专利名称：I/o接口电路及包含该电路的按键扫描装置及扫描方法
技术领域：
本发明涉及键盘接口及键盘按键扫描技术领域，尤其涉及一种i/o接口电路、低功耗按键扫描装置及方法和低功耗动态键盘扫描方法。
背景技术：
现有产品对整机的功耗要求越来越严格，尤其是在整机处于待机状态时，键盘作为整机人机接口的常用部件，其功耗为整机功耗中的一部分，降低键盘功耗尤为重要。键盘在按键扫描时，按键一端由按键输出端输出固定电平，按键另一端的按键输入端由上拉或下拉电阻提供一个与前者相反的初始电平，当有按键按下时，按键输入端的上拉或下拉状态被相反的电平驱动，产生电平跳变，由此判断有按键产生。参照图1，以键盘中的按键Κ0Γ在扫描时为例，按键KOli的两端分别连接有I/O接口 PO和I/O接口 P1，I/O接口PO上通过上拉电阻R(V连接有MOS管MPO'，MOS管MPO'的漏极与上拉电阻R(V相连，MOS管MPO'的源极连接有VDD，MOS管MPO'的栅极为控制端，I/O接口 PO上还通过MOS管MNO'与GND相连，MOS管MNO'的栅极为控制端；相对应的，I/O接口 Pl也分别连接有MOS管ΜΡΓ、上拉电阻Rr和MOS管丽Γ。在单个按键检测时，按键KOl'的两端需要配置成逻辑相反的电平，既配置I/O接口 PO处于输出低电平状态，I/O接口 Pl处于带上拉输入状态，也可将I/O接口 Pl和I/O接口 PO的状态对调，当有按键按下时，I/O接口 Pl检测电平跳变，判断有按键产生，图1中虚线部分为检测到按键时电流走向。在按键扫描过程中，不可避免需要在按键两端的I/O接口进行输出状态和带相反电平上拉/下拉的输入状态之间切换，由于器件封装以及外部键盘连接等因素，每一个I/o接口上都有寄生电容存在，I/o接口的状态每进行一次电平切换，实际上是VDD通过上拉电阻对I/O接口寄生电容的充电过程，或者是I/O接口寄生电容通过下拉电阻对GND的放电过程。一般上下拉电阻越大，则充放电过程越长，电平切换沿越缓，由此在I/O接口的输入级CMOS电路上产生的电流也越大，功耗也就越高。但是，为了有效的保证按键两端的电平逻辑相反，上下拉电阻不能设置的太小，而为了减小I/O接口电平切换的时间，上下拉电阻不能设置的太大。现有技术中为了确保按键的有效检测，造成输入级CMOS电路上的电流较大，使键盘在按键检测时的功耗也较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有I/O接口电路在由输出状态切换到输入状态时，I/o接口电平状态切换缓慢、I/O接口输入级电流大，造成待机时I/O接口状态切换功耗高的问题，提供了一种I/o接口电平切换迅速、I/O接口输入级电流小的I/O接口电路、低功耗按键扫描装置、低功耗按键扫描方法及低功耗动态键盘扫描方法。
为解决上述问题，本发明的一种技术方案是:一种I/O接口电路，包括与I/O接口相连的输出状态控制模块和第一输入状态控制模块，输出状态控制模块包括顺次相连的第一固定电平和第一开关单元，第一开关单元的另一端与I/O接口相连，第一输入状态控制模块包括顺次相连的第二固定电平、第二开关单元和第二电阻单元，第二电阻单元的另一端与I/o接口相连，第一开关单元和第二开关单元的控制端连接有用于控制开关单元导通或断开的开关控制器，第一固定电平与第二固定电平逻辑相反，所述I/o接口电路还连接有第二输入状态控制模块，第二输入状态控制模块设有用于缩短I/o接口电平切换时间的第一电阻单元和第三开关单元，第二固定电平、第三开关单元和第一电阻单元顺次相连，第一电阻单元的另一端与I/o接口相连，第三开关单元的控制端与开关控制器相连；开关控制器输出控制信息控制第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元的导通状态，并分别配置与导通的第一开关单元所在模块相连的I/o接口为输出第一固定电平状态，与导通的第二开关单元所在模块相连的I/O接口为第一输入状态，与导通的第三开关单元所在模块相连的I/o接口为第二输入状态；所述开关控制器至少包括一组控制信息，使处于输出第一固定电平状态的I/o接口配置为第二输入状态。本发明的I/O接口电路通过控制输出状态控制模块、第一输入状态控制模块和第二输入状态控制模块与I/o接口的接入状态，配置了三种I/O接口的状态，分别为输出第一固定电平状态、第一输入状态和第二输入状态。在开关控制器的控制下，当输出状态控制模块内的第一开关单元导通，则第一固定电平接入I/o接口，此时I/O接口处于输出第一固定电平状态；当第一输入状态控制模块内的第二开关单元导通，则第二固定电平和第二电阻单元接入I/O接口，此时I/O接口处于第一输入状态；当第二输入状态控制模块内的第三开关单元导通，则第二固定电平和第一电阻单元接入I/o接口，此时I/O接口处于第二输入状态。在控制信号的配置下，I/o接口根据需要可以在三种状态中切换，本发明的I/O接口电路可适用于各种结构键盘的按键扫描。其中，第一输入状态和输出第一固定电平状态在按键检测时用于有效按键检测，因此第二电阻单元的阻值不能太小，使第一输入状态和输出第一固定电平状态的电平逻辑相反。开关控制器包括一组控制信息，使处于输出第一固定电平状态的I/o接口配置为第二输入状态，第二输入状态用于在I/o接口状态切换时；使第一电阻单元接入I/O接口，设置较小的第一电阻单元阻值，可以增加I/o接口电平切换时的放电电流，减小此时的放电时间，使I/o接口的状态快速切换，用以降低I/O接口输入级CMOS电路的瞬态电流，进而降低了 I/o接口电路的功耗。相比较于现有技术，本发明的I/o接口电路增设了第二输入状态控制模块，使I/O接口具有用于缩短I/o接口电平切换时间的第二输入状态，配置I/O接口电平切换时由输出第一固定电平状态切换到第二输入状态，在I/o接口电平切换时，对于每一个I/O接口从输出到输入切换过程中，都减小了在其自身的输入级上所产生的瞬态电流，从而降低了功耗，而在按键检测时，则采用第一输入状态保证了连接在该I/o接口上按键的有效检测。优选地，所述I/O接口电路为内置上拉结构的上拉I/O接口电路，则第一固定电平为低电平，第二固定电平为高电平，所述第一电阻单元为强上拉电阻，第二电阻单元为弱上拉电阻，第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元分别为用于控制上述电阻接入状态的MOS管,所述输出第一固定电平状态为输出低电平状态,第一输入状态为带弱上拉输入状态，第二输入状态为带强上拉输入状态。优选地，所述I/O接口电路为内置下拉结构的下拉I/O接口电路，则第一固定电平为高电平，第二固定电平为低电平，所述第一电阻单元为强下拉电阻，第二电阻单元为弱下拉电阻，第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元分别为用于控制上述电阻接入状态的MOS管,所述输出第一固定电平状态为输出高电平状态,第一输入状态为带弱下拉输入状态，第二输入状态为带强下拉输入状态。