TWI402716B - 按鍵操作偵測系統與方法 - Google Patents

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TWI402716B TW099103394A TW99103394A TWI402716B TW I402716 B TWI402716 B TW I402716B TW 099103394 A TW099103394 A TW 099103394A TW 99103394 A TW99103394 A TW 99103394A TW I402716 B TWI402716 B TW I402716B
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Description

按鍵操作偵測系統與方法
本發明是有關於一種按鍵操作偵測系統與方法。
以目前來說，偵測多重按鍵是否被按下/放開有多種方式。以電腦鍵盤來說，電腦鍵盤配置有多條獨立的驅動線與感應線。藉由依序掃描驅動線，可以辨別哪(些)電腦按鍵被按下/放開。不過，這種方式較適用於具大面積印刷電路板之電腦鍵盤。
以人機介面(human machine interface)來說，比如，具有按鈕(push button)的DVD光碟機或DVD播放機，需要偵測按鈕(比如光碟片退出按鈕)是否被按下，以使得DVD光碟機或DVD播放機做出相對應的機械操作(比如，將光碟片退出)。以目前來說，要在人機介面系統偵測按鍵/按鈕是否被按下/放開，可用ADC(類比數位轉換器)來實現。不過，由於ADC屬於類比電路，一旦變更晶片製造廠或是製程變動的話，則需要重新檢視ADC是否合適；甚至，可能需要重新設計適合的ADC，這將會浪費時間。此外，由於ADC得搭配類比接腳，通常，類比接腳所能支援的功能是固定的，無法隨著設計需求而變更其用途。
故而，較好能提供一種按鍵操作偵測系統，其能改善現有技術的缺點。
本發明係有關於一種按鍵操作偵測系統與其方法，其根據充電時期的時間長度、充電時期出現次數是否足夠(是否穩定)、及充電時期的變化情形來判斷按鍵是否被穩定地操作(按下/放開)。
本發明之一例提出一種按鍵操作偵測方法，應用於具有至少一第一按鍵與一數位輸入/輸出接腳之一電子裝置。該方法包括：切換該數位輸入/輸出接腳至一第一操作模式，使得該數位輸入/輸出接腳之一電壓降壓至一接地電壓；切換該數位輸入/輸出接腳至一第二操作模式，使得該數位輸入/輸出接腳之該電壓升壓；測量該數位輸入/輸出接腳之該電壓之一第一充電時期；計數該第一充電時期之一第一出現次數；以及根據該第一充電時期之該第一出現次數，判別該第一按鍵是否被穩定地操作。
本發明之另一例提出一種按鍵操作偵測系統，包括：至少一第一按鍵；一第一電容，耦接至該第一按鍵；一數位輸入/輸出接腳，耦接至該第一按鍵；以及一控制器，耦接至該數位輸入/輸出接腳與該第一按鍵。於模式切換時，該數位輸入/輸出接腳之一電壓被升/降壓，該控制器測量該數位輸入/輸出接腳之該電壓之一第一充電時期。當該第一充電時期的一第一出現次數超過一次數臨界值時，該控制器判斷該第一按鍵被穩定地操作。
為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉一實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
於本發明實施例中，當偵測到穩定按鍵操作(key activity)時，會回應於此穩定按鍵操作進行相對應操作；反之，如果偵測到按鍵操作為暫態(亦即，不穩定的按鍵操作)，則忽略此按鍵操作。
