专利名称：高可靠性键盘扫描方法
技术领域：
本发明属于键盘扫描技术领域，特别是涉及高可靠性键盘扫描方法。
背景技术：
键盘扫描技术是嵌入式系统设备输入的重要技术方法。当前常用的一些键盘扫描技术或芯片多针对民用领域里的设计应用，在振动、噪声等恶劣环境下抗干扰能力很差，误触发现象时常发生。传统常用的键盘扫描技术方法，键盘扫描硬件电路由若干按键组成一个行列矩阵，逐行(或逐列)输出扫描信号，再逐列(或逐行)读得扫描结果，当某键按下，其所对应的行和列相连通，输出端的扫描信号被输入端检测，由于按键的机械弹性作用，在按键按下的开始和结尾存在“抖动”，传统技术方法通过适当的延迟去抖动处理，获取按键值。在应用环境恶劣的情况下，环境噪声可能会耦合到扫描矩阵的输入端，剧烈的震动也可能会使按键瞬时闭合。这些情况都会使输入端出现一定脉宽的干扰脉冲信号，从而在输入端检测扫描信号时，可能会误判决为键盘按下，并给出错误的按键值。要解决这个问题，若只单纯增加去抖动延迟的时间长度，会造成按键不灵，键盘输入设备难以操作等问题；而若不增加去抖动延迟的长度，则使键盘扫描设备抗干扰能力很差、按键误触发的情形时常发生。因此，传统的这种键盘扫描技术方法难以应用在武器装备级别的环境中。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供高可靠性键盘扫描方法，该扫描方法通过采用创新的技术方案提高了矩阵键盘扫描技术的抗干扰能力、抗误触发能力， 同时具备按键触发时间可设置功能，以及在特定环境应用下滤除特定频率干扰信号等功能，提高键盘设备输入的有效性和可靠性。本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的高可靠性键盘扫描方法，包括如下步骤(1)对键盘进行分级扫描，具体方法为设键盘为X行、Y列的矩阵键盘，由X行产生扫描序列信号，从Y列读取扫描结果，当第i行j列上的按键按下时，第j列和第i行相连通，第j列输入引脚读取到第i行输出引脚扫描脉冲，从而得到坐标为(i，j)的按键按下过程的脉冲信号，其中i e X，j e γ ；(2)对键盘的扫描结果进行数字滤波，包括坐标为(i，j)的按键按下瞬间和按键松开瞬间产生的抖动脉冲的数字滤波，具体方法为按键按下瞬间，出现抖动脉冲，不使滤波输出翻转为高，仍与按键按下之前一致，保持输出为低；按键松开瞬间，出现抖动脉冲，不使滤波输出翻转为低，仍与按键按下过程中一致，保持输出为高；(3)对数字滤波后的键盘扫描结果进行脉宽积分判决，具体方法为使用基准时钟对数字滤波后的坐标为(i，j)的按键脉冲宽度进行积分计数，并对按键脉冲宽度设置阈值，若按键脉冲宽度计数值小于所述阈值，则判断坐标为(i，j)的按键没有被按下，若按键脉冲宽度计数值大于等于所述阈值，则判断坐标为(i，j)的按键被按下。在上述高可靠性键盘扫描方法中，步骤O)中对键盘的扫描结果进行数字滤波还包括按键按下过程中产生的误触发脉冲的数字滤波，具体方法为按键按下过程中，滤波输入输出均为高，当出现误触发脉冲时，不使滤波输出翻转为低，仍与按键按下过程一致，保持输出为高。在上述高可靠性键盘扫描方法中，步骤O)中对键盘的扫描结果进行数字滤波还包括按键按下前、中、后整个过程出现的干扰脉冲的数字滤波，具体方法为按键按下前，滤波输入为低，出现干扰脉冲时，不使滤波翻转为高，仍保持输出为低；按键按下瞬间，出现干扰脉冲，不使滤波输出翻转为高，保持输出为低；按键按下过程中，滤波输入输出均为高，出现干扰脉冲时，不使滤波输出翻转为低，保持输出为高；按键松开瞬间，出现干扰脉冲，不使滤波输出翻转为低，保持输出为高；按键完全松开后，出现干扰脉冲时，不使滤波翻转为高， 输入输出均为低。在上述高可靠性键盘扫描方法中，步骤O)中数字滤波采用N阶D触发器串联构