优选地，所述I/O接口电路为同时内置上拉结构和下拉结构的上下拉I/O接口电路，上下拉I/o接口电路包括两组I/O接口电路，分别为上拉I/O接口电路和下拉I/O接口电路；所述上拉I/o接口电路的第一固定电平为低电平，第二固定电平为高电平，第一电阻单元为强上拉电阻，第二电阻单元为弱上拉电阻，第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元分别为用于控制上述电阻接入状态的MOS管，输出第一固定电平状态为输出低电平状态，第一输入状态为带弱上拉输入状态，第二输入状态为带强上拉输入状态；所述下拉I/O接口电路的第一固定电平为高电平，第二固定电平为低电平，第一电阻单元为强下拉电阻，第二电阻单元为弱下拉电阻，第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元分别为用于控制上述电阻接入状态的MOS管，输出第一固定电平状态为输出高电平状态，第一输入状态为带弱下拉输入状态，第二输入状态为带强下拉输入状态。优选地,所述第一固定电平为GND,第二固定电平为VDD,第一开关单兀为第一 MOS管，第二开关单元为第三MOS管，第三开关单元为第二 MOS管；第二 MOS管和第三MOS管的源极均与VDD相连，第一 MOS管的源极与GND相连，第二 MOS管和第三MOS管的漏极分别与强上拉电阻和弱上拉电阻相连，强上拉电阻和弱上拉电阻的另一端与第一 MOS管的漏极相连，第一 MOS管的漏极为I/O接口的输入端，第一 MOS管、第二 MOS管和第三MOS管的栅极均与开关控制器相连。优选地，所述第一固定电平为VDD，第二固定电平为GND，第一开关单元为第四MOS管，第二开关单元为第六MOS管，第三开关单元为第五MOS管；第五MOS管和第六MOS管的源极均与GND相连，第四MOS管的源极与VDD相连，第五MOS管和第六MOS管的漏极分别与强下拉电阻和弱下拉电阻相连，强下拉电阻和弱下拉电阻的另一端与第四MOS管的漏极相连，第四MOS管的漏极为I/O接口的输入端，第四MOS管、第五MOS管和第六MOS管的栅极与开关控制器相连。优选地，所述上拉I/O接口电路的第一固定电平、第二固定电平、第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元、第二电阻单元和第一电阻单元分别为GND、VDD、第十三MOS管、第十六MOS管、第十八MOS管、弱上拉电阻和强上拉电阻，下拉I/O接口的第一固定电平、第二固定电平、第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元、第二电阻单元和第一电阻单元分别为VDD、GND、第十四MOS管、第十五MOS管、第十七MOS管、弱下拉电阻和强下拉电阻；第十三MOS管、第十五MOS管和第十七MOS管的源极均与GND相连，第十四MOS管、第十六MOS管和第十八MOS管的源极均与VDD相连，第十八MOS管的漏极通过强上拉电阻与第十四MOS管的漏极相连，第十六MOS管的漏极通过弱上拉电阻与第十四MOS管的漏极相连，第十七MOS管的漏极通过强下拉电阻与第十三MOS管的漏极相连，第十五MOS管的漏极通过弱下拉电阻与第十三MOS管的漏极相连，第十三MOS管的漏极与第十四MOS管的漏极相连，第十三MOS管的漏极为I/O接口的输入端，第十三MOS管、第十四MOS管、第十五MOS管、第十六MOS管、第十七MOS管和第十八MOS管的栅极均与开关控制器相连。优选地，所述强上拉电阻的阻值范围为5K-50K，弱上拉电阻的阻值范围为50K-500K。优选地，所述强下拉电阻的阻值范围为5K-50K，弱下拉电阻的阻值范围均为50K-500K。优选地，所述强上拉电阻和强下拉电阻的阻值范围均为5K-50K，弱上拉电阻和弱下拉电阻的阻值范围均为50K-500K。I/O接口电路可以为上拉I/O接口电路、下拉I/O接口电路和上下拉I/O接口电路中的一种，三种结构的I/o接口电路均包括输出第一固定电平状态、第一输入状态和第二输入状态。I/O接口电路中采用阻值范围5K-50K的强上拉电阻或强下拉电阻，阻值范围为50K-500K的弱上拉电阻和弱下拉电阻，不同阻值的强上拉电阻或强下拉电阻，在对应I/O接口的输入级CMOS电路上产生的电流也不同。当I/O接口由输出第一固定电平状态切换到第二输入状态时，由于接入I/0接口的上下拉电阻较小，充电或放电电流就越大，I/0接口对寄生电容的充电或放电过程就越短，电平的切换速度也越是迅速，由此在I/O接口的输入级CMOS电路上产生的电流也越小。本发明的另一种技术方案是:一种低功耗按键扫描装置，所述扫描装置至少连接有一个按键，所述按键的两端分别连接有本发明的I/o接口电路。本发明的再一种技术方案是:一种低功耗按键扫描方法，所述扫描方法的实现基于低功耗按键扫描装置，包括如下步骤:a)预设扫描控制器的扫描周期和用于I/O接口状态切换的控制信号；b)扫描控制器输出控制信号配置所有I/O接口的状态，对按键的I/O接口进行周期性扫描并执行按键检测:bl.配置任意一个I/O接口处于输出第一固定电平状态，其它所有I/O接口处于第一输入状态，检测处于第一输入状态的I/o接口，若检测到电平的跳变,则表不按键被按下，否则进入步骤b2 ；b2.配置处于输出第一固定电平状态的I/O接口为第二输入状态，若所有按键均被扫描到，则进入步骤b3，否则返回步骤b2继续检测；b3.配置所有I/O接口处于第一输入状态，根据扫描控制器的扫描周期返回步骤bl重新开始检测。本发明的低功耗按键扫描装置及方法用于单个按键、多个按键及矩阵按键的扫描，具有I/o接口电平的切换迅速，功耗低的特点。本发明中采用的扫描控制器可代替本发明中开关控制器，用以输出控制信息控制第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元的导通状态。本发明的第四种技术方案是:—种低功耗动态键盘扫描方法，所述扫描方法的实现基于本发明中的上拉I/O接口电路，包括如下步骤:a)将键盘配置成具有N个I/O接口的阶梯状键盘，在任意两个I/O接口之间连接一个按键，任意一个I/o接口通过一个按键与GND相连；b)设置I/O接口的状态为三种，分别为输出低电平状态、带强上拉输入状态和带弱上拉输入状态；c)预设扫描控制器的扫描周期和用于I/O接口状态切换的控制信号；d)扫描控制器通过控制信号配置所有I/O接口的状态，对键盘的I/O接口进行周期性扫描并执行按键检测:dl.配置所有I/O接口处于带弱上拉输入状态，扫描所有I/O接口的输入电平，若检测到I/o接口的电平跳变，则输出按键检测信号，否则进入步骤d2 ；d2.配置任意一个I/O接口处于输出低电平状态，其它所有I/O接口处于带弱上拉输入状态，扫描所有处于带弱上拉输入状态的I/o接口，若检测到上述任意I/O接口的电平跳变，则输出按键检测信号，否则进入步骤d3 ；d3.配置步骤d2中处于输出低电平状态的I/O接口为带强上拉输入状态，其它所有I/o接口为带弱上拉输入状态；若所有I/O接口均被扫描到，则进入步骤d4，否则返回步骤d2继续扫描；d4.配置所有I/O接口处于带弱上拉输入状态，停止按键检测，根据扫描控制器的扫描周期返回步骤dl重新开始扫描。本发明的第五种技术方案是:—种低功耗动态键盘扫描方法，所述扫描方法的实现基于本发明中的下拉I/O接口电路，包括如下步骤:a)将键盘配置成具有N个I/O接口的阶梯状键盘，在任意两个I/O接口之间连接一个按键，任意一个I/o接口通过一个按键与VDD相连；b)设置I/O接口的状态为三种，分别为输出高电平状态、带强下拉输入状态和带弱下拉输入状态；c)预设扫描控制器的扫描周期和用于I/O接口状态切换的控制信号；d)扫描控制器通过控制信号配置所有I/O接口的状态，对键盘的I/O接口进行周期性扫描并执行按键检测:dl.配置所有I/O接口处于带弱下拉输入状态，扫描所有I/O接口的输入电平，若检测到I/O接口的电平跳变，则输出按键检测信号，否则进入步骤d2 ；d2.