第1圖顯示根據本發明實施例之按鍵操作偵測系統之示意圖。按鍵操作偵測系統100置於一電子裝置中，此電子裝置比如但不受限於，DVD光碟機或DVD播放機。如第1圖所示，按鍵操作偵測系統100包括：輸入/輸出接腳(I/O pin)110、控制器120、電阻R、複數按鍵K0~K4與複數電容C0~C4。電容C0~C4具有不同的已知電容值。
輸入/輸出接腳110為數位接腳。輸入/輸出接腳110具有兩種操作模式：輸入模式與輸出模式。回應於由控制器120所輸出之模式控制信號MD_CTL，輸入/輸出接腳110切換於此兩種操作模式。在底下說明中，當模式控制信號MD_CTL為邏輯高時，輸入/輸出接腳110處於輸出模式；反之，當模式控制信號MD_CTL為邏輯低時，輸入/輸出接腳110處於輸入模式。習知此技者當知本發明並不受限於此。此外，模式控制信號MD_CTL之邏輯高時期必須足夠長，使得輸出電壓VO被降壓至接地電壓GND。
於本實施例中，當輸入/輸出接腳110處於輸入模式下，如果相對應的一或多按鍵已被按下，則相對應的一或多電容與節點P間為導通，所以，相對應電容會被操作電壓VCC所充電。另一方面，當輸入/輸出接腳110處於輸出模式時，如果相對應的一或多按鍵已被按下，則相對應的一或多電容會處於放電狀態，使得輸出電壓VO被降壓。電阻R串聯於操作電壓VCC與節點P之間；按鍵K0~K4則分別連接於節點P與電容C0~C4之間。
第2圖顯示根據本實施例之操作時序圖。於第2圖中，信號K0代表按鍵K0是否被按下，比如，當信號K0為邏輯低時，代表按鍵處於放開(release)狀態；反之，當信號K0為邏輯高時，代表按鍵處於按下(press)狀態。
信號TC代表，輸入/輸出接腳110由輸出模式切換至輸入模式後，輸出電壓VO由接地電壓GND升壓至高於臨界電壓Vth所需的時期(亦可稱為充電時期)。各電容C0~C4之電容值不同且電阻R之電阻值為已知，故而，各電容C0~C4之充電速度也是已知。當某一(或某些)按鍵被穩定地按下時，其相對應電容由接地電壓GND充電至高於臨界電壓Vth的所需時期(充電時期)也是已知。於本實施例中，控制器120內建查表，此查表記錄所有可能的充電時期，其對應於所有可能的按鍵操作組合。可能的充電時期包括但不受限於，單一按鍵被按下時所偵測到的充電時期，複數按鍵(比如，2個或3個或更多個按鍵)被按下所偵測到的所有可能充電時期等。當控制器120測量輸出電壓VO充電至高於臨界電壓Vth所需的時期後，控制器120會進行比較，以得知測出是哪個(或哪些)電容處於充電狀態，進而推論出是哪個(或哪些)按鍵被按下。相反地，如果所測量到的充電時期不屬於所有可能組合之一及/或充電時期出現次數不夠多，則會被視為此充電時期乃是使用者不意按下按鍵所導致，控制器120會忽略此充電時期。
信號N代表充電時期TC的重複次數。比如，假設是按鍵K0被穩定按下，則每次輸入/輸出接腳110由輸出模式切換至輸入模式，原則上都會偵測到一次充電時期TC0；將所偵測到的充電時期TC0的出現次數累計，即可得到累積值N。如果充電時期TC的時間長度改變的話(比如，因為其他的按鍵被按下，或是按鍵K0被放開、不穩定的按鍵操作等)，則累積值N會被重設為0。
信號IN用以反應輸出電壓VO。詳細地說，當輸出電壓VO低於臨界電壓Vth時，信號IN為邏輯0；反之，當輸出電壓VO高於臨界電壓Vth時，信號IN為邏輯1。亦即，信號IN可視為輸出電壓VO的數位信號。信號IN與輸出電壓VO會輸入至控制器120。
現請回到第2圖，假設於時序T11之前，使用者都沒有任何按鍵操作。於時序T11時，使用者按下按鍵K0。此時電容C0之非接地端之電壓乃是接地電壓，因為電容C0被完全放電。故當於時序T11時，使用者按下按鍵K0的那一瞬間，輸出電壓VO會立即變為接地電壓GND，因為此時電容C0之非接地端之電壓仍是接地電壓。之後，電容C0會被充電，使得輸出電壓VO升壓。
