TWI387209B - 控制電路及配置方法 - Google Patents

Description

控制電路及配置方法

本發明是有關於一種鍵盤(keyboard)技術，特別是指一種適用於一鍵盤的控制電路及配置方法。

一般鍵盤技術通常是以一處理單元發出18條掃描線(scan line)來掃描一對應18×8個按鍵的陣列模組，且陣列模組會依據使用者所按壓的按鍵而回應8條回覆線(return line)給處理單元。其中，該等掃描線與該等回覆線相互交錯，而每一交會處會對應一個按鍵。

假設第x1、x2條掃描線與第y1、y2條回覆線所構成的四個交會處分別定義為(x1,y1)、(x2,y1)、(x1,y2)、(x2,y2)，且依次對應按鍵A、B、C、D。當按鍵A被按下時，第y1條回覆線會將第x1條掃描線所載信號告知處理單元，以促使一顯示器顯現按鍵A的訊息，以此類推。當按鍵A、B、C同時被按下，處理單元會收到來自第y1條回覆線的第x1、x2條掃描線所載信號以及來自第y2條回覆線的第x1條掃描線所載信號，而令顯示器顯現按鍵A、B、C的訊息。然而，除此之外，處理單元更會收到來自第y2條回覆線的第x2條掃描線所載信號，導致顯示器更顯現出按鍵D的訊息。由於按鍵D未被按下，卻也顯現於顯示器，所以常稱之為鬼鍵(ghost key)。

而在遊戲(game)應用中，使用者經常需要同時按壓多個按鍵，因此鬼鍵的產生是不被容許的。常見的因應方式是 為每一交會處增加一個二極體(diode)，以便利用其防逆特性來使顯示器只顯現出被按壓的按鍵。但是，隨著二極體的加入，印刷電路板(printed circuit board，PCB)的體積越為龐大，繞線也越為複雜，當然製作成本也對應提高。

因此，本發明之目的，即在提供一種可以防止出現鬼鍵並降低電路製作成本的控制電路及配置方法，適用於控制一鍵盤，能允許同時按壓多個按鍵以適用於遊戲操作。

於是，本發明配置方法，適用於從複數條掃描線和複數條回覆線所構成的複數個交會處中選出P個交會處作為P個安全位置，該配置方法包含以下步驟：(A)基於所需的安全位置之數目P，選擇所使用的掃描線之數目和回覆線之數目；(B)選出G個交會處作為G個安全位置，且至多三個選定交會處是屬於同一井字型排列，該井字型排列是指由任二條掃描線與任二條回覆線所構成的四個交會處，而3 G P ；(C)對於該G個安全位置所在掃描線與所在回覆線構成的交會處，當一井字型排列中的其中三個交會處已是安全位置時，標記該井字型排列中剩下那一個交會處為鬼鍵位置；及(D)從未被選到且未被標記的交會處中再選出一個交會處作為安全位置，且搭配任G-1個已選定的安全位置而形成另一組G個安全位置，並進行鬼鍵位置的標記，直到安全位置的數目已達P個，其中對於一個井字型排列的四個交會處，當其中三個交會處中的每一個為安全位置或鬼鍵位置時，則標記剩下的那一個交會處為鬼鍵位置； 若沒有適當的交會處可選時，增加掃描線和回覆線的數目直到可以從新的掃描線和回覆線產生的交會處中選出新的安全位置。

而本發明控制電路，適用於一鍵盤中，該控制電路包含：一陣列模組，包括N條掃描線、M條回覆線及P開關單元，該等掃描線與該等回覆線相互交錯而構成M×N個交會處，而每一開關單元相對應其中一交會處設置，且屬於同一井字型排列的四個交會處上最多只有三個交會處設有該開關單元，且該井字型排列是指由任二條掃描線與任二條回覆線所構成的四個交會處，並且N、M、P皆為大於1的自然數，P<M×N；及一處理單元，對每一條掃描線輸出一掃描信號；每一開關單元可於一導通狀態和一不導通狀態下切換，當該開關單元導通時，該開關單元所對應之交會處上的掃描線會透過該開關單元將該掃描信號經由該交會處上的回覆線回傳給該處理單元。

本發明之功效在於：本發明控制電路依據本發明配置方法來設置該等開關單元，且藉由增加掃描線和回覆線的數目來防止出現鬼鍵，進而降低電路製作成本，並適用於遊戲操作。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之三個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說 明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

