数字旋钮开关复用装置及采用所述装置的电子设备的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种数字旋钮开关复用装置及采用所述装置的电子设备，包括多路不同幅值的供电电源、数字旋钮开关和处理器；所述多路不同幅值的供电电源通过选通器件选择其中一路供电电源为数字旋钮开关供电，所述处理器根据数字旋钮开关的供电电源大小判断当前选定的被控对象。本发明通过改变输出至数字旋钮开关的供电电源的幅值，来实现对当前所要调节的被控对象的自动识别，由此使得多种被控对象可以共用一个数字旋钮开关进行参数调节，将其应用在需要对多种被控对象进行逐级调节的电子设备中，不仅可以简化电子设备的电路结构，降低硬件成本，而且仅需占用处理器的两路接口资源即可完成对多种被控对象的调节任务，极大简化了系统电路的设计难度。
【专利说明】数字旋钮开关复用装置及采用所述装置的电子设备
【技术领域】
[0001]本发明属于旋钮开关【技术领域】，具体地说，是涉及一种针对数字旋钮开关设计的电路结构以及采用该数字旋钮开关电路设计的电子设备。
【背景技术】
[0002]数字旋钮开关是一种通过调节旋钮的转动位置来对电子设备的工作状态进行操作的手动开关，目前已经被广泛应用在很多类型的电子设备上，例如:可以应用在音响、收音机、对讲机等音频输出设备上，用于调节麦克风或者扬声器的音量大小；应用在台灯、手电筒等照明设备上，可以实现对照明亮度的有效调节；应用在某些显示设备上，可以实现对画面売度的手动调节；等等。
[0003]这种采用数字旋钮开关对被控对象(例如音量、亮度等)进行多级调节或者连续调节的控制方式，其在电路结构设计上，目前都是采用为每一个被控对象配置一颗旋钮开关，并占用处理器的两路GPIO 口的方式进行设计，处理器通过侦测其两路GPIO 口的相位差来识别旋钮是正转还是反转，从而实现对音量、照明强度、画面亮度等被控对象的手动调节。
[0004]很显然，这种传统针对数字旋钮开关设计的控制电路，在应用到某些自身就要求对多种(以下用N种表示)被控对象进行调节的电子设备上时，就需要在该类电子设备上配置N颗旋钮开关，并需要占用电子设备中处理器的2N路GPIO 口，完成对N种待调应用的侦测和参数调节。这不仅会导致电子设备硬件成本的升高，体积的增大，而且需要占用处理器的大量接口资源，这对于某些接口资源相对紧缺的处理器来说，无疑会增大系统电路的设计难度。
【发明内容】
[0005]本发明为了解决现有针对数字旋钮开关设计的控制电路，一颗旋钮开关只能调节一个被控对象，功能单一、资源占用量大的问题，提出了一种数字旋钮开关复用装置，实现了多种被控对象对一颗数字旋钮开关的复用，电路设计简单，显著节约了资源。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现:
一种数字旋钮开关复用装置，包括多路不同幅值的供电电源、数字旋钮开关和处理器；所述多路不同幅值的供电电源通过选通器件选择其中一路供电电源为数字旋钮开关供电，所述处理器根据数字旋钮开关的供电电源大小判断当前选定的被控对象。
[0007]进一步的，所述处理器连接数字旋钮开关的侦测端和状态端，在通过选通器件选择其中一路供电电源之后且数字旋钮开关转动之前，处理器通过检测所述侦测端或者状态端的电压幅值，来判断当前选定的被控对象。
[0008]优选的，所述数字旋钮开关的状态端连接处理器的ADC接口，侦测端连接处理器的GPIO 口 ；处理器通过检测其ADC接口转换输出的电压值判断当前选定的被控对象，通过检测其所述GPIO 口的高低电平状态，判断数字旋钮开关是否转动。
[0009]又进一步的，所述处理器根据数字旋钮开关的状态端和侦测端之间的相位差，判断数字旋钮开关的转动方向，进而根据转动方向调节被控对象的参数值增大或者减小。
