按键编码电路和键盘扫描电路的制作方法

本发明涉及键盘设计技术领域，特别是涉及一种按键编码电路和键盘扫描电路。

背景技术：

键盘是电脑、pda(personaldigitalassistant，掌上电脑)、手机等电子产品中主要的人机对话输入设备，对应的键盘设计一般分为独立键盘和矩阵键盘扫描。

矩阵键盘扫描一般包括行线和列线，列线通过电阻与正电源连接，并以列线所接的i/o口作为输入端，行线所接的单片机的i/o口作为输出端。当按键没有按下时，输入端为高电平，表示无键按下，行线输出低电平，一旦有按键按下，则输入端就会被拉低，这样，通过读输入端的状态就可得知是否有按键按下。现有按键编码电路和矩阵键盘扫描电路复杂，相应地对电路的软件编程也复杂。

技术实现要素：

基于此，有必要针对现有按键编码电路和矩阵键盘扫描电路复杂的问题，提供一种简单的按键编码电路以及键盘扫描电路。

一种按键编码电路，包括n个输入输出端口、2ⁿ个按键开关以及2ⁿ个编码模块单元，其中单个编码模块单元包括n个编码模块，n为正整数；

各个按键开关的一端与外部电源连接，各个按键开关的另一端分别通过单个编码模块单元中的n个编码模块与n个输入输出端口一一对应连接，单个编码模块单元加载有2ⁿ种二进制编码方式中的一种。

上述按键编码电路，包括n个输入输出端口、2ⁿ个按键开关以及2ⁿ个编码模块单元，单个编码模块单元包括n个编码模块，各个按键开关的一端与外部电源连接，各个按键开关的另一端分别单个编码模块单元中的n个编码模块与n个输入输出端口一一对应连接，单个编码模块单元加载有2ⁿ种二进制编码方式中的一种，通过编码模块单元实现与各按键开关对应编码，这样可以简单地实现按键的硬件编码，可以通过n个输入输出端口，实现对2ⁿ个按键开关的编码。

在其中一个实施例中，按键编码电路的编码模块包括表征二进制0的第一编码模块和表征二进制1的第二编码模块，单个编码模块单元至少包括第一编码模块和第二编码模块中的一种。

在其中一个实施例中，按键编码电路的第一编码模块包括依次连接的第一二极管、接地电阻以及第二二极管，第二编码模块包括依次连接的第三二极管以及第四二极管。

在其中一个实施例中，按键编码电路还包括限流电阻，各个按键开关的一端通过限流电阻与外部电源连接。

一种键盘扫描电路，包括中断触发电路以及按键编码电路，中断触发电路与按键编码电路连接。

在其中一个实施例中，键盘扫描电路中的中断触发电路包括2ⁿ个并行的输入信号端口，按键编码电路中的单个编码模块单元输出一个输出信号，2ⁿ个输入信号端口一一对应接收编码模块单元的2ⁿ个输出信号。

在其中一个实施例中，键盘扫描电路中的中断触发电路还包括开关管，输入信号端口与开关管的控制端连接，开关管的第一端分别与外部电源连接且开关管的第一端输出中断信号，开关管的第二端接地。

在其中一个实施例中，键盘扫描电路中的中断触发电路还包括2ⁿ个二极管，单个输入信号端口分别通过单个二极管与开关管的控制端连接。

在其中一个实施例中，键盘扫描电路中的中断触发电路还包括上拉电阻，开关管的第一端通过上拉电阻与外部电源连接。

在其中一个实施例中，键盘扫描电路中的中断触发电路还包括电容，电容的一端与输入信号端口连接，电容的另一端接地。

附图说明

图1为一个实施例中一种按键编码电路的结构示意图；

图2为一个实施例中一种键盘扫描电路的结构原理图

图3为一个实施例中一种键盘扫描电路的电路原理图。

具体实施方式

在一个实施例中，如图1所示，一种按键编码电路，包括n个输入输出端口100、2ⁿ个按键开关200以及2ⁿ个编码模块单元300，其中，单个编码模块单元300包括n个编码模块，n为正整数；

各个按键开关200的一端与外部电源连接，各个按键开关200的另一端分别通过单个编码模块单元300中的n个编码模块与n个输入输出端口100一一对应连接，单个编码模块单元300加载有2ⁿ种二进制编码方式中的一种。

