专利名称：具有键盘扫描电路的示波器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种显示电变量或波形的装置，特别涉及到示波器。
背景技术：
示波器是一种常用的测量装置，是一种图形显示设备，它分为模拟示波器和数字 示波器。模拟示波器工作方式是直接测量信号电压，并通过从左到右穿过示波器屏幕的电 子束在垂直方向描绘电压。与模拟示波器不同，数字示波器通过模数转换器把被测量转换 为数字信息。它捕获的是波形的一系列样值，并对样值进行存储，随后，数字示波器重构波 形。数字示波器的最大优点之一是它能够存储波形，随后再做观察。数字示波器又分为数 字存储示波器、数字荧光示波器和采样示波器。在示波器中，常需要键盘来进行人机交互，键盘由多个按键组成。当按键个数较多 的时候，通常都使用矩阵式键盘，也称行列式键盘。矩阵式键盘的原理就是每一行线与每一 列线的交叉地方不相通，而是接上一个按键，通过按键来接通。一般使用控制单元的I/O 口 连接到上述行列上，a个I/O 口可以接a个行线，另外的b个I/O可以接b个列线，总共可 以组成aXb个按键的键盘。一个4X4的行、列结构，可以构成一个含有16个按键的键盘。参照图1，现有技术的矩阵键盘，共有4个行线R0W3 R0W0，4个列线C0L3 C0L0，组 成从按键si至按键sl6的16键键盘。其中行线R0W3 R0W0接到控制单元的四个I/O 口 D3 D0上(图中未标注)，列线C0L3飞0L0连接到控制单元另外的四个I/O 口 D7 D4上(图 中未标注)。现有技术键盘扫描采用逐行扫描的方法，分为两步进行，第一步对整个键盘所有 行同时进行一次扫描，看是否有键按下。如果有，再进行第二步逐行扫描，以便判断被按下 的键在哪一行，哪一列。然后根据键盘所在行列，就可以识别出按下的键是什么键。具体过 程如下首先，控制单元使I/O 口 D3 D0 = 0000，然后控制单元读取键盘I/O 口 D7 D4，如果 全为1，则表示没有键按下，如果不全为1，则表示有键按下。例如如果读取的I/O 口 D7 D4 的值为1110，，其中有一位为0，表示有键按下，由于“0”位对应的为列C0L0，表示按下的键 在第一列。第二步对键盘进行逐行扫描。当控制单元需要扫描哪一行时，只要使该行输出 数据为“0”，其余行全部为“ 1 ”。然后控制单元读取列口数据，如果全为“ 1 ”，表示该行没有 键按下，如果不全为“ 1”，表示有键按下，根据数据中“0”的位置确定该键的列，则知道该行 该列的键被按下。例如，扫描第一行时，输出0310=1110，如果读取的数据0714 = 1110， 表示第一行第一列的键S1被按下。现有技术存在以下不足由于矩阵键盘中每一行、每一列都要分别占用控制单元 的一个I/O 口，导致整个键盘占用控制单元的I/O 口过多，而且键盘数量越多，占用的I/O 口资源就会越多，所以，一旦想扩展键盘数量，就需要考虑I/O 口资源问题，不能随意扩展。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是解决现有技术的不足，提供一种具有键盘扫描电路的示波器。为解决上述技术问题，本实用新型提供的具有键盘扫描电路的示波器，包括一矩 阵键盘，一用于控制键盘扫描和键值读取的控制单元，还包括一扫描控制模块、一行扫描模 块、一列扫描模块，所述控制单元从时钟引脚向扫描控制模块提供时钟信号，所述控制单元 从帧同步引脚向扫描控制模块提供同步信号，所述扫描控制模块向所述行扫描模块提供选 通信号，所述扫描控制模块向所述列扫描模块提供行选通信号，所述行扫描模块向所述矩 阵键盘提供行扫描信号，所述行扫描模块从所述矩阵键盘获取键值并送到控制单元的数据 引脚，所述列扫描模块向所述矩阵键盘提供列扫描信号。所述扫描控制模块包括一第一计数器和一第二计数器，所述第一计数器的时钟输入端连接所述控制单元的时钟引脚，所述第一计数器和第二计数器的复位引脚连接控制单 元的帧同步引脚，所述第一计数器的输出位依次连接到所述行扫描模块的通道选择输入 端，所述第一计数器的最高输出位连接所述第二计数器的时钟输入端，所述第二计数器的 输出位依次连接到所述列扫描模块的通道选择输入端。所述行扫描模块可以由多路模拟开关构成。