[0010]为了简化电路设计，在所述供电电源中包括一路电压幅值最高的直流电源，其余各路供电电源均由该路电压幅值最高的直流电源经由分压电路分压转换生成。
[0011]进一步的，通过所述分压电路分压转换生成的各路供电电源各自经由一路防倒灌电路输出至数字旋钮开关的供电端。
[0012]当所述被控对象为两种时，所述选通器件可以采用一颗按键开关进行电路设计，将所述按键开关连接在所述电压幅值最高的直流电源与数字旋钮开关的供电端之间；所述分压电路连接在电压幅值最高的直流电源与地之间，分压节点连接所述数字旋钮开关的供电端。
[0013]当所述被控对象为两种或者两种以上时，所述选通器件可以采用一颗单刀多掷开关进行电路设计，将所述单刀多掷开关的公共端连接所述电压幅值最高的直流电源，其中一路选通端直接连接所述数字旋钮开关的供电端，另外各路选通端各自通过一组分压电路接地，每一组分压电路的分压节点各自连接所述数字旋钮开关的供电端；或者所述分压电路为一路具有多个分压节点的电路，一端连接所述电压幅值最高的直流电源，另一端接地，所述单刀多掷开关的公共端连接所述数字旋钮开关的供电端，各路选通端相应地选通连接各个分压节点。
[0014]优选的，所述电压幅值最高的直流电源通过滤波电容接地，以提高所述直流电源的稳定性。
[0015]基于上述数字旋钮开关复用装置，本发明还提出了一种采用所述数字旋钮开关复用装置设计的电子设备，包括多路不同幅值的供电电源、数字旋钮开关和处理器；所述多路不同幅值的供电电源通过选通器件选择其中一路供电电源为数字旋钮开关供电，所述处理器根据数字旋钮开关的供电电源大小判断当前选定的被控对象。由此，仅需使用一个数字旋钮开关即可满足多种被控对象的参数调节需求。
[0016]与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是:本发明通过改变输出至数字旋钮开关的供电电源的幅值，来实现对当前所要调节的被控对象的自动识别，由此使得多种被控对象可以共用一个数字旋钮开关进行参数调节，将其应用在需要对多种被控对象进行逐级调节的电子设备中，不仅可以简化电子设备的电路结构，降低硬件成本，节约电子设备的空间；而且在电路设计上仅需占用处理器的两路接口资源即可完成对多种被控对象的调节任务，在显著节约处理器接口资源的基础上，简化了 PCB的走线设计，尤其适合应用在处理器的接口资源相对紧缺的系统电路设计中，以简化系统电路设计的难度。
[0017]结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本发明所提出的数字旋钮开关复用装置的一种实施例的电路原理图；
图2是本发明所提出的数字旋钮开关复用装置的另外一种实施例的电路原理图；
图3是本发明所提出的数字旋钮开关复用装置的又一种实施例的电路原理图；
图4是数字旋钮开关右转时，A、B两个端口的电平变化时序图；
图5是数字旋钮开关左转时，A、B两个端口的电平变化时序图。【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步详细地说明。
[0020]本实施例的数字旋钮开关复用装置为了实现一颗数字旋钮开关对N种被控对象(例如音量、亮度等)的兼容调节，首先在电路设计上，为数字旋钮开关提供多路不同幅值的供电电源，每一路供电电源对应一个被控对象。利用选通器件在所述的各路供电电源之间进行选择切换，根据用户当前需要调节的被控对象，选通与之对应的一路供电电源为数字旋钮开关供电。然后，利用处理器检测施加到数字旋钮开关的供电电源，根据检测出的供电电源大小，便可识别出当前需要调节的是哪一个被控对象，进而根据数字旋钮开关的旋转方向，对该被控对象的参数进行逐级或者连续调节。