一般而言，控制芯片的输入输出端口数量有限，在实现预期功能的基础上，尽可能地节约输入输出端口，留作其它功能开发，对于系统编程来说意义重大。具体的，按键编码电路的编码模块单元300中的编码模块包括表征二进制0的第一编码模块和表征二进制1的第二编码模块，单个编码模块单元至少包括第一编码模块和第二编码模块中的一种。比如，按键编码电路包括2个输入输出端口(比如io1和io2)、4个按键开关(比如s1、s2、s3和s4)以及8个编码模块(c1、c2、c3、c4、c5、c6、c7和c8)，各个按键开关的一端与外部电源连接，各个按键开关的另一端分别通过2个编码模块(1个编码模块单元包括2个编码模块)与2个输入输出端口一一连接，1个编码模块单元对应4种二进制编码方式(即00、01、10以及11)中的一种，4种二进制编码方式分别对应4个按键开关，具体来说，可以是按键开关s1(对应二进制编码01)分别通过编码模块c1和c2(一个第一编码模块和一个第二编码模块)对应地与输入输出端口io1和io2连接，按键开关s2(对应二进制编码10)分别通过编码模块c3和c4(一个第二编码模块和一个第一编码模块)对应地与输入输出端口io1和io2连接，按键开关s3(对应二进制编码11)分别通过编码模块c5和c6(两个第二编码模块)对应地与输入输出端口io1和io2连接，按键开关s4(对应二进制编码00)分别通过编码模块c7和c8(两个第一编码模块)对应地与输入输出端口io1和io2连接。

上述按键编码电路，包括n个输入输出端口100、2ⁿ个按键开关200以及2ⁿ个编码模块单元300，单个编码模块单元包括n个编码模块，各个按键开关的一端与外部电源连接，各个按键开关的另一端分别通过单个编码模块单元中的n个编码模块与n个输入输出端口一一对应连接，单个编码模块单元加载有2ⁿ种二进制编码方式中的一种，通过编码模块单元实现与各按键开关对应编码，这样可以简单地实现按键的硬件编码，可以通过n个输入输出端口，实现对2ⁿ个按键开关的编码。同时，这种按键编码电路相较于独立键盘编码电路来说，节省了输入输出端口资源。

在一个实施例中，按键编码电路的第一编码模块包括依次连接的第一二极管、接地电阻以及第二二极管，第二编码模块包括依次连接的第三二极管以及第四二极管；第一二极管、第二二极管、第三二极管以及第四二极管均为隔离二极管，使电子只往一个方向流动，防止干扰其它按键开关；接地电阻提供触发电压，表征二进制0的第一编码模块均需要接地电阻。在另一个实施例中，按键编码电路还包括限流电阻，各个按键开关的一端通过限流电阻与外部电源连接，这样通过限流电阻可以将电平信号钳位在高电平，同时起限流作用。

在一个实施例中，如图2所示，一种键盘扫描电路，包括中断触发电路以及按键编码电路，中断触发电路与按键编码电路连接。具体的，键盘扫描电路中的中断触发电路包括2ⁿ个并行的输入信号端口，按键编码电路中的单个编码模块单元输出一个输出信号，2ⁿ个输入信号端口一一对应接收编码模块单元的2ⁿ个输出信号。比如，按键编码电路包括2个输入输出端口(比如io1和io2)、4个按键开关(比如s1、s2、s3和s4)以及8个编码模块(c1、c2、c3、c4、c5、c6、c7和c8)，各个按键开关的一端与外部电源连接，各个按键开关的另一端分别通过2个编码模块与2个输入输出端口一一连接，2个编码模块对应4种二进制编码方式，4种二进制编码方式分别对应4个按键开关，具体来说，可以是按键开关s1(对应二进制编码01)分别通过编码模块c1和c2(一个第一编码模块和一个第二编码模块)对应地与输入输出端口io1和io2连接，按键开关s2(对应二进制编码10)分别通过编码模块c3和c4(一个第二编码模块和一个第一编码模块)对应地与输入输出端口io1和io2连接，按键开关s3(对应二进制编码11)分别通过编码模块c5和c6(两个第二编码模块)对应地与输入输出端口io1和io2连接，按键开关s4(对应二进制编码00)分别通过编码模块c7和c8(两个第一编码模块)对应地与输入输出端口io1和io2连接，按键编码电路分别从编码模块c1和c2中引出一个输出信号，c3和c4中引出一个输出信号，c5和c6中引出一个输出信号，c7和c8中引出一个个输出信号，更为具体地，可以从编码模块c1、c4、c6以及c8引出4个输出信号，中断触发电路的4个并行的输入信号端口对应地接收这4个输出信号。