配置任意一个I/O接口处于输高电平状态，其它所有I/O接口处于带弱下拉输入状态，扫描所有处于带弱下拉输入状态的I/o接口，若检测到上述任意I/O接口的电平跳变，则输出按键检测信号，否则进入步骤d3 ；d3.配置步骤d2中处于输出高电平状态的I/O接口为带强下拉输入状态，其它所有I/o接口为带弱下拉输入状态；若所有I/O接口均被扫描到，则进入步骤d4，否则返回步骤d2继续扫描；d4.配置所有I/O接口处于带弱下拉输入状态，停止按键检测，根据扫描控制器的扫描周期返回步骤dl重新开始扫描。本发明中采用的扫描控制器可代替本发明中开关控制器，用以输出控制信息控制第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元的导通状态，使上拉I/O接口电路具有输出低电平状态、带强上拉输入状态和带弱上拉输入状态，使下拉I/o接口电路具有输出高电平状态、带强下拉输入状态和带弱下拉输入状态。本发明的两种基于上拉I/o接口电路和下拉I/o接口电路的低功耗键盘扫描方法主要针对具有N个I/O接口、N* (N+1) /2个按键的动态键盘进行扫描。在键盘的扫描过程中增加了强上拉/强下拉的输入状态，在I/o接口由输出状态到输入状态切换的过程中，增加了一个先切换到强上拉/强下拉输入状态的步骤。具体为，步骤dl，先扫描与所有连接在I/O接口与第一固定电平之间的按键；步骤d2，扫描连接在某个处于输出状态的I/O接口与所有其它I/O接口之间的按键；步骤d3，对处于输出状态的I/O接口进行电平切换，使处于输出状态的I/O接口仅切换为带强上拉输入状态或带强下拉输入状态，同时，扫描控制器检测所有的I/O接口是否均被配置过上述步骤，确保所有按键都被扫描到；步骤d4，配置所有的I/O接口为初始的输入状态，为下一个周期的扫描做好准备。其中扫描周期可根据扫描需要进行设置，一般在50ms以内，步骤d4的周期一般在0-20ms内，用于保证有效的按键检测，避免漏键的情况发生。本发明的步骤d3中，使I/O接口的状态有低到高或由高到低的切换尽可能的短，降低了切换过程中的输入级的瞬态电流。使键盘在无按键情况下，对于每一个I/o接口从输出到输入切换过程中，都减小了在其自身的输入级上所产生的电流，从而降低了功耗。为保证有效的按键检测，本发明在扫描过程中，均采用带弱上/下拉输入状态进行。相比较于现有技术，本发明的低功耗动态键盘扫描方法在I/O接口由输出状态到输入状态切换的过程中，增加了带强上拉/强下拉的输入状态，相较传统的切换步骤增加了一个先切换到带强上拉/强下拉的输入状态，而在按键检测时，仅限于使用带弱上拉/弱下拉输入状态。既兼顾了按键的有效检测，又降低了扫描过程中的电流。
图1是现有技术中键盘按键检测的电路原理图。图2是本发明I/O接口电路的电路原理框图。图3是本发明低功耗按键扫描装置的电路原理框图。图4是本发明I/O接口电路实施例一的上拉I/O接口电路原理图。图5是本发明I/O接口电路实施例二的下拉I/O接口电路原理图。图6是本发明I/O接口电路实施例三的上拉I/O接口电路原理图。图7是本发明I/O接口电路实施例四的下拉I/O接口电路原理图。图8是本发明低功耗动态键盘扫描方法中与上拉I/O接口相连的键盘电路原理图。图9是本发明低功耗动态键盘扫描方法中与下拉I/O接口相连的键盘电路原理图。图10是本发明低功耗动态键盘扫描方法中上拉I/O接口在每个步骤中的电平变化时序图。图11是本发明低功耗动态键盘扫描方法中上拉I/O接口由输出状态切换为输入状态的时序与现有技术中切换时序的对比图。图12是本发明低功耗动态键盘扫描装置实施例五的上下拉I/O接口电路原理图。图13是本发明低功耗动态键盘扫描装置实施例六的上下拉I/O接口电路原理图。图14是本发明低功耗动态键盘扫描方法中与上下拉I/O接口相连的键盘电路原理图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例进一步详细说明本发明，但本发明的保护范围并不限于此。参照图2，本发明的I/O接口电路，包括与I/O接口相连的输出状态控制模块、第一输入状态控制模块和第二输入状态控制模块。输出状态控制模块包括顺次相连的第一固定电平和第一开关单元，第一开关单元的另一端与I/o接口相连；第一输入状态控制模块包括顺次相连的第二固定电平、第二开关单元和第二电阻单元，第二电阻单元的另一端与I/o接口相连；第二输入状态控制模块设有用于缩短I/o接口电平切换时间的第一电阻单元和第三开关单元，第二固定电平、第三开关单元和第一电阻单元顺次相连，第一电阻单元的另一端与I/o接口相连。第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元的控制端连接有用于控制开关单元导通或断开的开关控制器，第一固定电平与第二固定电平逻辑相反，开关控制器输出控制信息控制第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元的导通状态，通过控制输出状态控制模块、第一输入状态控制模块和第二输入状态控制模块与I/o接口的接入状态，配置了三种I/o接口的状态,分别为输出第一固定电平状态、第一输入状态和第二输入状态。在开关控制器的控制下，当输出状态控制模块内的第一开关单元导通，则第一固定电平接入I/O接口，此时I/O接口处于输出第一固定电平状态；当第一输入状态控制模块内的第二开关单元导通，则第二固定电平和第二电阻单元接入I/o接口，此时I/O接口处于第一输入状态；当第二输入状态控制模块内的第三开关单元导通，则第二固定电平和第一电阻单元接入I/O接口，此时I/O接口处于第二输入状态。在控制信号的配置下，I/O接口根据需要可以在三种状态中切换，本发明的I/o接口电路可适用于各种结构键盘的按键扫描。其中，第一输入状态和输出第一固定电平状态在按键检测时用于有效按键检测，因此第二电阻单元的阻值不能太小，使第一输入状态和输出第一固定电平状态的电平逻辑相反。开关控制器包括一组控制信息，使处于输出第一固定电平状态的I/o接口配置为第二输入状态，第二输入状态用于在I /0接口状态切换时；由用于缩短I /0接口电平切换时间的第一电阻单元接入，设置较小的第一电阻单元阻值，可以增加I/o接口电平切换时的放电电流，减小此时的放电时间，使I/o接口的状态快速切换，用以降低I/O接口输入级CMOS电路的瞬态电流，进而降低了 I/o接口电路的功耗。I/O接口电路可以为上拉I/O接口电路、下拉I/O接口电路和上下拉I/O接口电路中的一种，三种结构的I/o接口电路均包括输出第一固定电平状态、第一输入状态和第二输入状态。所述I/O接口电路为内置上拉结构的上拉I/O接口电路，则第一固定电平为低电平，第二固定电平为高电平，所述第一电阻单元为强上拉电阻，第二电阻单元为弱上拉电阻，强上拉电阻的阻值范围为5K-50K，弱上拉电阻的阻值范围为50K-500K，第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元分别为用于控制上述电阻接入状态的MOS管，所述输出第一固定电平状态为输出低电平状态，第一输入状态为带弱上拉输入状态，第二输入状态为带强上拉输入状态。所述I/O接口电路为内置下拉结构的下拉I/O接口电路，则第一固定电平为高电平，第二固定电平为低电平，所述第一电阻单元为强下拉电阻，第二电阻单元为弱下拉电阻，强下拉电阻的阻值范围为5K-50K，弱下拉电阻的阻值范围均为50K-500K，第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元分别为用于控制上述电阻接入状态的MOS管，所述输出第一固定电平状态为输出高电平状态，第一输入状态为带弱下拉输入状态，第二输入状态为带强下拉输入状态。