於時序T12時，由於輸入/輸出接腳110切換為輸出模式，所以輸出電壓VO降壓至接地電壓GND。接著，於時序T13時，由於輸入/輸出接腳110切換回輸入模式，且因為按鍵K0仍被按下，使得電容C0仍被充電，所以輸出電壓VO升壓。於時序T14，輸出電壓VO升壓至高於臨界電壓Vth。
在輸入/輸出接腳110由輸出模式切換回輸入模式後，測量輸出電壓VO由接地電壓升壓至高於臨界電壓Vth所需之充電時期。在之後的幾個周期內，由於按鍵一直(穩定)被按下，所以，會穩定地偵測出數個時期TC0。計數並累積充電時期TC0所出現的次數，可得知累積值N的值變化情況為0→1→2→3→4。
於時序T15，按鍵K0被放開，所以，之後所偵測到的信號TC會歸零；相對應地，累積值N也會歸零。如果累積值N大/等於臨界值Nth的話，則控制器120會視為已偵測到穩定的按鍵操作(亦即，第2圖是顯示出按鍵按下)，根據所偵測到的充電時期，控制器120經由查表可以得知是哪個按鍵或哪些按鍵被按下，電子裝置會依據控制器120之偵測結果而做出相對應操作。
由於使用者穩定按下按鍵的時間不可能太短(比如，原則上，大概至少為0.2秒左右)，只要模式控制信號MD_CTL的頻率夠高，在使用者穩定按下按鍵的時期內，累積值N應該都會大於臨界值。
第3圖顯示根據本發明實施例之偵測穩定按鍵操作之流程圖。如步驟310所示，將輸入/輸出接腳110切換至輸出模式，以放電電容內之電荷，使得輸出電壓VO降壓至接地電壓GND。
接著，如步驟320所示，將輸入/輸出接腳110切換至輸入模式。接著，如步驟330所示，於模式切換後，測量充電時期，並計數此充電時期的出現次數(累積值)。
接著，於步驟340中，判斷累積值N是否大於/等於臨界值Nth。如果是的話，則流程接續至步驟350；如果否的話，則流程回至步驟310。詳細地說，於步驟340中，如果累積值小於臨界值，則控制器120會忽略所偵測到的充電時期。
接著，於步驟350中，控制器120會判斷已偵測到穩定的按鍵操作。接著，於步驟360中，控制器120會判別是哪(些)按鍵被穩定地操作。詳細地說，於步驟360中，在累積值N大於/等於臨界值Nth的情況下，經由查表，控制器120可以得知所測量到的充電時期對應於所有可能按鍵組合中的哪一種組合，進由判斷是哪(些)按鍵被穩定地操作。以第2圖為例，由於累積值N=4大於臨界值(臨界值比如為2或3，可依情況調整)，經由查表，控制器120可以判別充電時期TC0乃是對應於電容C0(亦即按鍵K0被按下)；於此實施例中，電子裝置會回應於控制器120之判斷而做出相對應的操作。比如，按鍵K0是光碟退出鍵，則回應於控制器120的判斷結果，光碟機(電子裝置)會進行光碟退出。
雖然第1圖以複數按鍵為例，但本實施例亦可應用至單一按鍵。
底下，將說明如果使用者不穩定地按下按鍵，本實施例如何偵測之。請參考第4圖，其顯示根據本發明實施例之如何偵測並排除使用者不穩定地按下按鍵之情況。假設於時序T41時，使用者不穩定地按下按鍵K0，此時，接入/輸出接腳110正好處於由輸出模式切換成輸入模式。由於電容C0被不穩定地充電，導致充電時期被意外地延長(如第4圖所示之“TC？”)。此不穩定按鍵操作雖然會使得累積值N為1(如第4圖之符號41所示)，但由於累積值N小於臨界值，故而，使用者於時序41之不穩定按鍵操作會被控制器所忽略。之後，使用者穩定地按下按鍵K0，則其情況如第2圖所示，其細節於此不重覆。
由第4圖可看出，即使在模式切換時，使用者不穩定地(不經意)按下按鍵，這樣的操作不會導致累積值大於/等於臨界值。所以，使用者的不穩定按鍵操作會被忽略，以避免電子裝置出現誤動作，因為使用者可能只是不經意的按下按鍵而非真正想要按下按鍵。