所述多路模拟开关的通道输入输出引脚连接矩阵键盘的行引脚，公共输入输出引 脚连接控制单元的数据引脚，所述模拟开关的路数至少大于第一计数器输出的最大值。所述列扫描模块可以由多路模拟开关构成。所述多路模拟开关的公共输入输出引脚接地，多路模拟开关的通道输入输出引脚 连接矩阵键盘的列引脚，所述模拟开关的路数至少大于第二计数器输出的最大值。所述矩阵键盘可以是按键键盘。所述矩阵键盘可以是增量编码器键盘。所述矩阵键盘可以是按键与增量编码器组合的键盘。本实用新型与现有技术相比有如下有益效果本实用新型只利用控制单元一个串 口的时钟引脚、帧同步引脚及数据引脚，就实现了对键盘的扫描、控制及键值读取的功能， 只占用了控制单元较少的资源，且键盘阵列可根据实际需要而随意扩展。
图1是现有技术矩阵键盘的原理说明图图2是本实用新型示波器的原理说明图图3是本实用新型的具体实施例1的原理图图4是本实用新型的具体实施例2的原理图图5是本实用新型计数器31和计数器32对应的各引脚输出波形图6是本实用新型增量式编码器6的应用示意图图7是本实用新型增量式编码器6的输出脉冲图
具体实施方式
以下结合附图说明本实用新型的具体实施方式
。实施例1 参照图2，本实用新型示波器包括用于控制键盘扫描和键值读取的控制单元1和矩阵键盘2，还包括扫描控制模块3、行扫描模块4、列扫描模块5。控制单元1从时钟引脚 CLK向扫描控制模块3提供时钟信号，控制单元1从帧同步引脚CLR向扫描控制模块3提 供同步信号，扫描控制模块3向行扫描模块4提供选通信号、扫描控制模块3向列扫描模块 5提供选通信号。行扫描模块4向矩阵键盘2提供行扫描信号，行扫描模块4从矩阵键盘2 获取键值并送到控制单元1的数据引脚DATA，列扫描模块5向矩阵键盘2提供列扫描信号。参照图3，在本实施例中，控制单元1采用CPU，选用控制单元1的串行口的时钟引 脚CLK、帧同步引脚CLR及数据引脚DATA，实现对矩阵键盘2的扫描、控制及键值的读取。扫 描控制模块3由计数器31和计数器32组成，计数器31和计数器32采用4位二进制计数 器74HC393，行扫描模块4、列扫描模块5选用8路模拟开关74HC4051。计数器31的时钟输 入端连接控制单元1的时钟引脚CLK，计数器31和计数器32的复位引脚MR连接控制单元 1的帧同步引脚CLR，本实施例中，计数器31和计数器32输出均使用3位，计数器31的输 出位Q0、Q1、Q2分别连接到行扫描模块4的通道选择输入端A、B、C，计数器31的输出位Q2 同时连接计数器32的时钟输入端CLK，计数器32的输出位Q0、Q1、Q2依次连接到列扫描模 块5的通道选择输入端A、B、C。本实施例中，行扫描模块4的通道输入输出引脚XO X7分别连接矩阵键盘2的行 引脚ROWO R0W7，行扫描模块4的公共输入输出引脚X连接控制单元1的数据引脚DATA， 列扫描模块5的通道输入输出引脚XO X7分别连接矩阵键盘2的列引脚COLO C0L7，列 扫描模块5的公共输入输出引脚X接地。本实施例中，由于行扫描模块4、列扫描模块5均选用8路模拟开关74HC4051，故 可以实现一个8X8的矩阵。本实施例中实际使用了 48个按键，1个增量式编码器6，共51 个键值。矩阵键盘2的行引脚ROWO R0W7使用IOk电阻连接到电源VCC，使默认输出为
尚ο工作过程如下设置时钟引脚CLK的频率，使一次扫描的时间远小于人按键的时间，比如几十ms。 计数器31的输出位Q2同时连接计数器32的时钟输入端CLK，使得计数器31和计数器32 成为级联的计数器。这样计数器32输出变化1位时，计数器31输出变化一个周期。参照 图5，为计数器31和计数器32对应的各引脚输出波形，其中计数器31输出设为A1、A2、A3， 它们组成数为A，计数器32输出设为Bi、B2、B3,它们组成数为B。从图中可以看到，B从0 变化到7，对应B的一个数值，A也从0变化到7。当计数器31输出为1时，选通行扫描模块4的第1路通道，即使键盘的第UfROWl 连接到数据引脚DATA上，送给控制单元1，完成对第1行的扫描和键值读取。当计数器1输 出由0 7变化时，对键盘的第0行ROWO 第7行R0W7进行扫描和键值读取。计数器32的输出为1时，使列扫描模块5选通第1路，使键盘矩阵的第1列COLl 接地，其余列悬空，即对第1列进行了扫描。当计数器32输出由0 7变化时，对键盘的第 0列COLO 第7列C0L7进行扫描。