所述I/O接口电路为同时内置上拉结构和下拉结构的上下拉I/O接口电路，上下拉I/o接口电路包括两组I/O接口电路，分别为上拉I/O接口电路和下拉I/O接口电路；所述上拉I/o接口电路的第一固定电平为低电平，第二固定电平为高电平，第一电阻单元为强上拉电阻，第二电阻单元为弱上拉电阻，第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元分别为用于控制上述电阻接入状态的MOS管，输出第一固定电平状态为输出低电平状态，第一输入状态为带弱上拉输入状态，第二输入状态为带强上拉输入状态；所述下拉I/o接口电路的第一固定电平为高电平，第二固定电平为低电平，第一电阻单元为强下拉电阻，第二电阻单元为弱下拉电阻，第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元分别为用于控制上述电阻接入状态的MOS管,输出第一固定电平状态为输出高电平状态,第一输入状态为带弱下拉输入状态，第二输入状态为带强下拉输入状态；所述强上拉电阻和强下拉电阻的阻值范围均为5K-50K，弱上拉电阻和弱下拉电阻的阻值范围均为50K-500K。参照图3，本发明的低功耗按键扫描装置，所述扫描装置至少连接有一个按键，按键的两端分别连接有I/o接口电路。下面举一具体实施例对本发明的低功耗按键扫描装置进行说明，并通过低功耗按键扫描方法详细描述扫描过程。扫描装置仅连接有按键K01，定义连接在按键KOl两端的I/O接口电路分别为第一 I/O接口电路和第二 I/O接口电路，与第一 I/o接口电路和第二 I/O接口电路相连的I/O接口为第一 I/O接口和第二 I/O接口。在按键KOl检测时，包括如下步骤:a)预设扫描控制器的扫描周期和用于I/O接口状态切换的控制信号；b)扫描控制器输出控制信号配置所有I/O接口的状态，对按键的I/O接口进行周期性扫描并执行按键检测:bl.配置第一 I/O接口和第二 I/O接口中的任意一个处于输出第一固定电平状态，其它I/o接口处于第一输入状态，检测处于第一输入状态的I/O接口，若检测到电平的跳变，则表示按键KOl被按下，否则进入步骤b2 ；b2.配置处于输出第一固定电平状态的I/O接口为第二输入状态，若所有按键均被扫描到，则进入步骤b3，否则返回步骤b2继续检测；b3.配置所有I/O接口处于第一输入状态，根据扫描控制器的扫描周期返回步骤bl重新开始检测。其中，连接在按键两端的I/O接口电路可以为上拉I/O接口电路或下拉I/O接口电路，若为上拉I/o接口电路，贝1J输出第一固定电平状态为输出低电平状态，第一输入状态为带弱上拉输入状态，第二输入状态为带强上拉输入状态；若为下拉I/o接口电路，则输出第一固定电平状态为输出高电平状态，第一输入状态为带弱下拉输入状态，第二输入状态为带强下拉输入状态。本发明的低功耗按键扫描装置及方法用于单个按键、多个按键及矩阵按键的扫描，对于多个按键及矩阵按键的扫描装置及方法参照上述的检测步骤。下面通过实施例一、实施例二、实施例三和实施例四详细描述本发明的I/O接口电路和基于上述I/o接口电路实现低功耗动态扫描方法，使I/O接口可以由控制信号配置成至少一种输出状态和至少两种输入状态。为了清楚详细的说明寄生电容的存在，在实施例中将上述因素等产生的寄生电容在表述中等效为寄生电容CO，在各视图中标记为CO。因此，I/o接口连接有一寄生电容CO和一输入级缓冲器CM，I/O接口用于连接键盘和扫描控制器。同时通过实施例五和实施例六详细说明本发明的另一种I/o接口电路和其扫描方法，使I/o接口可以由控制信号配置成输出低电平状态、带强上拉输入状态、带弱上拉输入状态、输出高电平状态、带强下拉输入状态和带弱下拉输入状态六种，其中等效寄生电容在各视图中分别标记为CO和Cl，输入级缓冲器标记为CM。实施例一、实施例二、实施例三、实施例四、实施例五和实施例六仅为本发明具有代表性的例子，任意通过若干上/下拉电阻和若干MOS管实现本发明中的三种状态或六种状态均在本发明的保护范围之内。实施例一:参照图4，所述上拉I/O接口上连接有输出状态控制模块、第一输入状态控制模块和第二输入状态控制模块，输出状态控制模块设有第一固定电平和第一开关单元，第一输入状态控制模块包括第二固定电平、第二开关单元和第二电阻单元，第二输入状态控制模块设有第一电阻单兀和第三开关单兀。第一固定电平为GND,第二固定电平为VDD,第一开关单元为第一 MOS管ΜΝ0，第二开关单元为第三MOS管ΜΡ0，第三开关单元为第二 MOS管MP1，第二电阻单元为弱上拉电阻R2，第一电阻单元为强上拉电阻R1。第二 MOS管MPl和第三MOS管MPO的源极上均连接有VDD，第一 MOS管MNO的源极连接有GND，第二 MOS管MPl和第三MOS管MPO的漏极分别连接有强上拉电阻Rl和弱上拉电阻R2，强上拉电阻Rl和弱上拉电阻R2的另一端与第一 MOS管MNO的漏极相连，第一 MOS管MNO的漏极为I/O接口的输入端，用于连接键盘，第一 MOS管ΜΝ0、第二 MOS管MPl和第三MOS管MPO的栅极与扫描控制器相连。其中，第二 MOS管MPl和第三MOS管MPO为PMOS管，第一 MOS管MNO为NMOS管，强上拉电阻Rl的阻值为5k和弱上拉电阻R2的阻值为150k。第一 MOS管ΜΝ0、第二 MOS管MPl和第三MOS管MPO的栅极电平在图4中分别标注为S1、S2和S3，开关控制器通过一组控制信号配置S1、S2和S3的电平。当S1、S2和S3均为高电平时，上拉I/O接口处于输出低电平状态；当S1、S2为低电平，S3为任意值时，上拉I/O接口处于带强上拉输入状态；当SI为低电平、S2为高电平和S3为低电平时，上拉I/O接口处于带弱上拉输入状态。实施例二:参照图5，所述下拉I/O接口上连接有输出状态控制模块、第一输入状态控制模块和第二输入状态控制模块，输出状态控制模块设有第一固定电平和第一开关单元，第一输入状态控制模块包括第二固定电平、第二开关单元和第二电阻单元，第二输入状态控制模块设有第一电阻单兀和第三开关单兀。第一固定电平为VDD,第二固定电平为GND,第一开关单元为第四MOS管MP2，第二开关单元为第六MOS管丽2，第三开关单元为第五MOS管MN1，第二电阻单元为弱下拉电阻R4，第一电阻单元为强下拉电阻R3。第五MOS管丽I和第六MOS管丽2的源极上均连接有GND，第四MOS管MP2的源极连接有VDD，第五MOS管丽1、第六MOS管丽2的的漏极分别连接有强下拉电阻R3和弱下拉电阻R4，强下拉电阻R3和弱下拉电阻R4的另一端与第四MOS管MP2的漏极相连，第四MOS管MP2的漏极为I/O接口的输入端，第四MOS管MP2、第五MOS管丽I和第六MOS管丽2的栅极与扫描控制器相连。其中，第四MOS管为PMOS管，第五MOS管丽I和第六MOS管丽2为NMOS管，强下拉电阻R3的阻值为15k和弱下拉电阻R4的阻值为240k。第四MOS管MP2、第五MOS管丽I和第六MOS管丽2的栅极电平在图5中分别标注为S4、S5和S6，开关控制器通过一组控制信号配置S4、S5和S6的电平。当S4、S5和S6均为低电平时，下拉I/O接口处于输出高电平状态；当S4和S5为高电平，S6为任意值时，下拉I/O接口处于带强下拉输入状态；当S4为高电平、S5为低电平和S6为高电平时，下拉I/O接口处于带弱下拉输入状态。