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成N阶干扰脉冲数字滤波器实现，当D触发器的值为1的数目大于等于"γ时，输出结果为
N
1 ；当D触发器的值不为1的数目小于γ时，不进行翻转，输出结果仍为1 ；当D触发器的值
2NN
为0的数目大于等于γ时，输出结果为0 ；当D触发器的值不为0的数目小于γ，不进行翻
转，输出结果仍为0。在上述高可靠性键盘扫描方法中，步骤(3)中采用脉宽积分判决器进行脉宽积分判决，所述脉宽积分判决器由32位计数器和判决器组成，输入为基准时钟、按键脉冲宽度和所设置的判决阈值，输出为正确的键值，计数器对按键脉冲宽度进行积分计数，判决器将计数值与所设置的阈值进行比较后得出坐标为(i，j)按键的键值。本发明与现有技术相比具有如下有益效果(1)本发明键盘扫描方法使用分级扫描、数字滤波、积分判决等有效技术手段，使键盘设备在恶劣环境具有很强的抗干扰能力和抗误触发能力，此外，本发明还可滤除特定频率干扰信号，因而还特别适用于特定应用环境下，可特别定制的强抗干扰能力，显著提高键盘设备的可靠性，是一项适用于武器装备级别应用的高效高可靠的键盘扫描技术；(2)本发明键盘扫描方法较传统的键盘扫描方法能够去除了抖动脉冲，从而大大增强了去抖动能力，此外本发明中的数字滤波方法可以有效去除误触发脉冲，因而大大增强了抗误触发能力；(3)本发明键盘扫描方法中的数字滤波功能同样可以有效去除干扰脉冲，尤其特定频段的干扰信号时，可通过设置数字滤波器阶数N，实现对特定频率干扰信号的滤除，针对性地消除干扰信号，因此具有很强的抗干扰能力；(4)本发明键盘扫描方法中按键触发时间可设置，通过设置按键积分判决的阈值， 实现按键触发时间的设置，从而实现按键更可靠识别；(5)本发明键盘扫描方法在硬件上，不额外增加任何成本，具有成本低廉，高效可靠的特点，其显著的抗干扰能力和抗误触发能力，及良好的兼容性，可满足各种武器装备系统在恶劣军事环境中的应用需求。
图1为本发明矩阵键盘硬件电路示意图；图2为本发明键盘扫描方法中按键按下瞬间的数字滤波原理示意图；图3为本发明键盘扫描方法中按键按下过程中的数字滤波原理示意图；图4为本发明键盘扫描方法中按键松开瞬间的数字滤波原理示意图；图5为本发明键盘扫描方法中按键脉宽积分判决原理示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述本发明键盘扫描方法在传统键盘扫描矩阵硬件电路的基础上，通过对误码脉冲的数字滤除处理和对扫描结果进行积分判决，采用数字滤波器消除抖动脉冲、干扰脉冲和误触发脉冲，消除了环境造成的干扰脉冲信号对按键检测结果的影响，使系统能够作出有效判决，给出正确的键值。数字滤波采用N阶D触发器串联构成N阶干扰脉冲数字滤波器实现，以N级串联
2N
的D触发器为例，仅当D触发器的值为1的数目大于等于ι时，输出结果为1 ；当D触发器
N
的值不为1的数目小于γ时，保持原来的数值状态，不进行翻转，输出结果仍为1 ；仅当D触
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发器的值为0的数目大于等于+时，输出结果为0 ；当D触发器的值不为0的数目小于*，