底下，將說明如果使用者按下多個按鍵，本實施例如何偵測之。請參考第5圖，其顯示本實施例如何偵測到使用者穩定地按下多個按鍵。如第5圖所示，假設於時序T51之前，沒有任何按鍵被按下。於時序T51，使用者穩定地按下按鍵K0。此穩定按鍵按下將使得控制器偵測到3個充電時期TC0，而且使得累積值N大於/等於臨界值(如第5圖之符號51所示，信號N由1累積至3)。
之後，於時序T52時，使用者穩定地按下按鍵K1，假設此時電容C0正好被充電。由於按鍵K1被按下，電容C1將被充電，導致充電時期之改變。由於內建之查表查不到對應於時序T52之此充電時期，故於第5圖中標示為TC？。
接著，由於使用者穩定地按下按鍵K0與K1，所以，所偵測到之充電時期將由“TC？”改變為“TC0+TC1”(內建之查表可以查到此充電時期)。此穩定按下按鍵K0與K1將使得控制器偵測到3個充電時期TC0+TC1，而且使得累積值N大於/等於臨界值(如第5圖之符號52所示，信號N由1累積至3)。由於累積值N大於/等於臨界值，所以控制器會查表而判斷出此充電時期“TC0+TC1”乃是對應於電容C0與C1之充電時期，進而判斷出使用者按下按鍵K0與K1。
接著，於時序T53時，使用者放開按鍵K1，假設此時正在處於電容C0被充電，導致充電時期之改變。由於內建之查表查不到時序T53之此充電時期，故於第5圖中標示為“TC？”。
由於使用者仍穩定地按下按鍵K0，故而仍可偵測到3個充電時期TC0。接著，於時序T54，使用者放開按鍵K1。
由以上描述可知，本實施例可以偵測出多重按鍵操作。比如，當使用者穩定地按下多重按鍵時，本實施例可以偵測並辨別出是哪些按鍵被按下。同樣，當使用者放開某個按鍵時，藉由偵測充電時期之變化，本實施例可以偵測並辨別出是哪(些)按鍵被放開。
第6圖顯示本實施例如何偵測多重按鍵操作之流程圖。如第6圖所示，於步驟610中，控制器會判斷舊穩定充電時期Old_S_TC是否等於新穩定充電時期New_S_TC。詳細地說，在步驟610中，所謂的「穩定充電時期」是指出現次數大於/等於臨界值的充電時期。以第5圖為例，出現3次(出現次數大於/等於臨界值)的充電時期TC0可視為舊穩定充電時期Old_S_TC，而在那之後所出現的充電時期TC0+TC1(出現3次，出現次數大於/等於臨界值)可視為新穩定充電時期New_S_TC。如果步驟610的結果為是，則流程跳至結束；否則，流程跳至步驟620。
於步驟620中，計算舊穩定充電時期Old_S_TC與新穩定充電時期New_S_TC間之充電時期差值△T，△T比如可表示為：△T=|Old_S_TC-New_S_TC|，亦即。△T是舊穩定充電時期Old_S_TC與新穩定充電時期New_S_TC間之差值的絕對值。
於步驟630中，根據充電時期差值△T，控制器查表來判別是哪(些)按鍵被操作。詳細地說，控制器內建的查表更包括充電時期差值△T對所有可能按鍵操作組合之對應表。比如，以第5圖為例，充電時期TC0(舊穩定充電時期Old_S_TC)與充電時期TC0+TC1(新穩定充電時期New_S_TC)間之差值為TC1(△T=TC1)；控制器查表後，可以判斷出乃是按鍵K0與K1被操作。
於步驟640中，判斷舊穩定充電時期Old_S_TC與新穩定充電時期New_S_TC間之大小關係。如果新穩定充電時期New_S_TC小於舊穩定充電時期Old_S_TC的話，則流程接續至步驟650；反之，如果新穩定充電時期New_S_TC大於舊穩定充電時期Old_S_TC的話，則流程接續至步驟660。
於步驟650中，根據充電時期差值△T及新穩定充電時期New_S_TC小於舊穩定充電時期Old_S_TC的條件，控制器判別是哪(些)按鍵被放開。
於步驟660中，根據充電時期差值△T及新穩定充電時期New_S_TC大於舊穩定充電時期Old_S_TC的條件，控制器判別是哪(些)按鍵被按下。
