專利名稱：一種混合式按鍵模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電子產(chǎn)品上的按鍵設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
按鍵作為人機(jī)交互的一個(gè)重要途徑，是絕大部份電子產(chǎn)品的重要組成部分。根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，按鍵的設(shè)計(jì)、數(shù)量都有不同的要求。目前，電子產(chǎn)品上的按鍵實(shí)現(xiàn)方式可分為以下三種類型第一，用IO 口驅(qū)動(dòng)的矩陣式鍵盤；第二，用AD轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)的電阻分壓式鍵盤也叫單線AD鍵盤；第三，模塊式總線驅(qū)動(dòng)鍵盤。這三種按鍵各有優(yōu)點(diǎn)。如10 口驅(qū)動(dòng)的矩陣式鍵盤，電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，直接用MCU里的代碼驅(qū)動(dòng)。AD電阻分壓式鍵盤，能在一根線上設(shè)計(jì)多個(gè)按鍵，有效地減少硬件資源的消耗。總線式鍵盤，一般用于按鍵數(shù)量較多的場(chǎng)合，對(duì)主MCU不管是軟件上或是硬件上的資源都是極少的消耗。電子產(chǎn)品發(fā)展至今，已逐漸趨于智能化、多功能化，為了使用戶更方便地使用產(chǎn)品功能，往往也要求產(chǎn)品中設(shè)計(jì)更多的按鍵。隨著電子產(chǎn)品中按鍵數(shù)量的增多，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)存在的缺陷也逐漸暴露。如矩陣式鍵盤會(huì)占用過多的IO 口。單線AD鍵盤，其原理是令不同的按鍵產(chǎn)生的電阻阻值不一樣，其分配到的電壓也不一樣，MCU通過電壓值來識(shí)別不同的按鍵。電壓值是個(gè)模擬量，理論上可以無限細(xì)分，但AD轉(zhuǎn)換是有風(fēng)險(xiǎn)的。在單個(gè)樣品設(shè)計(jì)中，理論上一個(gè)AD轉(zhuǎn)換通道上能設(shè)計(jì)20個(gè)按鍵。但在大規(guī)模生產(chǎn)中由于器件或工藝存在偏差，以及干擾的存在，AD轉(zhuǎn)化結(jié)果也會(huì)有一定的浮動(dòng)范圍。為了容納這個(gè)浮動(dòng)范圍，避免 “串鍵”現(xiàn)象，每個(gè)通道上最多只能設(shè)計(jì)6到7個(gè)按鍵。如果光是通過增加AD通道的方式來增加按鍵數(shù)量也是可以做到的，但卻帶來別的問題。其一，AD通道本身就是一個(gè)很寶貴的資源；其二，AD轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，根據(jù)AD轉(zhuǎn)換器的類型，機(jī)器周期長(zhǎng)短，以及轉(zhuǎn)換精度不一樣等，從幾十到一百多個(gè)微秒不等。AD通道不可能無限制增多，這個(gè)時(shí)間消耗會(huì)影響系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，特別對(duì)于通訊較多的大型系統(tǒng)，沒有足夠的時(shí)間裕度，稍有不慎可能會(huì)引起內(nèi)存崩潰或者掉進(jìn)通訊協(xié)議規(guī)則陷阱等問題。模塊化總線式鍵盤，這種設(shè)計(jì)似乎解決了我們所有的顧慮，但其設(shè)計(jì)需要增加單獨(dú)的處理IC，成本較高；同時(shí)為保證按鍵的實(shí)時(shí)性，往往需要高頻訪問其占用的總線，對(duì)總線信道容量占用較多。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種適用于按鍵數(shù)量較多但成本相對(duì)較低的一種混合式按鍵模塊設(shè)計(jì)方案。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種混合式按鍵模塊，該模塊包括 若干電阻，所述電阻串聯(lián)于VDD電壓與地之間；