整个电路工作过程是当计数器32输出为1时，对第1列扫描。计数器32为1时， 计数器31输出从0 7变化，完成对第0行 第7行的扫描和键值读取。当计数器32输 出从0 7变化时，完成对所有列的扫描，综合计数器31和计数器32的变化，从而完成对 所有键的一次扫描过程。[0036]行扫描模块4的公共输入输出引脚X上依次出现各个键的值，频率为计数器31输 出位QO的频率，即CLK频率，行扫描模块4完成了对键值的一个编码过程，将所有键的值以 时钟CLK频率编码成一个串行码，控制单元1可以通过数据引脚DATA对上述串行码进行读 取。当控制单元1接收完所有键值时，帧同步引脚CLR会输出一个同步脉冲，对计数器31 和计数器32进行复位，重新开始键盘扫描读取的过程。矩阵键盘2除使用按键外还可以使用增量式编码器6，参照图6，增量式编码器6 包括了一个旋钮和一个按键，按键脚Sl和按键脚S2间为一个按健。码盘脚E1、E2、E3之间 有一个接触式的码盘，即旋转码盘，脚El、E2、E3间分别导通。参照图3，将增量式编码器6的按键脚S2连接到列COLO上，将码盘脚El通过二极 管Dl连接到行ROWO上、将码盘脚E3通过二极管D2连接到行ROWl上，二极管Dl、D2起到 了单向导通的作用，列COLO接低电平。参照图6，旋转码盘时，码盘脚上出现波形A、B，A波 形比B波形超前90 °，以A波形表示的电平和B波形表示的电平结合起来作为二进制码，则 依次出现11、01、00、10。如果旋转方向相反，则B波形比A波形超前90°，则以A波形表示 的电平和B波形表示的电平结合起来作为二进制码，依次出现11、10、00、01。将增量式编码 器6加入键盘矩阵2中，只需要判断上述二进制码，就可以识别出旋转方向。例如矩阵键盘2中增量式编码器6占用行ROWO R0W1，占用列C0L0，当增量式 编码器6的按键被按下时，行ROWl和列COLO短路，连接到地，通过行扫描模块4和列扫描 模块5，将行ROWl为低电平的状态送到数据引脚DATA上，由控制单元1读取，根据“0”在一 帧数据中的位置，判断出增量式编码器6被按下。当增量式编码器6旋转时，参照图7，A Signal代表行ROWO上出现的电平，B Signal代表行ROWl出现的电平，设第一次扫描出现在位置D，控制单元1读取的数据引 脚DATA上相应行R0W0、行ROWl位为“ 11”，键盘不断扫描，当下一次扫描到下一个状态A Signal "ON", B Signal “OFF”，则控制单元1读取的DATA上相应会出现“01 ”，下一个状态 对应数据引脚DATA上“00”，再对应“10”。即增量式编码器6沿CW方向旋转，数据引脚 DATA上相应行ROWO，行ROWl的数据位变化顺序为“11”、“01”、“00”、“ 10”。若增量式编码器 6沿CW相反方向旋转，则数据弓I脚DATA上相应行ROWO，行ROWl的数据位变化顺序为“ 11 ”、 “10”、“00”、“01”。控制单元1根据数据引脚DATA上这两位的数据变化，判断有旋转，根据 数据变化的规律，判断旋转方向。实施例2:参照图4，在本实施例中，控制单元1采用CPU，选用控制单元1的串行口的时钟引脚CLK、帧同步引脚CLR、数据引脚DATA，实现对矩阵键盘2的扫描、控制及键值的读取。扫 描控制模块3由计数器31和计数器32组成，计数器31和计数器32采用4位二进制计数 器74HC393，行扫描模块4选用16路模拟开关74HC4067、列扫描模块5选用8路模拟开关 74HC4051。计数器31的时钟输入端连接控制单元1的时钟引脚CLK，计数器31和计数器 32的复位引脚MR连接控制单元1的帧同步引脚CLR，本实施例中，计数器31的输出使用4 位，计数器32的输出使用3位，计数器31的输出位Q0、QU Q2、Q3依次连接到行扫描模块 4的通道选择输入端A、B、C、D，计数器31的最高输出位Q3同时连接计数器32的时钟输入 端，计数器32的输出位Q0、Ql、Q2依次连接到列扫描模块5的通道选择输入端A、B、C。本实施例中，行扫描模块4的通道输入输出引脚Xl X9分别连接矩阵键盘2的行引脚ROWO R0W8，行扫描模块4的公共输入输出引脚X连接控制单元1的数据引脚DATA， 列扫描模块5的通道输入输出引脚XO X7分别连接矩阵键盘2的列引脚COLO C0L7，列 扫描模块5的公共输入输出引脚X接地。