以第5圖為例，在舊穩定充電時期Old_S_TC為充電時期TC0而新穩定充電時期New_S_TC為TC0+TC1的情況下，控制器會判別是按鍵K1被按下，其中控制器已先判別出按鍵K0已被按下。之後，在舊穩定充電時期Old_S_TC為充電時期TC0+TC1而新穩定充電時期New_S_TC為TC0的情況下，控制器會判別是按鍵K1被放開，且控制器判別按鍵K0仍被按下。至於介於穩定充電時期TC0與穩定充電時期TC0+TC1間的充電時期TC？，由於其出現次數只有1次，低於臨界值，由第3圖的流程可知，充電時期不會被視為穩定充電時期，所以，控制器不會對其做出反應。
於步驟670中，將新穩定充電時期New_S_TC設為舊穩定充電時期Old_S_TC(Old_S_TC=New_S_TC)。
另外，上述實施例雖以按鍵(key)為例做說明，但習知此技者當知，本發明其他可能實施例亦可應用於具有按鈕(push button)、開關(switch)的電子裝置中。
本發明上述實施例所揭露之按鍵操作偵測系統與方法，具有多項技術特徵，以下僅列舉部分說明如下：(1)將輸入/輸出接腳輪流切換於輸入模式與輸出模式之間，而非只是固定於輸入模式而已。(2)將輸入/輸出接腳輪流切換於輸入模式與輸出模式之間，以使得輸出電壓輪流被升/降壓，而非讓輸出電壓固定於穩態電壓。(3)以二進位方式進行取樣，而非如習知ADC以多重電位方式取樣。(4)以充電時期的時間長度、充電時期出現次數是否足夠(是否穩定)、及充電時期的變化情形(亦即舊穩定充電時期與新穩定充電時期間之大小關係與其差值)來判斷按鍵是否被穩定地操作(按下/放開)，而非如習知ADC般以電壓變化來判斷按鍵是否被操作。
綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100．．．按鍵操作偵測系統
110．．．輸入/輸出接腳
120．．．控制器
R．．．電阻
K0~K4．．．按鍵
C0~C4．．．電容
310~360、610~670．．．步驟
41、51、52．．．累積值N
第1圖顯示根據本發明實施例之按鍵操作偵測系統之示意圖。
第2圖顯示根據本實施例之操作時序圖。
第3圖顯示根據本發明實施例之偵測穩定按鍵操作之流程圖。
第4圖顯示根據本發明實施例如何偵測並排除使用者不穩定地按下按鍵之情況。
第5圖顯示本實施例如何偵測到使用者穩定地按下多個按鍵。
第6圖顯示本實施例如何偵測多重按鍵操作之流程圖。
310~360．．．步驟

Claims (13)

  1. 一種按鍵操作偵測方法，應用於具有至少一第一按鍵與一數位輸入/輸出接腳之一電子裝置，該方法包括：切換該數位輸入/輸出接腳至一第一操作模式，使得該數位輸入/輸出接腳之一電壓降壓至一接地電壓；切換該數位輸入/輸出接腳至一第二操作模式，使得該數位輸入/輸出接腳之該電壓升壓；測量該數位輸入/輸出接腳之該電壓之一第一充電時期；計數該第一充電時期之一第一出現次數；以及根據該第一充電時期之該第一出現次數，判別該第一按鍵是否被穩定地操作。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，於該第一充電時期，該數位輸入/輸出接腳之該電壓從該接地電壓升壓至超過一電壓臨界值。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，計數該第一充電時期之該第一出現次數之該步驟包括：如果該第一充電時期之一時期長度未改變，則累加該第一出現次數；以及如果該第一充電時期之該時期長度改變，則將該第一出現次數重設。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該方法更包括：當該第一充電時期之該第一出現次數大於或等於一次數臨界值時，判別該第一按鍵被穩定地操作。