若干按鍵，各個(gè)按鍵具有兩端，一端分別連接于上述串聯(lián)電阻的各個(gè)連接點(diǎn)，另一端連接在一起，與所述串聯(lián)電阻組成觸發(fā)按鍵組；及，
一運(yùn)放器件，所述按鍵另一端連接在一起并與運(yùn)放器件的同相輸入端連接，運(yùn)放器件輸出端連接智能芯片的AD采樣口。
針對(duì)上述基本方案，本發(fā)明還提供一種擴(kuò)展方案
一種混合式按鍵模塊，包括N個(gè)由串聯(lián)電阻及與電阻連接的按鍵組成的觸發(fā)按鍵組； 所述觸發(fā)按鍵組的各個(gè)按鍵連接端均連接一運(yùn)放器件，按鍵連接端連接運(yùn)放器件的同相輸入端，且各個(gè)運(yùn)放器件輸出端連接在一起并連接至智能芯片的AD采樣口；同時(shí)，第2 N個(gè)觸發(fā)按鍵組的各按鍵的連接端還分別再連接一運(yùn)算放大器組，各按鍵的連接端分別連接一運(yùn)算放大器的反相輸入端，各運(yùn)算放大器同相輸入端接地，輸出端分別連接智能芯片的一 I/O 口。當(dāng)然，第一觸發(fā)按鍵組各按鍵的連接端也可連接一運(yùn)算放大器，各按鍵的連接端連接該運(yùn)算放大器的反相輸入端，該運(yùn)算放大器同相輸入端接地，輸出端連接智能芯片的優(yōu)選的，所述各運(yùn)算放大器輸出端均通過編碼器連接智能芯片的I/O 口。本發(fā)明所述按鍵模塊占用主控芯片資源少，工作性能穩(wěn)定，且易于擴(kuò)展，為較多按鍵的電子產(chǎn)品的按鍵模塊設(shè)計(jì)提供了很好的解決方案。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果具體在于
(1)本發(fā)明在各按鍵組的輸出端增加運(yùn)放連接成的跟隨器，增強(qiáng)按鍵電壓的驅(qū)動(dòng)電流， 有效避免因串阻過大造成電壓信號(hào)過于微弱而易受干擾的問題，保證了按鍵觸發(fā)信號(hào)對(duì)智能芯片IO 口 MOS管的驅(qū)動(dòng)能力及反應(yīng)速度，優(yōu)化瞬態(tài)曲線，提高代碼高頻訪問時(shí)的有效性， 穩(wěn)定性；
(2)利用運(yùn)放(跟隨器)對(duì)電壓信號(hào)是單向傳遞性，擴(kuò)展按鍵組數(shù)量，并增加一旁路信號(hào)處理后連接智能芯片IO 口，確保信號(hào)采集的可靠與穩(wěn)定。


圖1所述按鍵模塊第一實(shí)施例電路原理示意圖； 圖2所述按鍵模塊第二實(shí)施例電路原理示意圖3所述按鍵模塊第三實(shí)施例電路原理示意圖； 圖4所述按鍵模塊第四實(shí)施例電路原理示意圖； 圖5所述按鍵模塊第五實(shí)施例電路原理示意圖。
具體實(shí)施例方式為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，下面將結(jié)合附圖以及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)描述。如圖1，為本發(fā)明所述按鍵模塊第一實(shí)施例電路原理圖。該實(shí)施例中，所述的混合式按鍵模塊包括串聯(lián)于VDD電壓與地之間的電阻Rl R6、按鍵Keyl Key5及跟隨器U0。 按鍵Keyl Key5 —端分別連接于串聯(lián)電阻Rl R6的各個(gè)連接點(diǎn)，另一端連接在一起并與跟隨器的同相輸入端連接，跟隨器輸出端連接智能芯片的AD采樣口。跟隨器輸出端還連接有濾波電容CL及限流電阻RL。該實(shí)施例是在現(xiàn)有的AD單線式鍵盤設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上增加運(yùn)算放大器。圖中所有電阻串聯(lián)，起分壓作用，每個(gè)按鍵按下時(shí)會(huì)得到不同的電壓作為運(yùn)放的輸入。運(yùn)放設(shè)計(jì)成1比1 的電壓跟隨器形式，運(yùn)放的輸出電壓即是按鍵所對(duì)應(yīng)的電壓，運(yùn)放的輸出VO作為MCU的AD