第一較佳實施例

參閱圖1，本發明控制電路100之第一較佳實施例包含一陣列模組1及一處理單元2，陣列模組1包括N條掃描線SL及M條回覆線RL，且該等掃描線SL與該等回覆線RL相互交錯而構成M×N個交會處。陣列模組1更包括P個分別對應P個外部按鍵(圖未示)的開關單元11，每一開關單元11可於一導通狀態和一不導通狀態下切換，且每一開關單元11相對應其中一交會處設置，其中P <(M ×N )，N、M、P皆為大於1的自然數。

處理單元2對每一條掃描線SL輸出一掃描信號，並輪流致能(enable)該等掃描信號。假設第x1條掃描線SL與第y1條回覆線RL交會處(如圖5(a))的開關單元11對應於外部按鍵A(圖未示)。當一外力透過按壓外部按鍵A而令對應開關單元11進入導通狀態時，若是第x1條掃描線SL的掃描信號被致能，第x1條掃描線會透過該開關單元11將掃描信號送至第y1條回覆線而回傳給處理單元2，以供辨識哪一按鍵被按壓。且處理單元2會透過一通用序列匯流排(Universal Serial Bus，USB)介面51將辨識結果通知一外部電腦52，以使一外部顯示器53顯現按鍵A的訊息。

而陣列模組1是依據本發明配置方法來選出P個安全位置，以於每一安全位置所對應的交會處上設置一開關單元11，即使多個按鍵被同時按壓，也能避免鬼鍵的產生。並且，配合USB介面51的6隻接腳(其中一接腳通常會保 留他用)，本較佳實施例以最多同時按壓G=5個按鍵而不會出現鬼鍵來說明配置方法的步驟，且步驟流程如圖2所示。但是，也可以依據本發明配置方法而延伸推論出適合同時按下更多按鍵而不會出現鬼鍵的陣列模組1。

步驟61：基於外部按鍵數目P，預設使用n條掃描線SL與m條回覆線RL而構成m×n個交會處，且P <(m ×n )。預設的方式可以使m×n接近但稍大於P，或是依據經驗設定。

步驟62：選出G(G=5)個交會處作為G個安全位置，且至多三個選定交會處是屬於同一井字型排列，該井字型排列是指由任二條掃描線與任二條回覆線所構成的四個交會處，而3 G P 。

步驟63：依據該5個安全位置所在掃描線SL的總數與所在回覆線RL的總數，決定一適合的基底矩陣大小。

而參閱圖3，步驟63包括以下子步驟：

子步驟631：若是所在掃描線SL的總數和所在回覆線RL的總數之最大值是5，則決定基底矩陣大小為5×5。

譬如：圖5(a)中，該5個安全位置位於不同掃描線SL且位於不同回覆線RL，即所在掃描線SL的總數為5且所在回覆線RL的總數為5。集合該等所在掃描線SL與所在回覆線RL，可構成如圖5(b)的5×5基底矩陣。

子步驟632：若是所在掃描線SL的總數和所在回覆線RL的總數之最大值是4，則決定基底矩陣大小為4×4。

譬如：圖6(a)中，該5個安全位置分佈於4條掃描線 SL且分佈於3條回覆線RL，即所在掃描線SL的總數為4且所在回覆線RL的總數為3。集合該等所在掃描線SL與所在回覆線RL，可構成如圖6(b)的4×4基底矩陣。

子步驟633：若是所在掃描線SL的總數和所在回覆線RL的總數之最大值是3，則決定基底矩陣大小為3×3。

譬如：圖7(a)中，該5個安全位置分佈於3條掃描線SL且分佈於3條回覆線RL，即所在掃描線SL的總數為3且所在回覆線RL的總數為3。集合該等所在掃描線SL與所在回覆線RL，可構成如圖7(b)的3×3基底矩陣。

之所以採用這三種基底矩陣的原因有二。一是因為當該5個安全位置分別對應不同掃描線SL與不同回覆線RL時，該等掃描線SL和回覆線RL將會構成5×5個交會處。另一是因為最小能容納該5個安全位置的正方形基底矩陣大小為3×3。而值得注意的是，本較佳實施例雖然是以呈正方形的基底矩陣來說明，但也可以是採用呈矩形的基底矩陣。