本实施例中，由于行扫描模块4选用了 16位模拟开关74HC4067、列扫描模块5选用了 8路模拟开关74HC4051，可以实现一个16X8的矩阵。本实施例中使用了 27个按键， 12个增量式编码器6，共63个键值，连接到其中的8行、8列中。矩阵键盘2的行ROWO R0W8使用IOk电阻连接到电源VCC，使默认输出为高。本实施例工作过程与实施例1相同。作为举例说明，行扫描模块4可以选用任意模拟开关，作为举例说明，列扫描模块5可以选用任意模拟开关，作为举例说明，矩阵键盘2可以是按键键盘，作为举例说明，矩阵键盘2可以是增量式编码器键盘，作为举例说明，矩阵键盘2可以是按键与增量式编码器组合的键盘。从实施例1和实施例2中可以看出，本实用新型只利用控制单元⑴一个串口的 时钟引脚、帧同步引脚及数据引脚，就实现了对矩阵键盘⑵的扫描、控制及键值读取的功 能，只占用了控制单元(1)较少的资源，且矩阵键盘(2)的阵列可根据实际需要而扩展。如 果行扫描模块中的模拟开关为N路模拟开关，列扫描模块中的模拟开关为M路模拟开关，则 最多可以实现NXM的键盘矩阵的扫描，此时模拟开关的路数至少大于计数器输出的最大 值。如果需要扩展键盘，只需增加模拟开关的路数就可以实现。
权利要求一种具有键盘扫描电路的示波器，包括一矩阵键盘，一用于控制键盘扫描和键值读取的控制单元，其特征在于还包括一扫描控制模块、一行扫描模块、一列扫描模块，所述控制单元通过一时钟引脚向扫描控制模块提供时钟信号，所述控制单元通过一帧同步引脚向扫描控制模块提供同步信号，所述扫描控制模块向所述行扫描模块提供选通信号，所述扫描控制模块向所述列扫描模块提供行选通信号，所述行扫描模块向所述矩阵键盘提供行扫描信号，所述行扫描模块从所述矩阵键盘获取键值并送到控制单元的一数据引脚，所述列扫描模块向所述矩阵键盘提供列扫描信号。
2.根据权利要求1所述的具有键盘扫描电路的示波器，其特征在于所述扫描控制模 块包括一第一计数器和一第二计数器，所述第一计数器的时钟输入端连接所述控制单元的 时钟引脚，所述第一计数器和第二计数器的复位引脚连接控制单元的帧同步引脚，所述第 一计数器的输出位依次连接到所述行扫描模块的通道选择输入端，所述第一计数器的最高 输出位连接所述第二计数器的时钟输入端，所述第二计数器的输出位依次连接到所述列扫 描模块的通道选择输入端。
3.根据权利要求2所述的具有键盘扫描电路的示波器，其特征在于所述行扫描模块 由一个多路模拟开关组成，所述多路模拟开关的通道输入输出引脚连接矩阵键盘的行引 脚，公共输入输出引脚连接控制单元的数据引脚，所述模拟开关的路数至少大于第一计数 器输出的最大值。
4.根据权利要求2所述的具有键盘扫描电路的示波器，其特征在于所述列扫描模块 由一个多路模拟开关组成，所述多路模拟开关的公共输入输出引脚接地，多路模拟开关的 通道输入输出引脚连接矩阵键盘的列引脚，所述模拟开关的路数至少大于第二计数器输出 的最大值。
5 .根据权利要求1、2、3或4所述的具有键盘扫描电路的示波器，其特征在于所述矩 阵键盘是按键键盘。
6.根据权利要求1、2、3或4所述的具有键盘扫描电路的示波器，其特征在于所述矩 阵键盘是增量式编码器键盘。
7.根据权利要求1、2、3或4所述的具有键盘扫描电路的示波器，其特征在于所述矩 阵键盘是按键与增量式编码器组合的键盘。
专利摘要本实用新型公开了一种具有键盘扫描电路的示波器，包括用于控制键盘扫描和键值读取的控制单元(1)和矩阵键盘(2)，还包括扫描控制模块(3)、行扫描模块(4)、列扫描模块(5)。控制单元(1)向扫描控制模块(3)提供时钟信号和同步信号，扫描控制模块(3)向行扫描模块(4)提供选通信号、扫描控制模块(3)向列扫描模块(5)提供选通信号，行扫描模块(4)向矩阵键盘(2)提供行扫描信号，行扫描模块(4)从矩阵键盘(2)获取键值并送到控制单元(1)的数据引脚，列扫描模块(5)向矩阵键盘(2)提供列扫描信号。本实用新型利用控制单元(1)的一个串口，实现对键盘的扫描、控制及键值读取功能，且键盘阵列可扩展。
文档编号G01R13/00GK201589802SQ20092035070
公开日2010年9月22日 申请日期2009年12月25日 优先权日2009年12月25日
发明者李维森, 王悦, 王铁军 申请人:北京普源精电科技有限公司