4轉(zhuǎn)換通道的輸入。MCU獲得AD通道上的電壓值后，只需查找軟件預(yù)先定義好的鍵值電壓對(duì)應(yīng)表即可得出具體按鍵值。跟隨器的作用是增強(qiáng)按鍵電壓的驅(qū)動(dòng)電流，避免因串阻過大造成電壓信號(hào)過于微弱易受干擾，保證信號(hào)對(duì)IO 口 MOS管的驅(qū)動(dòng)能力及反應(yīng)速度，優(yōu)化瞬態(tài)曲線，提高代碼高頻訪問時(shí)的有效性，穩(wěn)定性。如圖2，為本發(fā)明所述按鍵模塊第二實(shí)施例電路原理圖。該按鍵模塊設(shè)計(jì)是對(duì)圖 1所示實(shí)施例的一種擴(kuò)展設(shè)計(jì)。該按鍵模塊中包括兩個(gè)由串聯(lián)電阻及與電阻連接的按鍵組成的觸發(fā)按鍵組，即電阻Rl R6及按鍵Keyl Key5組成的第一觸發(fā)按鍵組及電阻R7 R12及按鍵Key6 KeylO組成的第二觸發(fā)按鍵組。第一觸發(fā)按鍵組的各個(gè)按鍵連接端連接運(yùn)放器件組成的跟隨器UO同相輸入端，第二觸發(fā)按鍵組的各個(gè)按鍵連接端連接運(yùn)放器件組成的跟隨器Ul同相輸入端.跟隨器UO和Ul反相輸入端均與各自的輸出端連接，且UO 和Ul輸出端的連接在一起并連接至智能芯片的一個(gè)AD采樣口。第二觸發(fā)按鍵組的各個(gè)按鍵連接端還連接運(yùn)放U1’的反相輸入端，運(yùn)放U1’同相輸入端接地，輸出端連接智能芯片的一個(gè)I/O 口。圖2實(shí)施例中為了區(qū)分不同串的按鍵信號(hào)，增加的串按鍵信號(hào)分兩路傳遞，一路經(jīng)運(yùn)放到AD通道，另引一旁路信號(hào)經(jīng)另一運(yùn)放連接IO 口。這樣第一按鍵組的按鍵按下時(shí)只有電壓信號(hào)，第二按鍵組的按鍵按下時(shí)除了電壓信號(hào)外，還有IO 口信號(hào)變化。該實(shí)施例中， 要合理配置電阻R13、R14的阻值，保證每一個(gè)按鍵按下時(shí)都能出來一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的IO信號(hào)。軟件上處理時(shí)，應(yīng)先讀取AD值，再讀取IO 口狀態(tài)，因?yàn)镮O的狀態(tài)反應(yīng)比AD通道的要快。AD 值讀取成功后，IO 口狀態(tài)必然已經(jīng)穩(wěn)定，可以有效消除信號(hào)的競(jìng)爭(zhēng)與冒險(xiǎn)。圖2實(shí)施例直接利用智能芯片的IO 口對(duì)AD進(jìn)行復(fù)用，僅用一個(gè)IO 口就達(dá)到了兩個(gè)AD通道的效果，如果原來一個(gè)AD通道上設(shè)計(jì)5個(gè)按鍵，那么就變成了 5X2 = 10個(gè)按鍵。 同理，只要再增加IO 口，可以繼續(xù)對(duì)按鍵數(shù)量成倍拓展。圖3所示實(shí)施例中，僅用1個(gè)AD 通道及2個(gè)IO 口，按鍵數(shù)量變成了 5X3 = 15個(gè)。其連接方式如圖，工作原理與圖2所示相同，在此不再贅述。圖4為所述按鍵模塊第四實(shí)施例電路原理示意圖。該實(shí)施例中，加入了編碼器，以期在按鍵組數(shù)量逐漸增加的情況下，盡量節(jié)約智能芯片的IO 口資源。該實(shí)施例中包括四組觸發(fā)按鍵組。每個(gè)觸發(fā)按鍵組的各個(gè)按鍵連接端均連接一運(yùn)放器件組成的跟隨器即UO U3，各組按鍵的連接端分別連接跟隨器UO U3同相輸入端， 且跟隨器UO U3的輸出端連接在一起并連接至智能芯片的AD采樣口 ；同時(shí)，每個(gè)觸發(fā)按鍵組的各按鍵的連接端還分別連接一運(yùn)放器件組成的放大器U0’ U3’，各按鍵的連接端分別連接放大器UO’ U3’的反相輸入端，放大器U0’ U3’同相輸入端接地，輸出端分別連接8線輸入、3線輸出的編碼器74LS348。四串按鍵旁路信號(hào)作為74LS348的低四位輸入，74LS348的輸出低二位接MCU的兩個(gè)IO 口 GPIOJK GPI0_1。這樣，同樣是只用1個(gè)AD 通道，2個(gè)IO 口，按鍵數(shù)量變成了 5X4 = 20個(gè)。同理，如圖5所示，如果再增加一個(gè)IO 口，按鍵數(shù)量變成了 5X8 = 40個(gè)。假設(shè)IO 口數(shù)量是4，則編碼器可以用16線輸入、4線輸出的編碼器，那按鍵數(shù)量就變成了 5X16 = 80 個(gè)。