实施例三:参照图6，所述上拉I/O接口上连接有输出状态控制模块、第一输入状态控制模块和第二输入状态控制模块，输出状态控制模块设有第一固定电平和第一开关单元，第一输入状态控制模块包括第二固定电平、第二开关单元和第二电阻单元，第二输入状态控制模块设有第一电阻单兀和第三开关单兀。第一固定电平为GND,第二固定电平为VDD,第一开关单元为第七MOS管丽3，第二开关单元和第三开关单元均为第八MOS管MP3和第九MOS管MP4，第二电阻单元为弱上拉电阻R6和强上拉电阻R5，第一电阻单元为强上拉电阻R5。第八MOS管MP3的源极与VDD相连，第八MOS管MP3的漏极与第九MOS管MP4的源极相连，第八MOS管MP3的源极与第七MOS管丽3的漏极之间依次连接有强上拉电阻R5和弱上拉电阻R6，第九MOS管MP4的源极和漏极并联在弱上拉电阻R6上，第七MOS管丽3的源极与GND相连，第七MOS管丽3的漏极I/O接口的输入端，第七MOS管丽3、第八MOS管MP3和第九MOS管MP4的栅极与开关控制器相连。第七MOS管丽3为NMOS管，第八MOS管MP3和第九MOS管MP4为PMOS管，强上拉电阻R5的阻值为30k和弱上拉电阻R6的阻值为50k。第七MOS管丽3、第八MOS管MP3和第九MOS管MP4的栅极电平在图6中分别标注为S7、S8和S9，开关控制器通过一组控制信号配置S7、S8和S9的电平。当S7和S8为高电平，S9为任意值时，上拉I/O接口处于输出低电平状态；当S7、S8和S9均为低电平时，上拉I/O接口处于带强上拉输入 状态；当S7为低电平、S8为低电平和S9为高电平时，上拉I/O接口处于带弱上拉输入状态。实施例四:参照图7，所述下拉I/O接口上连接有输出状态控制模块、第一输入状态控制模块和第二输入状态控制模块，输出状态控制模块设有第一固定电平和第一开关单元，第一输入状态控制模块包括第二固定电平、第二开关单元和第二电阻单元，第二输入状态控制模块设有第一电阻单兀和第三开关单兀。第一固定电平为VDD,第二固定电平为GND,第一开关单元为第十MOS管MP5，第二开关单元和第三开关单元均为第i^一 MOS管MN4和第十二MOS管丽5，第二电阻单元为强下拉电阻R7和弱下拉电阻R8，第一电阻单元为强下拉电阻R7。第十MOS管MP5的漏极通过强下拉电阻R7与第十二 MOS管丽5的漏极相连，第十二 MOS管丽5的源极与第i^一 MOS管MN4的漏极相连，第i^一 MOS管MN4的源极连接有GND,第十二 MOS管丽5的源极和漏极之间并联有弱下拉电阻R8，第十MOS管MP5的漏极为I/O接口的输入端，第十MOS管MP5、第i^一 MOS管MN4和第十二 MOS管丽5的栅极与扫描控制器相连。其中，第十MOS管MP5为PMOS管，^^一 MOS管MN4和第十二 MOS管丽5为NMOS管，强下拉电阻R7的阻值为45k和弱下拉电阻R8的阻值为350k。
第十MOS管MP5、第i^一 MOS管MN4和第十二 MOS管丽5的栅极电平在图7中分别标注为S10、S11和S12，开关控制器通过一组控制信号配置S10、S11和S12的电平。当SlO为低电平、Sll为低电平和S12为任意值时，下拉I/O接口处于输出高电平状态；isio、sii和S12均为高电平时，下拉I/O接口处于带强下拉输入状态；当SlO为高电平、Sll为高电平和S12为低电平时，下拉I/O接口处于带弱下拉输入状态。针对实施例一中的上拉I/O接口和控制信号，详细描述本发明低功耗键盘扫描方法，以I/o接口的数目N=6为例进行说明，则I/O接口可分别表示为PU P2、P3、P4、P5和P6。利用实施例一中的上拉I/O接口和控制信号完成本发明低功耗动态键盘扫描方法，包括如下步骤:a)将键盘配置成具有6个I/O接口的阶梯状键盘，分别为P1-P6，阶梯状键盘包含21个按键，分别为K01-K21，在任意两个I/O接口之间连接一个按键，任意一个I/O接口通过一个按键与GND相连，阶梯状键盘参照图8 ；b)设置如实施例一中所述的三种I/O接口状态，分别为输出低电平状态、带强上拉输入状态和带弱上拉输入状态 ；c)预设扫描控制器的扫描周期为20ms和预设控制信号的控制信息为实施例一中所述的S1、S2和S3 ；d)扫描控制器通过控制信号配置所有I/O接口的状态，对键盘的I/O接口进行周期性扫描并执行按键检测:dl.配置I/O接口 P1-P6的处于带弱上拉输入状态，分别检测每个I/O接口的输入值，若检测到所有I/o接口的电平为高电平，则表示所有连接在I/O接口与GND之间的按键被扫描到，并进入步骤d2 ;否则如果任意一个I/O接口检测到低电平，则表示连接在该I/O接口和GND之间的按键被按下，输出按键检测信号；d2.配置所有I/O接口 P1-P6中的任意一个I/O接口处于输出低电平状态，其它所有I/o接口处于带弱上拉输入状态，分别检测所有处于输入状态I/o接口的输入值，如果均检测到高电平，则表示所有与处于输出状态的口 I/o接口连接的按键均被扫描到，并进入步骤d3 ;否则如果任意一个处于输入状态I/O接口检测到低电平，则表示连接在该I/O接口与处于输出状态I/o接口之间的按键被按下，输出按键检测信号；d3.将步骤d2中处于输出状态的I/O接口配置为带强上拉输入状态，其它所有I/O接口为带弱上拉输入状态，此步骤不进行按键检测；如果所有的I/O接口 P1-P6均被扫描过，进入步骤d4，否则回到步骤d2继续扫描；d4.配置所有I/O接口处于带弱上拉的输入状态，停止按键检测，此节拍维持时间可预先设置；然后根据扫描控制器的扫描周期返回步骤dl。参照图10，本发明的整个扫描步骤时序图，从图中可以看出，一个完整的扫描周期，每个I/o接口均由步骤d2到步骤d3的切换，以实现按键检测。参照图11，利用本发明的装置和方法对键盘进行检测时，I/O接口由输入状态切换输入状态时的时间Tl明显要小于现有技术中的状态切换的时间T0，在本发明中时间Tl具体为步骤d2到步骤d3的切换时间。针对实施例四中的下拉i/o接口和控制信号，详细描述本发明低功耗键盘扫描方法，以I/o接口的数目N=6为例进行说明，则I/O接口可分别表示为PU P2、P3、P4、P5和P6。利用实施例四中的下拉I/O接口和控制信号完成本发明低功耗动态键盘扫描方法，包括如下步骤:a)将键盘配置成具有6个I/O接口的阶梯状键盘，分别为P1-P6，阶梯状键盘包含21个按键，分别为K01-K21，在任意两个I/O接口之间连接一个按键，任意一个I/O接口通过一个按键与VDD相连，阶梯状键盘参照图9 ；b)设置如实施例四中所述的三种I/O接口状态，分别为输出高电平状态、带强下拉输入状态和带弱下拉输入状态；c)预设扫描控制器的扫描周期为IOms和预设控制信号的控制信息为实施例一中所述的S10、S11和S12 ；d)扫描控制器通过控制信号配置所有I/O接口的状态，对键盘的I/O接口进行周期性扫描并执行按键检测:dl.配置I/O接口 P1-P6的处于带弱下拉输入状态，分别检测每个I/O接口的输入值，若检测到所有I/o接口的电平均为低电平，则表示所有连接在I/O接口与VDD之间的按键被扫描到，并进入步骤d2 ;否则如果任意一个I/O接口检测到高电平，则表示连接在该I/O接口和VDD之间的按键被按下，输出按键检测信号；d2.