CN1952853B

CN1952853B - 按键装置及其按键侦测方法

Info

Publication number: CN1952853B
Application number: CN2005101090468A
Authority: CN
Inventors: 黄伟智
Original assignee: Princeton Technology Corp
Current assignee: Princeton Technology Corp
Priority date: 2005-10-18
Filing date: 2005-10-18
Publication date: 2010-04-07
Anticipated expiration: 2025-10-18
Also published as: CN1952853A

Abstract

本发明提供一种按键装置及其按键侦测方法，设有一电压源以及多个按键，电压源连接于多个按键的一端，包括：一充电模块，用以提供相对应多个按键的多条充电路径，当至少一按键被按压时，产生对应的至少一导通的充电路径；一负载电容，用以自对应的至少一导通的充电路径取得电能以产生一充电信号；一控制模块，具有多个控制电容，当至少一按键被按压而产生一控制信号时，对应该按键被导通的控制电容用以传送控制信号；一微控制器，于接收控制信号时，计算充电信号达到一第一预定电压的一充电时间，并依据充电时间来判断是何种按键组合被按压。本发明无需使用大量的接脚，亦无需使用昂贵的零件，故可提供设计者更大的弹性，有效减少成本。

Description

按键装置及其按键侦测方法

技术领域

本发明是有关于一种电子产品，特别是有关于一种按键装置及其按键侦测方法。

背景技术

请参阅图1，图1显示第一现有按键装置100的示意图。按键装置100包含有一微控制器(MCU)110、多个接脚121、122、123以及124，以及多个按键131、132、133以及134。如图所示，按键131、132、133以及134分别透过接脚121、122、123以及124耦接于微控制器110。举例来说，当使用者按压按键131时，接脚121上的电子信号即产生变化，此时微控制器110可透过接脚121所传送的电子信号来侦测出按键131被按压，并针对被按压的按键131进行相关后续处理。由上述说明可知，按键装置100在侦测按键时，需要具备有与按键个数相同的接脚个数；换句话说，若是按键装置具有N个按键，则微控制器亦需要具有N个接脚。理论上微控制器的接脚个数并未有所限制，然而，在实际应用上，接脚个数愈多的微控制器其晶片面积愈大，且成本愈高。

请参阅图2，图2显示第二现有按键装置200的示意图。按键装置200包含有一微控制器(MCU)210、多个接脚221、222、223、224、225以及226，以及多个按键231、232、233、234、235、236、237、238以及239。各个接脚的连接关系说明如下：接脚221耦接于按键231、232、233的一端；接脚222耦接于按键234、235、236的一端；接脚223耦接于按键237、238、239的一端；接脚224耦接于按键231、234、237的另一端；接脚225耦接于按键232、235、238的另一端；接脚226耦接于按键233、236、239的另一端。接脚221、222、223是用以传送致能信号至其耦接按键，而当一特定按键被致能时，对应的接脚(接脚224、225、226之一)则可侦测出该特定按键被按压。举例来说，当使用者按压按键231时，接脚221传送致能信号给231，微控制器210可透过按键231对应的耦接接脚224侦测到按键231被按压。由上述说明可知，按键装置200在侦测按键时，9个按键仅需6个接脚即可，至于接脚个数N和按键个数M的关系则可经由设计而有其它不同的变化，一般来说，接脚个数N设计成小于按键个数M。相较于第一现有按键装置100，在一预定的按键个数下，选用按键装置200的架构可以减少所需的接脚个数，而这样的架构常见于遥控器内部电路的设计。

请参阅图3，图3显示第三现有按键装置300的示意图。按键装置300包含有一微控制器(MCU)310、多个接脚321与322、一模拟数字转换器(analog-to-digital converter，ADC)340、以及多个按键331、332、333、以及334。多个按键331、332、333、以及334耦接至模拟数字转换器340的模拟输入，模拟数字转换器340的数字输出则耦接至微控制器(MCU)310的多个接脚321与322。由于每一按键所串接电阻的电阻值皆不相同(例如按键332所串接的电阻值为2R)，是以当任一按键被按压时，模拟数字转换器340的模拟输入端产生的电压位阶皆不相同，在此共有4种不同的电压位阶，对应模拟数字转换器330的输出脚位个数为log₂4＝2。由上述说明可知，若是按键装置300具有N个按键，则微控制器至少需要具有log₂N个接脚。相较于按键装置100与200，当所需的按键个数愈来愈多时，按键装置300可大幅减少所需的接脚个数。然而，模拟数字转换器相当昂贵，且亦具有一定的面积，容易造成设计时面积的浪费与成本的增加。