[0021]对于所述的多路供电电源，以N路为例进行说明，所述N为大于I的自然数，既可以采用N路独立的直流电源直接提供；也可以采用在数字旋钮开关复用装置中的电源板上设置N-1路稳压芯片，利用稳压芯片对装置中的其中一路直流电源进行稳压变换，以生成所需的其余N-1路电压幅值不同的供电电源。对于前一种设计方案来说，仅适用于装置自身即已具备多路直流电源的情况，利用各路既有的直流电源直接为数字旋钮开关供电，在电路设计上显然是最简单经济的，但是，目前能同时提供多路直流供电的电子设备毕竟少见，因此其适用领域比较受限。对于装置自身仅具有一路或者少于N路直流电源的情况，若采用上述后一种设计方案，无疑会导致整个电路成本的升高，PCB板占用面积的增大。为了解决这一问题，本实施例提出采用设计分压电路的方式，选择装置中的一路直流电源VDD连接所述的分压电路，利用分压电路对该路直流电源VDD进行分压变换，进而生成其余的N-1路供电电源，以满足设计需求。
[0022]很显然，通过分压电路变换输出的各路供电电源，其幅值肯定低于所述的直流电源VDD，只要对分压电路进行合理地配置，使其输出的N-1路供电电源的电压幅值各不相同，并且每一路供电电源都能满足数字旋钮开关的供电要求，那么配合直流电源VDD，即可为数字旋钮开关提供N路不同幅值的供电电源，在满足对N种被控对象准确识别的前提下，简化装置的整体电路结构。分压电路可以由电阻串联而成，也可以由电阻和稳压管串联而成。串联的节点为分压输出端，输出相应幅值的供电电源。
[0023]下面结合图1至图3分别阐述两种数字旋钮开关复用电路的具体组建结构及其工作原理。
[0024]参见图1所示，对于被控对象只有两个的情况(即N=2)，可以采用一颗按键开关S2作为所述的选通器件，连接在直流电源VDD与数字旋钮开关DS的供电端VCC之间。按照本实施例所提出的设计思想，两个被控对象需要两路供电电源进行识别，将装置中既有的一路直流电源VDD作为其中一路供电电源，那么仅需要设计一组分压电路对所述的直流电源VDD进行分压变换，即可生成第二路供电电源，满足设计需求。
[0025]基于此，本实施例采用两个分压电阻Rl、R2连接形成所述的分压电路，连接在所述的直流电源VDD与地之间，对直流电源VDD进行分压变换。将分压电路的分压节点(即分压电阻Rl、R2的中间节点)连接一防倒灌二极管Dl的阳极，防倒灌二极管Dl的阴极连接数字旋钮开关DS的供电端VCC，通过分压电路的分压节点输出第二路直流电源VDD1，为数字旋钮开关DS供电。数字旋钮开关DS的接地端GND连接PCB板的系统地。防倒灌二极管Dl主要是防止电压倒灌，稳定数字旋钮开关DS的供电端VCC的输入，因此本实施例不限定于防倒灌二极管Dl形成的防倒灌电路，只要能起到防倒灌作用的防倒灌电路都可以替代，例如防倒灌二极管Dl形成的防倒灌电路可以替换为三极管和/或MOS管等形成的防倒灌电路。
[0026]为了使输出至数字旋钮开关DS的各路直流电源VDD、VDDl稳定，本实施例在所述直流电源VDD与地之间还连接有滤波电容Cl，以滤除供电线路中的噪波干扰。
[0027]将数字旋钮开关DS连接处理器MCU，通过处理器MCU来检测数字旋钮开关DS的供电电源大小，进而实现对当前所选定被控对象的识别。在本实施例中，所述处理器MCU可以选用一颗低成本的单片机进行电路的具体设计，以降低整机的硬件成本。为了进一步节约处理器MCU的接口资源，对于施加到数字旋钮开关DS的供电电源大小，本实施例优选采用通过检测数字旋钮开关DS的状态端A或者侦测端B的高电平幅值的方法兼容实现。由于数字旋钮开关DS的转动状态，需要通过检测其状态端A和侦测端B的相位变化来实现，而通过状态端A和侦测端B输出的信号均为高低电平的脉冲信号，并且高电平的幅值刚好等于输入到数字旋钮开关DS的供电电源的电压幅值。因此，在设计数字旋钮开关DS与处理器MCU的连接线路时，只需占用处理器MCU的两路接口，分别连接数字旋钮开关DS的状态端A和侦测端B，即可在满足对数字旋钮开关DS转动状态检测要求的同时，实现对数字旋钮开关DS供电电源大小的检测。