配置所有I/O接口 P1-P6中的任意一个I/O接口处于输出高电平状态，其它所有I/o接口处于带弱下拉输入状态，分别检测所有处于输入状态I/o接口的输入值，如果均检测到低电平，则表示所有与处于输出状态的口 I/o接口连接的按键均被扫描到，并进入步骤d3 ;否则如果任意一个处于输入状态I/O接口检测到高电平，则表示连接在该I/O接口与处于输出状态I/o接口之间的按键被按下，输出按键检测信号；d3.将步骤d2中处于输出状态的I/O接口配置为带强下拉输入状态，其它所有I/O接口为带弱下拉输入状态，此步骤不进行按键检测；如果所有的I/o接口 P1-P6均被扫描过，进入步骤d4，否则回到步骤d2继续扫描；d4.配置所有I/O接口处于带弱下拉的输入状态，停止按键检测，此节拍维持时间可预先设置；然后根据扫描控制器的扫描周期返回步骤dl。实施例五:参照图12，所述上下拉I/O接口包括上拉I/O接口的第一固定电平、第二固定电平、第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元、第二电阻单元、第一电阻单元和下拉I/o接口的第一固定电平、第二固定电平、第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元、第二电阻单元、第一电阻单元；上拉I/O接口的第一固定电平、第二固定电平、第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元、第二电阻单元和第一电阻单元分别为GND、VDD、第十三MOS管、第十六MOS管、第十八MOS管、弱上拉电阻和强上拉电阻，下拉I/O接口的第一固定电平、第二固定电平、第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元、第二电阻单元和第一电阻单元分别为VDD、GND、第十四MOS管、第十五MOS管、第十七MOS管、弱上拉电阻和强上拉电阻。第十三MOS管MN6、第十五MOS管丽7和第十七MOS管MN8的源极上连接有GND，第十四MOS管MP6、第十六MOS管MP7和第十八MOS管MP8的源极上均连接有VDD，第十八MOS管MP8的漏极通过强上拉电阻R9与第十四MOS管MP6的漏极相连，第十六MOS管MP7的漏极通过弱上拉电阻RlO与第十四MOS管MP6的漏极相连。第十七MOS管MN8的漏极通过强下拉电阻Rll与第十三MOS管MN6的漏极相连，第十五MOS管丽7的漏极通过弱下拉电阻R12与第十三MOS管MN6的漏极相连，第十三MOS管MN6的漏极与第十四MOS管MP6的漏极相连，第十三MOS管MN6的漏极为I/O接口的输入端，用于连接键盘，第十三MOS管MN6、第十四MOS管MP6、第十五MOS管MN7、第十六MOS管MP7、第十七MOS管MN8和第十八MOS管MP8的栅极均与开关控制器相连。其中，第十三MOS管MN6、第十五MOS管丽7和第十七MOS管MN8为NMOS管，第十四MOS管MP6、第十六MOS管MP7和第十八MOS管MP8为PMOS管，强上拉电阻R9、弱上拉电阻R10、强下拉电阻Rll和弱下拉电阻R12的阻值分别为20k、170k、50k和500k。第十三MOS管MN6、第十四MOS管MP6、第十五MOS管MN7、第十六MOS管MP7、第十七MOS管MN8和第十八MOS管MP8的栅极电平在图12中分别标注为S13、S14、S15、S16、S17和S18。开关控制器通过一组控制信号配置S13、S14、S15、S16、S17和S18的电平，当S13、S14、S16和S18为高电平，S15和S17为低电平时，上下拉I/O接口处于输出低电平状态；当S14为高电平，S13、S15、S17和S18为低电平，S16为任意值时，上下拉I/O接口处于带强上拉输入状态；当S14和S18为高电平，S13、S15、S16和S17为低电平时，上下拉I/O接口处于带弱上拉输入状态；当S16和S18为高电平，S13、S14、S15和S17为低电平时，上下拉I/O接口处于输出高电平状态；当S13为低电平，S14、S16、S17和S18为高电平，S15为任意值时，上下拉I/O接口处于带强下拉输入状态；当S13和S17为低电平，S14、S15、S16和S18为高电平时，上下拉I/O接口处于带弱下拉输入状态。实施例六:
参照图13，所述上下拉I/O接口具有上拉I/O接口的输出状态控制模块、第一输入状态控制模块和第二输入状态控制模块及下拉I/o接口的输出状态控制模块、第一输入状态控制模块和第二输入状态控制模块。设有第十九MOS管MN9、第二十MOS管MP9、第二i^一MOS管丽10、第二十二 MOS管丽11、第二十三MOS管MP10、第二十四MOS管MP11、强上拉电阻R13、弱上拉电阻R14、强下拉电阻R15和弱下拉电阻R16。第十九MOS管MN9和第二i^一MOS管丽10的的源极上连接有GND，第二i^一MOS管丽10的漏极依次串接有弱下拉电阻R16和强下拉电阻R15，强下拉电阻R15的另一端与第十九MOS管MN9的漏极相连，第二十二MOS管丽11的源极和漏极并联在弱下拉电阻R16的两端。第二十MOS管MP9和第二十三MOS管MPlO的的源极上均连接有VDD，第二十三MOS管MPlO的漏极依次串接有弱上拉电阻R14和强上拉电阻R13，强上拉电阻R13的另一端与第二十MOS管MP9的漏极相连，第二十四MOS管MPll的源极和漏极并联在弱上拉电阻R14的两端。第二十MOS管MP9的漏极与第十九MOS管MN9的漏极相连，第二十MOS管MP9的漏极为I/O接口的输入端，用于连接键盘，第十九MOS管MN9、第二十MOS管MP9、第二 ^^一MOS管丽10、第二十二 MOS管丽11、第二十三MOS管MPlO和第二十四MOS管MPlI的栅极均与扫描控制器相连。其中，第十九MOS管丽9、第二—^一 MOS管丽10和第二十二 MOS管丽11为NMOS管，第二十MOS管MP9、第二十三MOS管MPlO和第二十四MOS管MPll为PMOS管，强上拉电阻R13、弱上拉电阻R14、强下拉电阻R15和弱下拉电阻R16的阻值分别为35k、420k、40k和280k。第十九MOS 管 MN9、第二十 MOS 管 MP9、第二 ^^一MOS 管 MN10、第二十二 MOS 管 MN11、第二十三MOS管MPlO和第二十四MOS管MPll的栅极电平在图13中分别标注为S19、S20、S21、S22、S23和S24。扫描控制器通过一组控制信号配置S19、S20、S21、S22、S23和S24的电平，当S21为低电平，S22和S24为任意值，S19、S20和S23为高电平时，上下拉I/O接口处于输出低电平状态；当S20为高电平，S22为任意值，S19、S21、S23和S24为低电平时，上下拉I/O接口处于带强上拉输入状态；当S20和S24为高电平，S22为任意值，S19、S21和S23为低电平时，上下拉I/O接口处于带弱上拉输入状态；当S23为高电平，S22和S24为任意值，S19、S20和S21为低电平时，上下拉I/O接口处于输出高电平状态；当S19为低电平，S24为任意值，S20、S21、S22和S23为高电平时，上下拉I/O接口处于带强下拉输入状态；当S19和S22为低电平，S24为任意值，S20、S21和S23为高电平时，上下拉I/O接口处于带弱下拉输入状态。针对实施例五和实施例六中的上下拉I/O接口和控制信号，详细描述本发明低功耗键盘扫描方法，以I/o接口的数目N=6为例进行说明，则I/O接口可分别表示为P1、P2、P3、P4、P5 和 P6。