參閱圖2和圖4，步驟64：在該5個安全位置所在的基底矩陣內，一一評估並標記出屬於鬼鍵位置的交會點。評估方式是對於一個井字型排列的四個交會處，當其中三個交會處中的每一個為安全位置或鬼鍵位置時，則剩下的那一個交會處為鬼鍵位置。

而步驟64包括以下子步驟：

子步驟641：當與待評估之交會處屬於同一井字型排列的三個交會處都是安全位置時，便將待評估之交會處標記 為鬼鍵位置。因為當井字型排列的其中三個交會處都為安全位置，將導致另一交會處產生鬼鍵現象。

子步驟642：當與待評估之交會處屬於同一井字型排列的三個交會處有一個是安全位置且有兩個是鬼鍵位置時，或當與待評估之交會處屬於同一井字型排列的三個交會處有兩個是安全位置且有一個是鬼鍵位置時，或當與待評估之交會處屬於同一井字型排列的三個交會處都是鬼鍵位置時，便將待評估之交會處標記為鬼鍵位置。這是為了避免串音(crosstalk)問題所造成的鬼鍵現象。

舉例來說，圖7(b)的3×3基底矩陣中，交會處a、d、e、h、i皆為安全位置。由於交會處b與交會處a、d、e屬於同一井字型排列，所以標記交會處b為鬼鍵位置。同理可推論交會處g、f也為鬼鍵位置。此外，因為與交會處c屬於同一井字型排列的交會處分別為安全位置(交會處e)以及鬼鍵位置(交會處b、f)，因此標記交會處c為鬼鍵位置。

值得注意的是，前述子步驟641和642是說明一一評估基底矩陣的交會處。但在另一實施態樣中只要找任三個屬於同一井字型排列的安全位置或鬼鍵位置，然後再評估井字型排列的剩下那一個交會處即可。

步驟65：排除已選定的安全位置(假設為S個)以及已標記的鬼鍵位置之外，更依據一規則選取1個交會處作為安全位置，並搭配任G-1=4個已選定的安全位置而組合成另一組G=5個安全位置，接著重新執行步驟63~64。其中 ，該規則是：目前所選出的交會處與先前已選出的交會處和所述已標記的鬼鍵位置中的任三個不會形成井字型排列。

而重新執行步驟63~64的次數為，且每次執行所搭配的5個安全位置之組合都不相同，其中定義為S個已選定安全位置中任選4個的所有可能組合數目。完成執行次後，再繼續步驟65，直到選取出P個安全位置。

重新執行次是為了有效掌控新選取安全位置與任4個已選定安全位置所造成的鬼鍵現象，並將可能發生鬼鍵現象的交會處特別標記為鬼鍵位置，以避免誤設開關單元11。

當在該規則下而導致沒有適當的交會處可選時，增加至少一條掃描線SL和至少一條回覆線RL以產生新的交會處，直到可以在該規則下從新產生的交會處中選出安全位置。例如：增加成為N條掃描線SL及M條回覆線RL。

由上述說明可以瞭解，本發明主要精神在於當判斷出沒有安全的交會處可選時，藉由適當增加掃描線SL與回覆線RL的數目來找出安全位置，並使外部按鍵全部對應安全位置，以避免鬼鍵現象。舉例來說，當陣列模組1被要求對應到P=104個外部按鍵時，必須以多達N=48條掃描線SL及M=26條回覆線RL來實現。而當陣列模組1被要求對應到P=114個外部按鍵時，必須以多達N=56條掃描線SL及M=26條回覆線RL來實現。

如此，才能確保同時按壓5個按鍵而令5個開關單元 進入導通狀態，顯示器53即顯現相同數目的相關按鍵訊息。也就是說，按鍵訊息的數目會等同於進入導通狀態之開關單元的數目。

第二較佳實施例

第二較佳實施例省卻了第一較佳實施例的步驟63(決定基底矩陣之步驟)，且更改步驟64’為：針對搭配的5個安全位置之所在掃描線SL與所在回覆線RL構成的交會處，評估並標記出屬於鬼鍵位置的交會處。

當然，如第一較佳實施例所述，選取搭配的G=5個安全位置來決定出允許同時按壓G=5個按鍵的陣列模組1只是其中一例，更可依據本發明配置方法推論出適合同時按下更多按鍵的陣列模組1。例如：步驟62和65是選取搭配的G=6個安全位置，那麼便可決定出允許同時按壓G=6個按鍵而不會出現鬼鍵的陣列模組1。