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該電子裝置更包括一第二按鍵。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之方法，該方法更包括：當該第一充電時期之該第一出現次數大於或等於一次數臨界值時，根據該第一充電時期之一時間長度，以判別是該第一按鍵或該第二按鍵被穩定地操作。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之方法，該方法更包括：若該第一充電時期不等於一第二充電時期，則計算該第一充電時期與該第二充電時期間之一差值，其中，該第一充電時期之該第一出現次數與該第二充電時期之一第二出現次數皆大於或等於該次數臨界值；根據該第一充電時期與該第二充電時期間之該差值，判別是該第一按鍵及/或該第二按鍵被穩定操作；如果該第一充電時期大於該第二充電時期，則判別該第一按鍵及/或該第二按鍵被放開；以及如果該第一充電時期小於該第二充電時期，則判別該第一按鍵及/或該第二按鍵被按下。
  8. 一種按鍵操作偵測系統，包括：至少一第一按鍵；一第一電容，耦接至該第一按鍵；一數位輸入/輸出接腳，耦接至該第一按鍵；以及一控制器，耦接至該數位輸入/輸出接腳與該第一按鍵；其中，於模式切換時，該數位輸入/輸出接腳之一電壓被升/降壓，該控制器測量該數位輸入/輸出接腳之該電壓之一第一充電時期，當該第一充電時期的一第一出現次數超過一次數臨界值時，該控制器判斷該第一按鍵被穩定地操作。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之按鍵操作偵測系統，其中，在該控制器的控制下，該數位輸入/輸出接腳被切換至一第一操作模式，使得該數位輸入/輸出接腳之該電壓降壓至一接地電壓；在該控制器的控制下，該數位輸入/輸出接腳被切換至一第二操作模式；該控制器測量該數位輸入/輸出接腳之該電壓從該接地電壓升壓至超過一電壓臨界值之該第一充電時期；該控制器計數該第一充電時期之該第一出現次數。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之按鍵操作偵測系統，其中，如果該第一充電時期之一時期長度未改變，則該控制器累加該第一出現次數；以及如果該第一充電時期之該時期長度改變，則該控制器重設該第一出現次數。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之按鍵操作偵測系統，其中，該電子裝置更包括一第二按鍵。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之按鍵操作偵測系統，其中，當該第一充電時期之該第一出現次數大於或等於一次數臨界值時，根據該第一充電時期之一時間長度，該控制器判別是該第一按鍵或該第二按鍵被穩定地操作。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之按鍵操作偵測系統，其中，若該第一充電時期不等於一第二充電時期，則該控制器計算該第一充電時期與該第二充電時期間之一差值，其中，該第一充電時期之該第一出現次數與該第二充電時期之一第二出現次數皆大於或等於該次數臨界值；根據該第一充電時期與該第二充電時期間之該差值，該控制器判別是該第一按鍵及/或該第二按鍵被穩定操作；如果該第一充電時期大於該第二充電時期，則該控制器判別該第一按鍵及/或該第二按鍵被放開；以及如果該第一充電時期小於該第二充電時期，則該控制器判別該第一按鍵及/或該第二按鍵被按下。
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