專利名稱：基于可編程器件的矩陣鍵盤掃描裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種矩陣鍵盤掃描設(shè)備，具體來說，涉及一種矩陣鍵盤掃描處理速度快、穩(wěn)定性高，同時提供總線型讀寫接口，方便對矩陣鍵盤數(shù)量進(jìn)行擴(kuò)展的基于可編程器件的矩陣鍵盤掃描裝置。
背景技術(shù)：
操作界面是各種電子設(shè)備必不可少的一種用戶接口，而鍵盤是應(yīng)用最為廣泛的一種操作界面。隨著電子設(shè)備功能的不斷增多、操作界面也不斷變得復(fù)雜，采用普通的小規(guī)模鍵盤掃描電路已滿足不了應(yīng)用的需求。在一些小規(guī)模鍵盤應(yīng)用場合，很多都是采用單片機(jī)I/O 口實(shí)現(xiàn)鍵盤掃描，由于這種方案相對簡單，所以應(yīng)用比較廣泛，但由于單片機(jī)資源的局限性，鍵盤的規(guī)模擴(kuò)展受到限制，只局限于小規(guī)模鍵盤的應(yīng)用場合，而且成本也相對較高。同時由于單片機(jī)是通過軟件實(shí)現(xiàn)鍵盤掃描，所以在速度、穩(wěn)定性方面存在不足。專用鍵盤芯片也是很多應(yīng)用場合采用的一種方案，這種芯片成本較低，支持的鍵盤規(guī)模也較大，但在應(yīng)用中存在功能較單一、缺少靈活性，不便于鍵盤的擴(kuò)展。目前在很多應(yīng)用領(lǐng)域，鍵盤的數(shù)量一般是幾十個，基至幾百個，而且隨著設(shè)備功能的復(fù)雜化呈現(xiàn)出鍵盤規(guī)模不斷擴(kuò)大的趨勢，這就要求具備支持大規(guī)模鍵盤且便于擴(kuò)展的鍵盤芯片，以滿足應(yīng)用的需求。

實(shí)用新型內(nèi)容針對以上的不足，本實(shí)用新型提供了一種基于可編程器件的矩陣鍵盤掃描裝置， 它通過硬件電路實(shí)現(xiàn)按鍵去抖動、鍵值存儲和鍵值清除等功能，矩陣鍵盤掃描處理速度快、 穩(wěn)定性高，同時提供總線型讀寫接口，方便對矩陣鍵盤數(shù)量進(jìn)行擴(kuò)展。本實(shí)用新型的基于可編程器件的矩陣鍵盤掃描裝置包括數(shù)個分別用于采樣鍵盤按鍵動作的鍵盤操作檢測單元，以及分別對各個鍵盤進(jìn)行采樣得到的鍵盤掃描結(jié)果進(jìn)行編碼，然后以總線形式輸出的總線編譯碼單元。每一所述鍵盤操作檢測單元包括對外部矩陣鍵盤的每一行進(jìn)行掃描的行掃描單元，以及當(dāng)行掃描單元掃描到某一行時，同時對該行的每一列進(jìn)行掃描的列掃描單元。所述行掃描單元從第一行至最后一行逐次對矩陣鍵盤進(jìn)行掃描，當(dāng)行掃描單元掃描到某一行時，所述列掃描單元從第一列至最后一列逐次對矩陣鍵盤進(jìn)行掃描。所述行掃描單元包括用于產(chǎn)生矩陣鍵盤行掃描信號的行掃描發(fā)生器和存儲行掃描信號和行掃描結(jié)果的行掃描存儲單元，以及當(dāng)行掃描單元掃描至某一行時，保持行掃描單元一直掃描該行，直至列掃描單元掃描完該行每一列的行掃描鎖存單元。所述行掃描單元還包括防止同一列中不同行的多個按鍵同時按下造成直接斷路的行掃描信號處理單元。所述列掃描單元包括用于檢測矩陣鍵盤的每一列是否有按鍵按下的列信號檢測單元，以及對列信號檢測單元檢測的列信號進(jìn)行存儲的列掃描存儲單元。所述列掃描單元還包括避開按鍵操作所產(chǎn)生的抖動脈沖的消抖釋放處理單元。本實(shí)用新型的有益效果本實(shí)用新型的基于可編程器件的矩陣鍵盤掃描裝置通過消抖釋放處理單元避開了按鍵操作所產(chǎn)生的抖動脈沖，使得穩(wěn)定性更高，掃描速度更快，另外，通過行掃描存儲單元和列掃描存儲單元實(shí)現(xiàn)鍵值存儲功能，不但避免漏鍵，還方便與各種高低速設(shè)備連接，再有，通過總線編譯碼單元總線形式連接多個鍵盤操作檢測單元，可以同時掃描多個矩陣鍵盤，規(guī)模大，擴(kuò)展靈活。