第三較佳實施例

由於第一、二較佳實施例的處理單元2必須藉由N個接腳(圖未示)才能發出該N條掃描線SL的掃描信號。為了減少接腳使用，第三較佳實施例改用移位暫存器3(shift register)來取代。

參閱圖8，第三較佳實施例中，控制電路200更包含第一暫存單元31-1、一第二暫存單元31-2至第N暫存單元31-N，所有暫存單元31-1~31-N依序串聯耦接，且第一暫存單元31-1會耦接至處理單元2。其中，多個串聯耦接的暫存單元31-1~31-N可由一個或多個移位暫存器3提供。

處理單元2輸出一供所有暫存單元31-1~31-N操作依據的時脈信號，並且更輸出一致能信號給第一暫存單元31-1。第一暫存單元31-1受時脈信號控制來延遲致能信號而輸出一第一掃描信號SL到其中一掃描線。而第二暫存單元31-2更延遲第一掃描信號SL而輸出一第二掃描信號SL到另一掃描線。以此類推，第N暫存單元31-N會受該時脈信號控制來延遲前一暫存單元31-(N-1)的輸出，以輸出一第N掃描信號SL到又一條掃描線。也就是說，運用多個暫存單元31-1~31-N來實現串列轉並列(serial to parallel，S/P)的架構，使得致能信號轉換為多個掃描信號SL，達成以移位暫存器3取代處理單元2之接腳的目的。較佳地，也可進一步以多個暫存單元31-1~31-N實現並列轉串列(parallel to serial，P/S)的架構，使得該等回覆信號RL轉換為一個通知信號，以減少處理單元2之接腳數目。

並且，在第三較佳實施例中，執行步驟65時，若是無法在步驟61的m×n個交會處中選取1個作為安全位置的交會處，則最少需增加一個移位暫存器3來因應，也就是說增加掃描線SL的最小數目等同於移位暫存器3所包括的暫存單元31數目。例如：在N=48條掃描線SL及M=26條回覆線RL所構成的交會處中，無法找出P=114個安全位置；必須再增加一個移位暫存器3(假設包括8個暫存單元31)，即多增8條掃描線SL來實現。

值得注意的是，相較於習知技術，本發明配置方法採用更多條掃描線SL與回覆線RL來適當地配置該等開關單 元11於安全位置，因而不需添加二極體來阻卻鬼鍵產生，所以除了以PCB來實現陣列模組1，更可以採用成本較低廉的薄膜(membrane)來製作。

綜上所述，本發明控制電路100、200依據本發明配置方法來設置該等開關單元11，不但在同時按壓多個按鍵時可以防止出現鬼鍵，也省卻二極體的使用，可大為降低電路製作成本。此外，允許同時按壓多個按鍵的特性，使本發明控制電路100、200更適用於遊戲操作，因而鍵盤競爭力提高，銷售價值也越高，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

100‧‧‧控制電路

1‧‧‧陣列模組

11‧‧‧開關單元

200‧‧‧控制電路

2‧‧‧處理單元

3‧‧‧移位暫存器

31-1‧‧‧暫存單元

31-2‧‧‧暫存單元

31-N‧‧‧暫存單元

51‧‧‧通用序列匯流排介面

52‧‧‧電腦

53‧‧‧顯示器

61~65‧‧‧步驟

631~633‧‧‧子步驟

641~642‧‧‧子步驟

SL‧‧‧掃描線

RL‧‧‧回覆線

圖1是本發明控制電路之第一較佳實施例的方塊圖；圖2是一流程圖，說明本發明配置方法之第一較佳實施例；圖3是一決定適合基底矩陣大小的流程圖；圖4是一標記出屬於鬼鍵位置之交會點的流程圖；圖5(a)和圖5(b)是示意圖，說明5個安全位置對應5×5基底矩陣；圖6(a)和圖6(b)是示意圖，說明5個安全位置對應4×4基底矩陣；圖7(a)和圖7(b)是示意圖，說明5個安全位置對應 3×3基底矩陣；及圖8是本發明控制電路之第三較佳實施例的方塊圖。

100‧‧‧控制電路

1‧‧‧陣列模組

11‧‧‧開關單元

2‧‧‧處理單元

51‧‧‧通用序列匯流排介面

52‧‧‧電腦

53‧‧‧顯示器

SL‧‧‧掃描線

RL‧‧‧回覆線

Claims (8)