持原来的数值状态，不进行翻转，输出结果仍为0。如图1所示为本发明矩阵键盘硬件电路示意图，对于X行Y列矩阵键盘(附图1 中取X = Y = 4以示意)，由χ行产生(输出)扫描序列信号，从Y列读取(输入)扫描结果。当第i行j列上的按键按下时，第j列和第i行相连通，第j列输入引脚读取到第i行输出引脚扫描脉冲，从而得到坐标为(i，j)的按键按下过程脉冲信号，再由数字滤波器滤除抖动脉冲、误触发脉冲、干扰脉冲，最后经过按键脉宽积分判决器输出得到坐标为(i，j) 的按键键值。图2、图3、图4所示，是本发明的关键方法，即N阶数字滤波器滤除抖动脉冲、误触发脉冲和干扰脉冲的原理过程为使说明方便、简洁，附图仅以滤波器阶数N = 3、坐标为 (i，j)按键按下为示例说明。按键的机械动作或环境干扰，使按键扫描脉冲的前沿、后沿、过程中可能存在远小于按键主体脉冲宽度的抖动脉冲、误触发脉冲及干扰脉冲信号。如图2所示为本发明键盘扫描方法中按键按下瞬间前的数字滤波原理示意图，在坐标为(i，j)的按键被按下前，数字滤波的输入为低，输出为低，按键按下瞬间，由于机械的或环境的原因，可能会产生抖动脉冲或干扰脉冲，由于其脉宽小于N/3(其中N为滤波器阶数)，因此滤波器输出并不发生翻转，滤波输出仍保持为低，从而滤除按键按下前的抖动或干扰脉冲。如图3所示为本发明键盘扫描方法中按键按下过程中的数字滤波原理示意图，在坐标为(i，j)的按键被按下过程中，数字滤波的输入为高，输出为高。按键按下过程中，由于机械的或环境的原因，可能会产生误触发脉冲或干扰脉冲，由于其脉宽小于N/3(其中N 为滤波器阶数)，因此滤波器输出并不发生翻转，滤波输出仍保持为高，从而滤除按键按下过程中的误触发或干扰脉冲。如图4所示为本发明键盘扫描方法中按键松开瞬间的数字滤波原理示意图，在坐标为(i，j)的按键被松开后，数字滤波的输入为高，输出为高。按键松开瞬间，由于机械的或环境的原因，可能会产生抖动脉冲或干扰脉冲，由于其脉宽小于N/3(其中N为滤波器阶数)，因此滤波器输出并不发生翻转，滤波输出仍保持为高，从而滤除按键按下过程中的误触发或干扰脉冲。按键脉冲经过数字滤波后，很好地消除了按键整个过程中出现的抖动、误触发、干扰等脉冲信号。此外通过设置积分判决阈值，可实现按键触发时间的可设置功能，能够滤除特定频率的干扰信号等功能，显著提高了键盘设备的输入效率和可靠性。其中按键按下前，滤波输入为低，出现干扰脉冲时，不使滤波翻转为高，仍保持输出为低，此处省略附图；按键完全松开后，出现抖动脉冲或干扰脉冲时，不使滤波翻转为高， 输入输出均为低，此处省略附图。如图5所示为本发明键盘扫描方法中按键脉宽积分判决原理示意图，经过数字滤波后的按键脉冲，由脉宽积分判决器输出按键值，脉宽积分判决器采用32位计数器和判决器组成，数字积分判决的输入为基准时钟、按键脉冲宽度和所设置的判决阈值，输出为正确的键值，计数器对按键脉冲宽度进行积分计数，判决器将计数值与所设置的阈值进行比较， 如果计数值小于阈值，则认为按键(i，j)没有被按下，如果计数值大于等于阈值，则认为按键(i，j)被按下，并输出所按下的键值。本发明较传统的键盘扫描技术有较强的去抖动能力按键按下的机械动作会产生一定程度的抖动脉冲，传统键盘扫描技术方法中，采用时间延迟的方法消除抖动脉冲，但这种方法并没有消除抖动脉冲，只是通过时间延迟跳过抖动脉冲的检测。若延迟时间太短，达不到去抖动目的；若延迟时间太长，又会使按键不灵。本发明则能够去除了抖动脉冲，从而大大增强了去抖动能力。本发明较传统的键盘扫描技术有较强的抗误触发能力环境的振动会引起键盘瞬时闭合，产生误触发脉冲。在传统键盘扫描技术方法中，并没有有效的抗振动性能，而本发明中的数字滤波方法可以有效去除误触发脉冲，因而大大增强了抗误触发能力。本发明较传统的键盘扫描技术有较强的抗环境干扰能力当应用环境中存在较强的干扰信号时，矩阵键盘输出端可能会耦合上较强的干扰脉冲，本发明中的数字滤波功能同样可以有效去除干扰脉冲，尤其特定频段的干扰信号时，可通过设置数字滤波器阶数N， 针对性地消除干扰信号，因此具有很强的抗干扰能力。以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
权利要求