[0028]在本实施例中，优选采用处理器MCU的一路GPIO 口(例如中断信号接口 INT)连接数字旋钮开关DS的侦测端B，根据侦测端B的高低电平状态判断数字旋钮开关DS是否转动；选择处理器MCU的一路ADC接口连接数字旋钮开关DS的状态端A，根据状态端A的高电平幅值大小，判断当前选中的被控对象。
[0029]下面结合图1对本实施例所提出的数字旋钮开关复用装置的具体工作原理进行详细阐述。
[0030]假设某电子设备需要对扬声器音量和画面亮度两个被控对象进行逐级或者连续调节，且当选用直流电源VDD为数字旋钮开关DS供电时，表示要求调节的被控对象是扬声器音量；当选用分压后的直流电源VDDl为数字旋钮开关DS供电时，表示要求调节的被控对象是画面亮度。
[0031]当用户需要对该电子设备的扬声器音量进行调节时，闭合按键开关S2，使用直流电源VDD为数字旋钮开关DS供电。由于直流电源VDD的电压幅值高于分压后的直流电源VDDl的电压幅值，因此防倒灌二极管Dl反偏截止，阻断直流电源VDDl的输出。此时，通过数字旋钮开关DS的状态端A和侦测端B分别输出高电平，且幅值等于直流电源VDD的电压幅值。当处理器MCU通过其ADC接口检测到数字旋钮开关DS的状态端A的电压幅值为VDD时，判定当前的被控对象是扬声器。
[0032]之后，用户可以旋转数字旋钮开关DS对扬声器的音量进行调节。当用户转动数字旋钮开关DS时，数字旋钮开关DS的侦测端B在某一时刻会由高电平跳变为低电平，进而向处理器MCU的中断信号接口 INT发送一个中断信号，使处理器MCU进入中断程序。在中断进程中，处理器MCU继续监测数字旋钮开关DS的状态端A的电平变化，若状态端A的电位由低电平变为高电平，则表示数字旋钮开关DS右转，结合图4所示，此时处理器MCU通过其内部程序控制扬声器的音量增大；若状态端A的电位由高电平变为低电平,贝U表不数字旋钮开关DS左转，结合图5所示，此时处理器MCU通过其内部程序控制扬声器的音量减小，由此实现对扬声器音量的调节。
[0033]当用户需要对该电子设备的画面亮度进行调节时，抬起按键开关S2，切断直流电源VDD向数字旋钮开关DS的直接供电，转而使用通过分压电路分压后输出的直流电源VDDl向数字旋钮开关DS供电。此时，处理器MCU通过检测其ADC接口的电压幅值由VDD变为VDD1，即可准确地判断出当前需要调节的被控对象已变为画面亮度。
[0034]之后，用户便可以通过旋转数字旋钮开关DS来对电子设备上显示屏显示的画面亮度进行自由调节。具体调节过程同上述扬声器音量的调节过程，本实施例在此不再重复说明。
[0035]图1所示的电路组建结构仅适用于被控对象为两个的情况，对于被控对象超过两个的电子设备，本实施例进一步提出了如图2、图3所示的电路设计方案。
[0036]对于被控对象超过两个的情况，本实施例选用一颗单刀多掷开关S3作为所述的选通器件进行电路的具体设计，并提出两种具体电路组建方案:
其一是，参见图2所示，将单刀多掷开关S3的公共端I连接直流电源VDD，并通过滤波电容C2接地，以用于滤除直流电源VDD中的干扰信号；将单刀多掷开关S3的其中一路选通端4连接至数字旋钮开关DS的电源端VCC，所述数字旋钮开关DS的接地端GND连接PCB板的系统地；将单刀多掷开关S3的其余各路选通端3、2各自通过一路分压电路接地，每一路分压电路均可以采用两个分压电阻连接而成，例如:采用分压电阻R5、R6连接形成第一组分压电路，连接在单刀多掷开关S3的选通端3与系统地之间，其分压节点通过防倒灌二极管D2 (或其他组建结构的防倒灌电路)连接数字旋钮开关DS的电源端VCC，为数字旋钮开关DS提供第二路供电电源VDD2。同理，采用分压电阻R3、R4连接形成第二组分压电路，连接在单刀多掷开关S3的选通端2与系统地之间，其分压节点通过防倒灌二极管D3连接数字旋钮开关DS的电源端VCC，为数字旋钮开关DS提供第三路供电电源VDD3。在电路设计上，只要对两组分压电路的阻值进行合理配置，使通过两个分压节点输出的分压值不同，即可满足向数字旋钮开关DS提供多路不同幅值的直流供电的要求。
[0037]图2所示的电路结构使用单刀三掷开关S3配合两组分压电路，可以为数字旋钮开关DS提供三路供电电源VDD、VDD2、VDD3，进而满足对三个被控对象的调节要求。若被控对象的数目更多，以N个被控对象为例进行说明，则可以选用单刀N掷开关配合N-1组分压电路，生成N路不同幅值的供电电源，以满足电路的设计要求。
[0038]其二是，采用多于两个的分压电阻串联，形成一路具有多个分压节点的分压电路。如图3所示，以选用四个分压电阻R7-R10串联形成一路具有三个分压节点的分压电路为例进行说明。将所述分压电路的一端连接至直流电源VDD，另一端接地，三个分压节点分别与所述单刀多掷开关S4的三路选通端2、3、4 一一对应连接，将单刀多掷开关S4的公共端I连接所述数字旋钮开关DS的供电端VCC。由此，在对单刀多掷开关S4的各路选通端进行选择切换时，由于通过所述分压电路的不同分压节点输出的供电电源VDD4或VDD5或VDD6的电压幅值各不相同，因此可以满足为数字旋钮开关DS提供不同供电电源，以用于识别被控对象类型的设计要求。
[0039]图3所示的电路组建方案可以满足被控对象为三个时，各被控对象参数值的多级调节。当然，对于被控对象多于三个的情况，只需选用更多的分压电阻串联形成所述的分压电路，提供更多的分压节点与单刀多掷开关S4的多路选通端一一对应连接，便可为数字旋钮开关DS提供更多不同幅值的供电电源，以满足对更多被控对象的识别要求，本实施例并不仅限于以上举例。
[0040]结合图2，本实施例以三个被控对象为例对采用单刀多掷开关设计的数字旋钮开关复用装置的具体工作原理进行详细地说明。假设三个被控对象分别为扬声器音量、耳机音量和画面亮度。
[0041]当用户需要对电子设备上的扬声器进行音量调节时，首先将单刀多掷开关S3切换到选通端4，使其公共端I与选通端4连通，利用直流电源VDD直接向数字旋钮开关DS供电。此时，处理器MCU检测到数字旋钮开关DS的状态端A的电平幅值为VDD，由此判断出当前需要调节的被控对象是扬声器。之后，处理器MCU通过检测数字旋钮开关DS的状态端A与侦测端B的相位变化，即可识别出数字旋钮开关DS的转动方向，进而通过内部程序控制扬声器音量变大或者减小。
[0042]当用户需要对电子设备上的麦克风进行音量调节时，可以将单刀多掷开关S3切换到选通端3，使其公共端I与选通端3连通，利用分压电阻R5、R6分压后输出的直流电源VDD2向数字旋钮开关DS供电。此时，处理器MCU检测到数字旋钮开关DS的状态端A的电平幅值变为VDD2，由此便判断出当前需要调节的被控对象为麦克风。之后，用户通过转动数字旋钮开关DS，即可实现对麦克风音量的自由调节。
[0043]同理，当用户需要对电子设备的画面亮度进行调节时，只需将单刀多掷开关S3切换到选通端2，使其公共端I与选通端2连通，利用分压电阻R3、R4分压后输出的直流电源VDD3向数字旋钮开关DS供电。此时，处理器MCU通过检测数字旋钮开关DS的状态端A的电平变化(变为VDD3)，即可判断出当前需要调节的被控对象已变为画面亮度，从而根据数字旋钮开关DS的转动方向，实现对显示屏画面亮度的逐级调节。