圖1為本實(shí)用新型的基于可編程器件的矩陣鍵盤掃描裝置的功能框架圖；圖2為本實(shí)用新型的行掃描發(fā)生器的電路原理圖；圖3為本實(shí)用新型的行掃描鎖存單元的電路原理圖；圖4為本實(shí)用新型的行掃描信號處理單元的電路原理圖；圖5為本實(shí)用新型的列信號檢測單元的電路原理圖；圖6為本實(shí)用新型的列掃描存儲單元的電路原理圖；圖7為本實(shí)用新型的CLK和CLR選通的電路原理圖；圖8為本實(shí)用新型的總線編譯碼單元的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步闡述。如圖1所示，本實(shí)用新型的基于可編程器件的矩陣鍵盤掃描裝置包括數(shù)個分別用于采樣鍵盤按鍵動作的鍵盤操作檢測單元，以及分別對各個鍵盤進(jìn)行采樣得到的鍵盤掃描結(jié)果進(jìn)行編碼，然后以總線形式輸出的總線編譯碼單元。所述鍵盤操作檢測單元包括對外部矩陣鍵盤的每一行進(jìn)行掃描的行掃描單元，以及當(dāng)行掃描單元掃描到某一行時，同時對該行的每一列進(jìn)行掃描的列掃描單元，本實(shí)用新型優(yōu)先考慮所述行掃描單元從第一行至最后一行逐次對矩陣鍵盤進(jìn)行掃描，當(dāng)行掃描單元掃描到某一行時，所述列掃描單元從第一列至最后一列逐次對矩陣鍵盤進(jìn)行掃描。所述行掃描單元包括行掃描發(fā)生器、行掃描存儲單元、行掃描鎖存單元和行掃描信號處理單元，行掃描發(fā)生器用于產(chǎn)生矩陣鍵盤行掃描信號，行掃描存儲單元用于存儲行掃描信號和行掃描結(jié)果，行掃描鎖存單元用于當(dāng)行掃描單元掃描至某一行時，保持行掃描單元一直掃描該行，直至列掃描單元掃描完該行每一列，行掃描信號處理單元用于防止同一列中不同行的多個按鍵同時按下造成直接斷路；所述列掃描單元包括列信號檢測單元、消抖釋放處理單元和列掃描存儲單元，列信號檢測單元用于檢測矩陣鍵盤的每一列是否有按鍵按下，消抖釋放處理單元用于避開按鍵操作所產(chǎn)生的抖動脈沖，列掃描存儲單元用于對列信號檢測單元檢測的列信號進(jìn)行存儲。
以下結(jié)合附圖對每一個單元進(jìn)行具體說明外部矩陣鍵盤是用戶根據(jù)應(yīng)用中的需求接入的鍵盤矩陣，鍵盤的規(guī)?？梢愿鶕?jù)需要自定義，但不能超過芯片支持的最大數(shù)量(在此是以8*8矩陣鍵盤為例說明)。如圖2所示，行掃描發(fā)生器用于產(chǎn)生矩陣鍵盤掃描的行掃描信號，它由移位寄存器(inst47 inst50，以及inst54、inst56、inst57和inst58)在外部輸入時鐘的作用下產(chǎn)生，當(dāng)掃描矩陣鍵盤的某一行時，該行輸出低電平，而其它輸出為高電平。在外部時鐘的作用下，每一行輪流輸出低電平，以實(shí)現(xiàn)輪流對每一行進(jìn)行掃描，達(dá)到判斷該行有無按鍵按下的目的，當(dāng)上電開始工作時，由CLR信號將8個寄存器的輸出初始化為二進(jìn)制11111110， 當(dāng)正常工作時，由時鐘信號CLK對8個寄存器的輸出進(jìn)行循環(huán)移位，其中LOCK信號用于當(dāng)有按鍵按下時通過與門in計8鎖住CLK信號以停止掃描。八輸入與門instl通過對其中七個寄存器(inst47 inst50,以及instM、inst56和inst58)輸出的監(jiān)測，可以實(shí)現(xiàn)任何時刻只有一個寄存器的輸出為0，當(dāng)由于某些意外導(dǎo)致有多個寄存器輸出為0時這部分電路經(jīng)過幾個時鐘周期后可以自動恢復(fù)為正常的狀態(tài)，使掃描信號的產(chǎn)生更加穩(wěn)定、準(zhǔn)確。