮询所述矩阵键盘模块11内所述开关的状态，并返回S22；

具体地，根据预定顺序依次配置第m个端口IO为输入下拉模式(或输入上拉模式)，其余的端口IO均为输入上拉模式(或输入下拉模式)，依次确认每个端口IO对应的矩阵键盘单元内所述开关的状态，以轮询所述矩阵键盘模块11内所述开关的状态其中的m为正整数，且m≤N；并返回S22。

此外，本实用新型实施例还提供了一种单片机，包括上述的单片机按键电路。作为举例，上述的单片机按键电路可以应用在STM32单片机等等，当然也可以为其它型号的单片机。

此外，本实用新型实施例还提供了一种单片机系统，包括上述的单片机。作为举例，该单片机系统可以为利用了单片机的键盘等等，当然也可以为其它的单片机系统。

此外，本实用新型实施例还提供了一种电子设备，包括上述的单片机按键电路。作为举例，该电子设备可以为座机、按键密码锁等等，当然也可以为其它需要多按键的设备。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种单片机按键电路，用于对单片机的按键数量进行扩展，其特征在于，该单片机包括N个端口；所述单片机按键电路包括矩阵键盘模块以及独立键盘模块，其中，所述矩阵键盘模块包括i个矩阵键盘单元，所述独立键盘模块包括第一独立键盘单元以及第二独立键盘单元，其中的N为大于或等于2的整数；

所述单片机的第i个端口耦接至第N-i个矩阵键盘单元的第一端，每个矩阵键盘单元的第一端还分别通过若干个开关依次对应耦接至所述单片机的第i+1个端口至第N个端口，其中，第i个矩阵键盘单元内的开关的数量小于第i+1个矩阵键盘单元内的开关的数量，每个矩阵键盘单元内的开关的数量均小于或等于i个，其中的i为正整数，且i≤N-1；

所述单片机的N个端口分别通过一限流电阻耦接至所述第一独立键盘单元的N个开关的第一端以及所述第二独立键盘单元N个开关的第一端，所述第一独立键盘单元的N个开关的第二端均分别通过下拉电阻接地，所述第二独立键盘单元的N个开关的第二端均分别通过上拉电阻耦接至一供电电压。

2.根据权利要求1所述的单片机按键电路，其特征在于，所述单片机的工作模式包括第一模式以及第二模式，且所述单片机的工作模式被周期性地配置为第一模式以及第二模式，其中：

若工作模式为第一模式，则配置N个端口均为浮空输入模式，以监测所述独立键盘模块内所述开关的状态；

若工作模式为第二模式，则依次确认每个端口对应的矩阵键盘单元内所述开关的状态，以轮询所述矩阵键盘模块内所述开关的状态。

3.根据权利要求2所述的单片机按键电路，其特征在于，依次确认每个端口对应的矩阵键盘单元内所述开关的状态，具体为：

根据预定顺序依次配置第m个端口为输入下拉模式，其余的端口均为输入上拉模式，其中的m为正整数，且m≤N。

4.根据权利要求2所述的单片机按键电路，其特征在于，依次确认每个端口对应的矩阵键盘单元内所述开关的状态，具体为：

根据预定顺序依次配置第m个端口为输入上拉模式，其余的端口均为输入下拉模式，其中的m为正整数，且m≤N。

5.根据权利要求3或4任一项所述的单片机按键电路，其特征在于，所述第1个矩阵键盘单元内的开关的数量为1个，所述第i个矩阵键盘单元内的开关的数量为N-1个。

6.根据权利要求1所述的单片机按键电路，其特征在于，所述开关为按键开关。

7.一种单片机，包括权利要求1-6任一项所述的单片机按键电路。

8.一种单片机系统，包括权利要求7所述的单片机。

9.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的单片机按键电路。