1. 一種配置方法，適用於從複數條掃描線和複數條回覆線所構成的複數個交會處中選出P個交會處作為P個安全位置，該配置方法包含以下步驟：(A)基於所需的安全位置之數目P，選擇所使用的掃描線之數目和回覆線之數目；(B)選出G個交會處作為G個安全位置，且至多三個選定交會處是屬於同一井字型排列，該井字型排列是指由任二條掃描線與任二條回覆線所構成的四個交會處，而3 G P ；(C)對於該G個安全位置所在掃描線與所在回覆線構成的交會處，當一井字型排列中的其中三個交會處已是安全位置時，標記該井字型排列中剩下那一個交會處為鬼鍵位置；及(D)從未被選到且未被標記的交會處中再選出一個交會處作為安全位置，且搭配任G-1個已選定的安全位置而形成另一組G個安全位置，並進行鬼鍵位置的標記，直到安全位置的數目已達P個，其中對於一個井字型排列的四個交會處，當其中三個交會處中的每一個為安全位置或鬼鍵位置時，則標記剩下的那一個交會處為鬼鍵位置；若沒有適當的交會處可選時，增加掃描線和回覆線的數目直到可以從新的掃描線和回覆線產生的交會處中選出新的安全位置。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之配置方法，其中，在步驟(D)中所選出的交會處需符合一規則，該規則是：目前所選出的交會處與先前已選出的交會處和所述鬼鍵位置兩者中的任三個不會形成該井字型排列。
3. 依據申請專利範圍第1項所述之配置方法，其中，步驟(A)中選擇掃描線之數目和回覆線之數目的方式是，使所選出之掃描線和回覆線所構成的交會處之數目大於所需的安全位置之數目P。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之配置方法，更包含一步驟(E)：於每一安全位置所對應的交會處上設置一開關單元，且該開關單元可於一導通狀態和一不導通狀態下切換，當該開關單元導通時，該交會處上的掃描線會透過該開關單元將一掃描信號送至該交會處上的回覆線。
5. 一種控制電路，適用於一鍵盤中，該控制電路包含：一陣列模組，包括N條掃描線、M條回覆線及P開關單元，該等掃描線與該等回覆線相互交錯而構成M×N個交會處，而每一開關單元相對應其中一交會處設置，且屬於同一井字型排列的四個交會處上最多只有三個交會處設有該開關單元，且該井字型排列是指由任二條掃描線與任二條回覆線所構成的四個交會處，並且N、M、P皆為大於1的自然數，P<M×N；及一處理單元，對每一條掃描線輸出一掃描信號；每一開關單元可於一導通狀態和一不導通狀態下切換，當該開關單元導通時，該開關單元所對應之交會處 上的掃描線會透過該開關單元將該掃描信號經由該交會處上的回覆線回傳給該處理單元。
6. 依據申請專利範圍第5項所述之控制電路，其中，每一開關單元依據一規則設置，該規則是：每一開關單元的相對應交會處與其他開關單元所對應到的交會處和鬼鍵位置兩者中的任三個不會形成該井字型排列；其中，對於一個井字型排列的四個交會處，當其中三個交會處中的每一個為安全位置或鬼鍵位置時，則剩下的那一個交會處為鬼鍵位置。
7. 依據申請專利範圍第5項所述之控制電路，適用於電連接一顯示器，其中，當至少三開關單元進入導通狀態時，該處理單元會依據收到的掃描信號，使該顯示器顯現複數訊息，且訊息的數目等同於進入導通狀態之開關單元的數目。
8. 依據申請專利範圍第5項所述之控制電路，更包含依序串聯耦接的一第一暫存單元...一第f暫存單元...及一第N暫存單元，且該第一暫存單元會耦接至該處理單元，f=2、3、4…(N-1)；該處理單元更輸出一供該第一暫存單元…該第f暫存單元…及該第N暫存單元操作依據的時脈信號，並且更輸出一致能信號給該第一暫存單元；該第一暫存單元受該時脈信號控制來延遲該致能信號而輸出一第一掃描信號到其中一條掃描線；而該第f暫存單元受該時脈信號控制來延遲該第(f-1)暫存單元輸 出的第(f-1)掃描信號而輸出一第f掃描信號到另一條掃描線；且該第N暫存單元受該時脈信號控制來延遲該第(N-1)暫存單元的第(N-1)掃描信號，以輸出一第N掃描信號到又一條掃描線。