1.高可靠性键盘扫描方法，其特征在于包括如下步骤(1)对键盘进行分级扫描，具体方法为设键盘为X行、Y列的矩阵键盘，由X行产生扫描序列信号，从Y列读取扫描结果，当第i行j列上的按键按下时，第j列和第i行相连通， 第j列输入引脚读取到第i行输出引脚扫描脉冲，从而得到坐标为(i，j)的按键按下过程的脉冲信号，其中i e X，j G Y;(2)对键盘的扫描结果进行数字滤波，包括坐标为(i，j)的按键按下瞬间和按键松开瞬间产生的抖动脉冲的数字滤波，具体方法为按键按下瞬间，出现抖动脉冲，不使滤波输出翻转为高，仍与按键按下之前一致，保持输出为低；按键松开瞬间，出现抖动脉冲，不使滤波输出翻转为低，仍与按键按下过程中一致，保持输出为高；(3)对数字滤波后的键盘扫描结果进行脉宽积分判决，具体方法为使用基准时钟对数字滤波后的坐标为(i，j)的按键脉冲宽度进行积分计数，并对按键脉冲宽度设置阈值， 若按键脉冲宽度计数值小于所述阈值，则判断坐标为(i，j)的按键没有被按下，若按键脉冲宽度计数值大于等于所述阈值，则判断坐标为(i，j)的按键被按下。
2.根据权利要求1所述的高可靠性键盘扫描方法，其特征在于所述步骤O)中对键盘的扫描结果进行数字滤波还包括按键按下过程中产生的误触发脉冲的数字滤波，具体方法为按键按下过程中，滤波输入输出均为高，当出现误触发脉冲时，不使滤波输出翻转为低，仍与按键按下过程一致，保持输出为高。
3.根据权利要求1或2所述的高可靠性键盘扫描方法，其特征在于所述步骤O)中对键盘的扫描结果进行数字滤波还包括按键按下前、中、后整个过程出现的干扰脉冲的数字滤波，具体方法为按键按下前，滤波输入为低，出现干扰脉冲时，不使滤波翻转为高，仍保持输出为低；按键按下瞬间，出现干扰脉冲，不使滤波输出翻转为高，保持输出为低；按键按下过程中，滤波输入输出均为高，出现干扰脉冲时，不使滤波输出翻转为低，保持输出为高；按键松开瞬间，出现干扰脉冲，不使滤波输出翻转为低，保持输出为高；按键完全松开后，出现干扰脉冲时，不使滤波翻转为高，输入输出均为低。
4.根据权利要求1或2所述的高可靠性键盘扫描方法，其特征在于所述步骤(2)中数字滤波采用N阶D触发器串联构成N阶干扰脉冲数字滤波器实现，当D触发器的值为1的2NN数目大于等于I时，输出结果为1 ；当D触发器的值不为1的数目小于y时，不进行翻转，2N输出结果仍为1 ；当D触发器的值为0的数目大于等于j时，输出结果为0 ；当D触发器的N值不为0的数目小于y，不进行翻转，输出结果仍为0。
5.根据权利要求1所述的高可靠性键盘扫描方法，其特征在于所述步骤(3)中采用脉宽积分判决器进行脉宽积分判决，所述脉宽积分判决器由32位计数器和判决器组成，输入为基准时钟、按键脉冲宽度和所设置的判决阈值，输出为正确的键值，计数器对按键脉冲宽度进行积分计数，判决器将计数值与所设置的阈值进行比较后得出坐标为(i，j)按键的键值。
全文摘要
本发明涉及高可靠性键盘扫描方法，是一项新的键盘扫描技术方法，主要用于恶劣环境中武器装备相关的嵌入式系统的键盘输入设备驱动，它采用分级扫描、数字滤波、积分判决等一系列有效的技术手段，显著提高键盘设备的抗干扰能力和抗误触发能力，此外，本发明还实现了按键触发时间可以设置、能够滤除特定频率的干扰信号等功能，使得键盘设备具备了针对特定应用环境特别定制的强抗干扰能力，本发明技术方案在硬件上，不额外增加任何成本，具有成本低廉，高效可靠的特点，其显著的抗干扰能力和抗误触发能力，及良好的兼容性，可满足各种武器装备系统在恶劣军事环境中的应用需求。
文档编号H03M11/20GK102523002SQ20111037190
公开日2012年6月27日 申请日期2011年11月22日 优先权日2011年11月22日
发明者孙甲琦, 杜亚珍, 王佳佳, 陈书聪, 顾兴旺, 龚立东 申请人:北京遥测技术研究所