本发明低功动态耗键盘扫描方法，包括如下步骤:a)将键盘配置成具有6个I/O接口的阶梯状键盘，分别为P1_P6，阶梯状键盘包含15个按键，分别为K01-K15，在任意两个I/O接口之间连接一个按键，阶梯状键盘参照图14 ；b)设置如实施例五和实施例六中所述的六种I/O接口状态，分别为输出低电平状态、带强上拉输入状态、带弱上拉输入状态、输出高电平状态、带强下拉输入状态和带弱下拉输入状态；c)预设扫描控制器的扫描周期为20ms和预设控制信号的控制信息为实施例五和实施例六中所述的S13-S18和S19-S24 ；d)扫描控制器通过控制信号配置所有I/O接口的状态，对键盘的I/O接口进行周期性扫描并执行按键检测:dl.配置所有I/O接口 P1-P6中的任意一个I/O接口处于输出低电平状态，其它所有I/o接口处于带弱上拉输入状态，分别检测所有处于输入状态I/o接口的输入值，如果均检测到高电平，则表示所有与处于输出状态的口 I/o接口连接的按键均被扫描到，并进入步骤d2 ;否则如果任意一个处于输入状态I/O接口检测到低电平，则表示连接在该I/O接口与处于输出状态I/o接口之间的按键被按下，输出按键检测信号；d2.将步骤dl中处于输出状态的I/O接口配置为带强上拉输入状态，其它所有I/O接口为带弱上拉输入状态，此步骤不进行按键检测；如果所有的I/o接口 P1-P6均被扫描过，进入步骤d3，否则回到步骤dl继续扫描；d3.配置所有I/O接口处于带弱上拉的输入状态，停止按键检测，此节拍维持时间可预先设置；然后根据扫描控制器的扫描周期进入步骤d4 ；d4.配置所有I/O接口 P1-P6中的任意一个I/O接口处于输出高电平状态，其它所有I/o接口处于带弱下拉输入状态，分别检测所有处于输入状态I/o接口的输入值，如果均检测到低电平，则表示所有与处于输出状态的口 I/o接口连接的按键均被扫描到，并进入步骤d5 ;否则如果任意一个处于输入状态I/O接口检测到高电平，则表示连接在该I/O接口与处于输出状态I/o接口之间的按键被按下，输出按键检测信号；d5.将步骤d4中处于输出状态的I/O接口配置为带强下拉输入状态，其它所有I/O接口为带弱下拉输入状态，此步骤不进行按键检测；如果所有的I/o接口 P1-P6均被扫描过，进入步骤d6，否则回到步骤d4继续扫描；d6.配置所有I/O接口处于带弱下拉的输入状态，停止按键检测，此节拍维持时间可预先设置；然后根据扫描控制器的扫描周期返回步骤dl。下面通过仿真数据说明在阻值范围为5K-50K的强上拉电阻或强下拉电阻下，扫描装置在整个扫描周内消耗的电流。以实施例一中的上拉I/o接口和其扫描方法为例，仿真单个I/O接口在一个扫描周期内的平均电流进行说明，其中振荡器电流不考虑在内。设置仿真条件为VDD为3V，温度为25摄氏度，弱上拉电阻或弱下拉电阻为150K，弱上拉电阻或弱下拉电阻可选择50K-500K内的不同阻值。在上拉I/O接口的扫描步骤中包含dl-d4步骤，其中，dl为两个时钟周期，d2为一个时钟周期，d3为一个时钟周期，d2-d3步骤中的循环共为16次，d4设置为0，因此，一个完整的扫描周期为34个时钟周期，每个时钟周期为50us，时钟由振荡器提供。因寄生电容的大小不易判断，在仿真时选择不同的电容等效寄生电容进行判断。通过仿真得到如下表I所示的数据，表中纵列的寄生电容为不同值时，对应消耗的电流值，横行的不同强上拉电阻为不同值时，对应消耗的电流值，表I中最后一列为现有技术中仅存在弱上拉电阻的在不同寄生电容下所消耗的电流值，表中电流值的单位均为
nAo表I单个I/O接口在不同寄生电容和不同强上拉电阻下对应的电流值
权利要求
1.一种I/O接口电路，包括与I/O接口相连的输出状态控制模块和第一输入状态控制模块，输出状态控制模块包括顺次相连的第一固定电平和第一开关单元，第一开关单元的另一端与I/o接口相连，第一输入状态控制模块包括顺次相连的第二固定电平、第二开关单元和第二电阻单元，第二电阻单元的另一端与I/o接口相连，第一开关单元和第二开关单元的控制端连接有用于控制开关单元导通或断开的开关控制器，第一固定电平与第二固定电平逻辑相反，其特征在于，所述I/o接口电路还连接有第二输入状态控制模块，第二输入状态控制模块设有用于缩短I/o接口电平切换时间的第一电阻单元和第三开关单元，第二固定电平、第三开关单元和第一电阻单元顺次相连，第一电阻单元的另一端与I/o接口相连，第三开关单元的控制端与开关控制器相连；开关控制器输出控制信息控制第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元的导通状态，并分别配置与导通的第一开关单元所在模块相连的I/o接口为输出第一固定电平状态，与导通的第二开关单元所在模块相连的I/O接口为第一输入状态，与导通的第三开关单元所在模块相连的I/o接口为第二输入状态；所述开关控制器至少 包括一组控制信息，使处于输出第一固定电平状态的I/o接口配置为第二输入状态。
2.根据权利要求1所述的I/O接口电路，其特征在于，所述I/O接口电路为内置上拉结构的上拉I/o接口电路，则第一固定电平为低电平，第二固定电平为高电平，所述第一电阻单元为强上拉电阻，第二电阻单元为弱上拉电阻，第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元分别为用于控制上述电阻接入状态的MOS管，所述输出第一固定电平状态为输出低电平状态，第一输入状态为带弱上拉输入状态，第二输入状态为带强上拉输入状态。
3.根据权利要求1所述的I/O接口电路，其特征在于，所述I/O接口电路为内置下拉结构的下拉I/o接口电路，则第一固定电平为高电平，第二固定电平为低电平，所述第一电阻单元为强下拉电阻，第二电阻单元为弱下拉电阻，第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元分别为用于控制上述电阻接入状态的MOS管，所述输出第一固定电平状态为输出高电平状态，第一输入状态为带弱下拉输入状态，第二输入状态为带强下拉输入状态。
4.根据权利要求1所述的I/O接口电路，其特征在于，所述I/O接口电路为同时内置上拉结构和下拉结构的上下拉I/o接口电路，上下拉I/O接口电路包括两组I/O接口电路，分别为上拉I/o接口电路和下拉I/O接口电路；所述上拉I/O接口电路的第一固定电平为低电平，第二固定电平为高电平，第一电阻单元为强上拉电阻，第二电阻单元为弱上拉电阻，第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元分别为用于控制上述电阻接入状态的MOS管，输出第一固定电平状态为输出低电平状态，第一输入状态为带弱上拉输入状态，第二输入状态为带强上拉输入状态；所述下拉I/o接口电路的第一固定电平为高电平，第二固定电平为低电平，第一电阻单元为强下拉电阻，第二电阻单元为弱下拉电阻，第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元分别为用于控制上述电阻接入状态的MOS管，输出第一固定电平状态为输出高电平状态，第一输入状态为带弱下拉输入状态，第二输入状态为带强下拉输入状态。
5.根据权利要求2所述的I/O接口电路，其特征在于，所述第一固定电平为GND，第二固定电平为VDD，第一开关单元为第一 MOS管，第二开关单元为第三MOS管，第三开关单元为第二 MOS管；第二 MOS管和第三MOS管的源极均与VDD相连，第一 MOS管的源极与GND相连，第二MOS管和第三MOS管的漏极分别与强上拉电阻和弱上拉电阻相连，强上拉电阻和弱上拉电阻的另一端与第一 MOS管的漏极相连，第一 MOS管的漏极为I/O接口的输入端，第一MOS管、第二 MOS管和第三MOS管的栅极均与开关控制器相连。