與方案一的加倍不一樣，方案二是每增加一個(gè)IO 口，按鍵數(shù)量都會(huì)“翻倍”。 上述各個(gè)實(shí)施例中，與智能芯片AD采樣口連接的運(yùn)放器件均連接成了跟隨器形式，即運(yùn)放器件的輸出電壓與同相輸入端的輸入電壓是一樣的。當(dāng)然，該處運(yùn)放器件可根據(jù)具體情況連接成放大器等其它形式，只要保證智能芯片的AD采樣口能夠?qū)Π存I信號(hào)進(jìn)行有效采樣即可。同樣，與智能芯片的IO 口連接的各運(yùn)算放大器，也可根據(jù)電路的具體設(shè)計(jì)情況設(shè)計(jì)連接方式，并合理配置確定其放大倍數(shù)的電阻的阻值。 上述實(shí)施例為本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的優(yōu)選方案，并非限定性窮舉，在相同構(gòu)思下本發(fā)明還可以有其他變換形式，需要說明的是，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思前提下，任何顯而易見的替換和微小變化均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種混合式按鍵模塊，包括若干電阻，所述電阻串聯(lián)于VDD電壓與地之間，若干按鍵，各個(gè)按鍵具有兩端，一端分別連接于上述串聯(lián)電阻的各個(gè)連接點(diǎn)，另一端連接在一起，與所述串聯(lián)電阻組成觸發(fā)按鍵組；其特征在于，還包括一運(yùn)放器件，所述按鍵另一端連接在一起并與運(yùn)放器件的同相輸入端連接，運(yùn)放器件輸出端連接智能芯片的AD采樣口。
2.一種混合式按鍵模塊，包括N個(gè)如權(quán)利要求1所述的觸發(fā)按鍵組，其特征在于所述觸發(fā)按鍵組的各個(gè)按鍵連接端均連接一運(yùn)放器件，各按鍵連接端分別連接運(yùn)放器件的同相輸入端，且各個(gè)運(yùn)放器件輸出端連接在一起并連接至智能芯片的AD采樣口 ；同時(shí)，第2 N個(gè)觸發(fā)按鍵組的各按鍵的連接端還分別連接另一組運(yùn)算放大器，各按鍵的連接端分別連接一運(yùn)算放大器的反相輸入端，各運(yùn)算放大器同相輸入端均接地，輸出端分別連接智能芯片的一 I/O 口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的混合式按鍵模塊，其特征在于第一觸發(fā)按鍵組各按鍵的連接端也連接一運(yùn)算放大器，各按鍵的連接端連接該運(yùn)算放大器的反相輸入端，該運(yùn)算放大器同相輸入端接地，輸出端連接智能芯片的一 I/O 口。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的混合式按鍵模塊，其特征在于所述各運(yùn)算放大器輸出端均通過編碼器連接智能芯片的I/O 口。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種按鍵設(shè)計(jì)方案，具體是提供一種混合式按鍵模塊。該模塊包括N個(gè)由串聯(lián)電阻及與電阻連接的按鍵組成的觸發(fā)按鍵組；觸發(fā)按鍵組的各個(gè)按鍵連接端均連接一運(yùn)放器件，且各個(gè)運(yùn)放器件輸出端連接在一起并連接至智能芯片的AD采樣口；同時(shí)，第2～N個(gè)觸發(fā)按鍵組的各按鍵的連接端還分別再連接一運(yùn)算放大器組，各按鍵的連接端分別連接一運(yùn)算放大器的反相輸入端，各運(yùn)算放大器同相輸入端接地，輸出端分別連接智能芯片的一I/O口。優(yōu)選的，所述各運(yùn)算放大器輸出端均通過編碼器連接智能芯片的I/O口。本發(fā)明所述按鍵模塊占用主控芯片資源少，工作性能穩(wěn)定，且易于擴(kuò)展，為較多按鍵的電子產(chǎn)品的按鍵模塊設(shè)計(jì)提供了很好的解決方案。
文檔編號(hào)G06F3/02GK102346556SQ20111032011
公開日2012年2月8日 申請(qǐng)日期2011年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月20日
發(fā)明者王滿紅, 陳家伶 申請(qǐng)人:惠州市德賽西威汽車電子有限公司