[0044]对于更多数目的被控对象，可以仿照图2及上面的描述进行扩展设计，本实施例在此不再展开说明。
[0045]当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本【技术领域】的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种数字旋钮开关复用装置，其特征在于:包括多路不同幅值的供电电源、数字旋钮开关和处理器；所述多路不同幅值的供电电源通过选通器件选择其中一路供电电源为数字旋钮开关供电，所述处理器根据数字旋钮开关的供电电源大小判断当前选定的被控对象。
2.根据权利要求1所述的数字旋钮开关复用装置，其特征在于:所述处理器连接数字旋钮开关的侦测端和状态端，在通过选通器件选择其中一路供电电源之后且数字旋钮开关转动之前，处理器通过检测所述侦测端或者状态端的电压幅值，来判断当前选定的被控对象。
3.根据权利要求2所述的数字旋钮开关复用装置，其特征在于:所述数字旋钮开关的状态端连接处理器的ADC接口，侦测端连接处理器的GPIO 口 ；处理器通过检测其ADC接口转换输出的电压值判断当前选定的被控对象，通过检测其所述GPIO 口的高低电平状态，判断数字旋钮开关是否转动。
4.根据权利要求3所述的数字旋钮开关复用装置，其特征在于:所述处理器根据数字旋钮开关的状态端和侦测端之间的相位差，判断数字旋钮开关的转动方向，进而根据转动方向调节被控对象的参数值增大或者减小。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的数字旋钮开关复用装置，其特征在于:在所述供电电源中包括一路电压幅值最高的直流电源，其余各路供电电源均由该路电压幅值最高的直流电源经由分压电路分压转换生成。
6.根据权利要求5所述的数字旋钮开关复用装置，其特征在于:通过所述分压电路分压转换生成的各路供电电源各自经由一路防倒灌电路输出至数字旋钮开关的供电端。
7.根据权利要求5所述的数字旋钮开关复用装置，其特征在于:当所述被控对象为两种时，所述选通器件为一按键开关，所述按键开关连接在所述电压幅值最高的直流电源与数字旋钮开关的供电端之间；所述分压电路连接在电压幅值最高的直流电源与地之间，分压节点连接所述数字旋钮开关的供电端。
8.根据权利要求5所述的数字旋钮开关复用装置，其特征在于:当所述被控对象为两种或两种以上时，所述选通器件为一单刀多掷开关；所述单刀多掷开关的公共端连接所述电压幅值最高的直流电源，其中一路选通端直接连接所述数字旋钮开关的供电端，另外各路选通端各自通过一组分压电路接地，每一组分压电路的分压节点各自连接所述数字旋钮开关的供电端；或者所述分压电路为一路具有多个分压节点的电路，一端连接所述电压幅值最高的直流电源，另一端接地，所述单刀多掷开关的公共端连接所述数字旋钮开关的供电端，各路选通端相应地选通连接各个分压节点。
9.根据权利要求5所述的数字旋钮开关复用装置，其特征在于:所述电压幅值最高的直流电源通过滤波电容接地。
10.一种电子设备，其特征在于:设置有如权利要求1至9中任一项权利要求所述的数字旋钮开关复用装置。
【文档编号】G05B19/042GK103676729SQ201310620011
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年11月29日 优先权日:2013年11月29日
【发明者】邓雪冰 申请人:青岛歌尔声学科技有限公司