6.根据权利要求3所述的I/O接口电路，其特征在于，所述第一固定电平为VDD，第二固定电平为GND，第一开关单元为第四MOS管，第二开关单元为第六MOS管，第三开关单元为第五MOS管；第五MOS管和第六MOS管的源极均与GND相连，第四MOS管的源极与VDD相连，第五MOS管和第六MOS管的漏极分别与强下拉电阻和弱下拉电阻相连，强下拉电阻和弱下拉电阻的另一端与第四MOS管的漏极相连，第四MOS管的漏极为I/O接口的输入端，第四MOS管、第五MOS管和第六MOS管的栅极与开关控制器相连。
7.根据权利要求4所述的I/O接口电路，其特征在于，所述上拉I/O接口电路的第一固定电平、第二固定电平、第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元、第二电阻单元和第一电阻单元分别为GND、VDD、第十三MOS管、第十六MOS管、第十八MOS管、弱上拉电阻和强上拉电阻，下拉I/O接口的第一固定电平、第二固定电平、第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元、第二电阻单元和第一电阻单元分别为VDD、GND、第十四MOS管、第十五MOS管、第十七MOS管、弱下拉电阻和强下拉电阻；第十三MOS管、第十五MOS管和第十七MOS管的源极均与GND相连，第十四MOS管、第十六MOS管和第十八MOS管的源极均与VDD相连，第十八MOS管的漏极通过强上拉电阻与第十四MOS管的漏极相连，第十六MOS管的漏极通过弱上拉电阻与第十四MOS管的漏极相连，第十七MOS管的漏极通过强下拉电阻与第十三MOS管的漏极相连，第十五MOS管的漏极通过弱下拉电阻与第十三MOS管的漏极相连，第十三MOS管的漏极与第十四MOS管的漏极相连，第十三MOS管的漏极为I/O接口的输入端，第十三MOS管、第十四MOS管、第十五MOS管、第十六MOS管、第十七MOS管和第十八MOS管的栅极均与开关控制器相连。
8.根据权利要求2或5所述的I/O接口电路，其特征在于，所述强上拉电阻的阻值范围为5K-50K，弱上拉电阻的阻值范围为50K-500K。
9.根据权利要求3或6所述的I/O接口电路，其特征在于，所述强下拉电阻的阻值范围为5K-50K，弱下拉电阻的阻 值范围均为50K-500K。
10.根据权利要求4或7所述的I/O接口电路，其特征在于，所述强上拉电阻和强下拉电阻的阻值范围均为5K-50K，弱上拉电阻和弱下拉电阻的阻值范围均为50K-500K。
11.一种低功耗按键扫描装置，所述扫描装置至少连接有一个按键，其特征在于，所述按键的两端分别连接有如权利要求1所述的I/O接口电路。
12.一种低功耗按键扫描方法,其特征在于,所述扫描方法的实现基于如权利要求11所述的扫描装置，包括如下步骤: a)预设扫描控制器的扫描周期和用于I/O接口状态切换的控制信号； b)扫描控制器输出控制信号配置所有I/O接口的状态，对按键的I/O接口进行周期性扫描并执行按键检测: bl.配置任意一个I/O接口处于输出第一固定电平状态，其它所有I/O接口处于第一输入状态，检测处于第一输入状态的I/O接口，若检测到电平的跳变，则表示按键被按下，否则进入步骤b2 ； b2.配置处于输出第一固定电平状态的I/O接口为第二输入状态，若所有按键均被扫描到，则进入步骤b3，否则返回步骤b2继续检测；b3.配置所有I/O接口处于第一输入状态，根据扫描控制器的扫描周期返回步骤bl重新开始检测。
13.一种低功耗动态键盘扫描方法,其特征在于，所述扫描方法的实现基于如权利要求2所述的上拉I/O接口电路，包括如下步骤: a)将键盘配置成具有N个I/O接口的阶梯状键盘，在任意两个I/O接口之间连接一个按键，任意一个I/O接口通过一个按键与GND相连； b)设置I/O接口的状态为三种，分别为输出低电平状态、带强上拉输入状态和带弱上拉输入状态； c)预设扫描控制器的扫描周期和用于I/O接口状态切换的控制信号； d)扫描控制器通过控制信号配置所有I/O接口的状态，对键盘的I/O接口进行周期性扫描并执行按键检测: dl.配置所有I/O接口处于带弱上拉输入状态，扫描所有I/O接口的输入电平，若检测到I/O接口的电平跳变，则输出按键检测信号，否则进入步骤d2 ； d2.配置任意一个I/O接口处于输出低电平状态，其它所有I/O接口处于带弱上拉输入状态，扫描所有处于带弱上拉输入状态的I/O接口，若检测到上述任意I/O接口的电平跳变，则输出按键检测信号，否则进入步骤d3 ； d3.配置步骤d2中处于输出低电平状态的I/O接口为带强上拉输入状态，其它所有I/O接口为带弱上拉输入状态；若所有I/O接口均被扫描到，则进入步骤d4，否则返回步骤d2继续扫描； d4.配置所有I/O接口处于 带弱上拉输入状态，停止按键检测，根据扫描控制器的扫描周期返回步骤dl重新开始扫描。
14.一种低功耗动态键盘扫描方法,其特征在于，所述扫描方法的实现基于如权利要求3所述的下拉I/O接口电路，包括如下步骤: a)将键盘配置成具有N个I/O接口的阶梯状键盘，在任意两个I/O接口之间连接一个按键，任意一个I/O接口通过一个按键与VDD相连； b)设置I/O接口的状态为三种，分别为输出高电平状态、带强下拉输入状态和带弱下拉输入状态； c)预设扫描控制器的扫描周期和用于I/O接口状态切换的控制信号； d)扫描控制器通过控制信号配置所有I/O接口的状态，对键盘的I/O接口进行周期性扫描并执行按键检测: dl.配置所有I/O接口处于带弱下拉输入状态，扫描所有I/O接口的输入电平，若检测到I/O接口的电平跳变，则输出按键检测信号，否则进入步骤d2 ； d2.配置任意一个I/O接口处于输高电平状态，其它所有I/O接口处于带弱下拉输入状态，扫描所有处于带弱下拉输入状态的I/O接口，若检测到上述任意I/O接口的电平跳变，则输出按键检测信号，否则进入步骤d3 ； d3.配置步骤d2中处于输出高电平状态的I/O接口为带强下拉输入状态，其它所有I/O接口为带弱下拉输入状态；若所有I/O接口均被扫描到，则进入步骤d4，否则返回步骤d2继续扫描； d4.配置所有I/O接口处于带弱下拉输入状态，停止按键检测，根据扫描控制器的扫描周期返回步骤dl重新 开始扫描。
全文摘要
本发明公开了一种I/O接口电路、低功耗按键扫描装置及方法和低功耗动态键盘扫描方法，所述I/O接口电路包括输出状态控制模块、第一输入状态控制模块和第二输入状态控制模块，输出状态控制模块包括第一固定电平和第一开关单元，第一输入状态控制模块包括第二固定电平、第二开关单元和第二电阻单元，第二输入状态控制模块设有第一电阻单元和第三开关单元，第一固定电平与第二固定电平逻辑相反，第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元的控制端连接有用于控制开关单元导通或断开的开关控制器。本发明的电路、装置和方法在I/O接口电平切换时，减小了在其自身的输入级上所产生的瞬态电流，从而降低了功耗，同时又保证了连接在该I/O接口上按键的有效检测。
文档编号H03M11/20GK103095308SQ201210594660
公开日2013年5月8日 申请日期2012年12月31日 优先权日2012年12月31日
发明者郑尊标, 冯兵 申请人:杭州士兰微电子股份有限公司