在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)某一行的某個按鍵被按下時需使行掃描信號一直掃描該行，以確保后面的鍵盤處理部分能正確判斷出所按下的按鍵，這部分功能由行掃描鎖存單元實(shí)現(xiàn)，其產(chǎn)生的電路原理圖如圖3，它由一個八輸入的與門inst6實(shí)現(xiàn)，當(dāng)有按鍵按下時，列輸入信號C_IN(TC_IN7中將有某個被拉為低電平，此時輸出的LOCK信號為低電平有效，輸出的LOCK信號送往行掃描發(fā)生器，以鎖住時鐘信號實(shí)現(xiàn)停止掃描。行掃描信號處理單元對行掃描發(fā)生器產(chǎn)生的掃描信號進(jìn)行相應(yīng)的安全性輸出處理，電路原理圖如圖4，當(dāng)行掃描輸出為低電平時，經(jīng)過非門inst69反相后控制三態(tài)門 inst62使能，行掃描信號輸出也相應(yīng)為低電平，而當(dāng)行掃描輸出為高電平時，可控制三態(tài)門禁止，輸出為高阻態(tài)，這樣可以防止當(dāng)同一列中不同行的多個按鍵同時按下時發(fā)生的高低電平直接短路，避免由此造成功耗增大基至損壞器件。列信號檢測單元用于檢測矩陣鍵盤當(dāng)前有無按鍵按下，在電路中列掃描信號輸入被內(nèi)部上拉為高電平，當(dāng)有按鍵被按下時且行掃描到該按鍵所在的行時，對應(yīng)的列掃描輸入便被下拉為低電平，因此通過判斷列掃描輸入信號便可知道被觸發(fā)的按鍵所處在的列。 其電路原理圖如圖5，在時鐘信號CLK的上升緣通過寄存器inst21鎖存列輸入信號，當(dāng)按鍵釋放時，寄存器inst21便輸出一個上升緣觸發(fā)寄存器inst22使其輸出表示有按鍵操作的高電平，CLR信號用于清除按鍵的輸出。由于按鍵的一些物理缺陷，在按鍵按下的瞬間會產(chǎn)生抖動脈沖，導(dǎo)致動作的誤判， 所以消抖釋放處理單元是鍵盤掃描的一個不可缺少的部分，它提高了鍵盤掃描電路的穩(wěn)定性。在圖5中由寄存器inst21和時鐘信號CLK實(shí)現(xiàn)消抖功能，它是利用時鐘周期間隔避開按鍵操作的高頻脈沖干擾。行掃描存儲元和列掃描存儲單元實(shí)現(xiàn)了對掃描信號的儲存，以適合與各種高低速設(shè)備一起使用，避免漏判，當(dāng)鍵值被讀取后由外部CLR信號清除。圖6為行掃描存儲單元的電路圖，當(dāng)有按鍵按下時，來自圖5的列掃描信號C_0UT(TC_0UT7經(jīng)過八輸入與非門insU6 后輸出一個上升緣，觸發(fā)寄存器inst25鎖存行掃描信號，以用于后面的鍵值編碼單元使用。總線編譯碼單元的實(shí)現(xiàn)如圖7、圖8所示，它由總線地址譯碼器U2、鍵值編碼器U1、 信號選通輸出控制單元等組成。當(dāng)總線上出現(xiàn)的地址Α(ΓΑ7與本裝置設(shè)置的地址一置時， 由譯碼器U2輸出選中信號SEL高電平有效，從而控制三態(tài)門inst63和inst64將總線上的 CLK_IN、CLR_IN輸入到內(nèi)部處理電路，由Ul組成的二進(jìn)制編碼器根據(jù)行、列掃描信號便可確定出被按下的按鍵所處的具體位置，并對其進(jìn)行編碼后在總線上選通輸出。以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施方式，本實(shí)用新型并不局限于上述實(shí)施方式，在實(shí)施過程中可能存在局部微小的結(jié)構(gòu)改動，如果對本實(shí)用新型的各種改動或變型不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍，且屬于本實(shí)用新型的權(quán)利要求和等同技術(shù)范圍之內(nèi)，則本實(shí)用新型也意圖包含這些改動和變型。