在一个实施例中，键盘扫描电路中的中断触发电路还包括开关管，输入信号端口与开关管的控制端连接，开关管的第一端分别与外部电源连接且开关管的第一端输出中断信号，开关管的第二端接地，开关管可以是三极管、cmos管等开关器件，开关管的第一端输出中断信号，触发外部控制器进行中断处理，实现实时监测键盘按键开关状态，外部控制器比如单片机、dsp(digitalsignalprocessing，数字信号处理器)等通过中断触发，对输入输出端口的状态进行查询，从而得到按键的硬件编码，这种处理方式简单直接，相较于矩阵式键盘响应更快，程序处理更简单，效率更高。在另一个实施例中，键盘扫描电路中的中断触发电路还包括2ⁿ个二极管，单个输入信号端口分别通过单个二极管与开关管的控制端连接，二极管的作用是防止按键开关间串扰，隔离每一个按键开关电平信号，防止回路扰乱按键开关的编码。在另一个实施例中，键盘扫描电路中的中断触发电路还包括上拉电阻，开关管的第一端通过上拉电阻与外部电源连接，上拉电阻起限流作用。进一步地，键盘扫描电路中的中断触发电路还包括电容，电容的一端与输入信号端口连接，电容的另一端接地，电容的作用是防抖动，即抚平当按下按键开关时出现电平抖动，避免误触发中断。

在一个实施例中，一种键盘设计的电路原理图如图3所示，是一个由2个io完成四个按键编码的电路原理图，它包括两个重要部分：低电平中断触发电路和按键硬件编码电路。低电平中断触发电路包括三极管k1、二极管d1、二极管d2、二极管d11、二极管d12、电容c1以及电阻r2，它是触发单片机进行中断处理，实现实时监测键盘按钮的关键所在。三极管k1的作用是当有按键按下后，三极管的b极电压到达门限v，从而使c极处的电压从高电平降为低电平，从而为单片机提供触发电平；当无按键按下时，三极管c极处电平保持高电平；d1、d2、d11、d12的作用是防止按键间串扰，隔离开每一个按键电平信号，防止回路扰乱按键的编码；r2为上拉电阻，它起到限流作用；而c1为作用是防抖动，即抚平当按下按键时出现电平抖动，避免误触发中断。

按键硬件编码电路包括上拉电阻r1，按键s1、s2、s3、s4，二极管以及电阻，其电路原理通过按键s1部分具体阐述，d3、d4、d13、d14为隔离二极管，它们使电子只往一个方向流动，防止干扰其他按键；r3是接地电阻，它为中断触发电路提供触发电压，凡是二进制编码为0的通路都需要接地电阻，而r4则可有可无。按键s1的二进制编码为01，当此按键按下时，按键接通上下两端，经过d3后通过init1提供触发电压，并经过电阻r3后接地，使其电压为0，这时io_1的电压为0(单片机的io设为下拉接地)，而经过d4、r4、d14电为高电平，这时io_2的电压为1，这样简单地实现了按键的硬件编码01。s2，s3，s4的编码原理与s1一致。

基于上述原理，可以通过n个io(input/output，输入输出端口)，实现对2的n次方个按键的编码，这种设计方案适于同一时间按下一个按钮，如需同时识别两个按键被按下，可利用本方案与其他键盘设计方案合成，或利用两个本方案原理完成。上述电路原理中的器件均可使用其他相同功能器件替换，比如三极管可换成coms管，低电平触发可换成高电平触发等。单片机利用中断触发，对io管脚的状态进行查询，从而得到按键的硬件编码，这种处理方式简单直接，比起矩阵式的键盘响应更快，程序处理更简单，效率更高，且设计原理简单易懂，按键唯一编码的方式简化了软件的处理过程，提高了单片机或系统的资源利用率，使系统更快响应按键功能；另一方面，电路组成器件成本低，从而有效降低生产成本，可提高利润，按键设计节省单片机的io资源，尤其在管脚紧缺的嵌入式系统中意义重大。

在低电平触发电路中，io_init连接到单片机中具有中断功能的管脚，以便响应键盘事件；电阻r2的阻值一般为10k左右，电容c的容量一般为pf级，如果电容过大，会影响到信号的完整性，导致触发不成功，在按键时长较短时无法完成键盘扫描。按键硬件编码电路中，上拉电阻r1与r3、r4等电阻的阻值比例需要满足一定的条件，即init1、init2、init3以及init4处的电压大于触发中断所需电压值，如果两路通路并联形成的电阻值较小，可能会影响到按键的识别。电路中，init1、init2、init3以及init4电平也可以接到另一通路，例如，图中的init1也可以连接在r4的上端，d3、d4起到隔离io_1与io_2间的相互影响，而d13、d14则隔离与其他按键的影响，其它三个按键电路也是基于同样原理。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。