權(quán)利要求1.一種基于可編程器件的矩陣鍵盤掃描裝置，其特征在于，它包括數(shù)個分別用于采樣鍵盤按鍵動作的鍵盤操作檢測單元，以及分別對各個鍵盤進(jìn)行采樣得到的掃描結(jié)果進(jìn)行編碼，然后以總線形式輸出的總線編譯碼單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可編程器件的矩陣鍵盤掃描裝置，其特征在于，每一所述鍵盤操作檢測單元包括對外部矩陣鍵盤的每一行進(jìn)行掃描的行掃描單元，以及當(dāng)行掃描單元掃描到某一行時，同時對該行的每一列進(jìn)行掃描的列掃描單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于可編程器件的矩陣鍵盤掃描裝置，其特征在于，所述行掃描單元從第一行至最后一行逐次對矩陣鍵盤進(jìn)行掃描，當(dāng)行掃描單元掃描到某一行時， 所述列掃描單元從第一列至最后一列逐次對矩陣鍵盤進(jìn)行掃描。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的基于可編程器件的矩陣鍵盤掃描裝置，其特征在于，所述行掃描單元包括用于產(chǎn)生矩陣鍵盤行掃描信號的行掃描信號發(fā)生器和存儲行掃描結(jié)果的行掃描存儲單元，以及當(dāng)行掃描單元掃描至某一行時，保持行掃描單元一直掃描該行，直至列掃描單元掃描完該行每一列的行掃描鎖存單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于可編程器件的矩陣鍵盤掃描裝置，其特征在于，所述行掃描單元還包括防止同一列中不同行的多個按鍵同時按下造成直接斷路的行掃描信號處理單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的基于可編程器件的矩陣鍵盤掃描裝置，其特征在于，所述列掃描單元包括用于檢測矩陣鍵盤的每一列是否有按鍵按下的列信號檢測單元，以及對列信號檢測單元檢測的列信號進(jìn)行存儲的列掃描存儲單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于可編程器件的矩陣鍵盤掃描裝置，其特征在于，所述列掃描單元還包括避開按鍵操作所產(chǎn)生的抖動脈沖的消抖釋放處理單元。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于可編程器件的矩陣鍵盤掃描裝置，包括數(shù)個采樣鍵盤按鍵動作的鍵盤操作檢測單元，以及對采樣得到的掃描結(jié)果進(jìn)行編碼，然后以總線形式輸出的總線編譯碼單元，鍵盤操作檢測單元包括行掃描單元和列掃描單元，行掃描單元包括產(chǎn)生行掃描信號的行掃描信號發(fā)生器、防止同一列中多個按鍵同時按下造成直接斷路的行掃描信號處理單元和存儲行掃描結(jié)果的行掃描存儲單元，以及當(dāng)行掃描單元掃描某一行時，保持一直掃描該行，直至列掃描單元掃描完該行各列的行掃描鎖存單元；列掃描單元包括檢測矩陣鍵盤各列是否有按鍵按下的列信號檢測單元和避開按鍵操作產(chǎn)生的抖動脈沖的消抖釋放處理單元，以及對列掃描信號進(jìn)行存儲的列掃描存儲單元。
文檔編號H03M11/20GK202059394SQ201120143239
公開日2011年11月30日 申請日期2011年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月9日
發(fā)明者李志雄 申請人:廣州勵豐聲光科技有限公司