请参阅图4，图4显示第四现有按键装置400的示意图，其包含有一控制单元410，其作法与按键装置300相同，皆是利用电压位阶不同来判断哪一个按键被按压，同样具有设计时产生体积浪费与增加成本的缺点，进一步的详细说明请参阅中国台湾专利案号I226731，在此不再赘述。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种按键装置，设有一电压源以及多个按键，该电压源连接于多个按键的一端，用以提供电能，该按键装置包括：一充电模块、一负载电容、一控制模块以及一微控制器。充电模块具有多个充电电阻，分别耦接于多个按键的另一端，用以提供相对应该多个按键的多条充电路径，当多个按键中至少一按键被按压时，产生相对应的至少一导通的充电路径；负载电容耦接于充电模块，用以自相对应的该至少一导通的充电路径取得电压源所提供的电能以产生一充电信号；控制模块具有多个控制电容，分别耦接于多个按键的另一端以及多个充电电阻，用以当至少一按键被按压而产生一控制信号时，对应该按键被导通的控制电容来传送控制信号；以及微控制器耦接于控制模块以及充电模块，于接收控制电容所传送的控制信号时，用以计算充电信号达到一第一预定电压的一充电时间，并依据充电时间来判断是何单独按键或何种按键组合被按压。每一充电电阻是具有不同的电阻值以对应不同的充电时间。

本发明所述的按键装置，该控制模块是耦接于该微控制器的一通用输出入脚位。

本发明所述的按键装置，该通用输出入脚位是为输入模式，当该控制信号产生时，是透过该通用输出入脚位对该微控制器产生中断，以使该微控制器开始计算该充电时间。

本发明所述的按键装置，若该多个按键的个数、该充电模块的充电电阻的个数、该控制模块的控制电容的个数是为3；且该充电模块内的一第一充电电阻、一第二充电电阻、一第三充电电阻的电阻值分为R、2R、4R，该负载电容的电容值为C，则对应于不同充电路径的一第一按键、一第二按键、一第三按键的该充电时间分别为RC、2RC、4RC。

本发明所述的按键装置，若该微控制器计算出的该充电时间是为RC，即侦测出该第一按键被按压；若该微控制器计算出的该充电时间是为2RC，即侦测出该第二按键被按压；若该微控制器计算出的该充电时间是为4RC，即侦测出该第三按键被按压。

本发明所述的按键装置，该按键装置另包含有：一放电电阻，耦接于该负载电容以及该微控制器，用以提供该微控制器到该负载电容的一放电路径；其中该放电路径作用时该微控制器是暂停对该按键装置的多个按键进行侦测，作用方式为首先先将该通用输出入脚位设为输出模式，并提供电压以对该负载电容充电；当该负载电容充电至该第一预定电压时，则将该通用输出入脚位设为输入模式，使该负载电容透过该放电路径对该微控制器放电至一第二预定电压以计算出一放电时间；最后利用计算出的该放电时间来重新估算该负载电容的电容值。

本发明所述的按键装置，该微控制器是根据该放电时间，调整该多个按键中每一个按键所对应的该充电路径的该充电时间的范围。

本发明另提供一种按键侦测方法，用于一按键装置，该按键装置包含有一微控制器、多个按键、一负载电容以及一电压源，该按键侦测方法包括：提供对应多个按键的多条充电路径，经由该多个按键至该负载电容；以及当至少一按键被按压时，自相对应的至少一导通的充电路径开始充电以产生一充电信号，并产生一控制信号以控制该微控制器开始计算该充电信号达到一第一预定电压的一充电时间，利用该充电时间判断是何单独按键或何种按键组合被按压。每一充电路径皆对应不同的充电时间。

本发明所述的按键侦测方法，当该控制信号产生时，是透过该控制信号来产生中断，以使该微控制器开始计算该充电信号的该充电时间。

本发明所述的按键侦测方法，该按键装置的多个按键是具有一第一按键、一第二按键、以及一第三按键，且对应的充电时间分别为一第一预定时间、一第二预定时间、以及一第三预定时间；当该微控制器计算出的该充电时间本质上等于该第一预定时间时，该按键装置即侦测出该第一按键被按压；当该微控制器计算出的该充电时间本质上等于该第二预定时间时，该按键装置即侦测出该第二按键被按压；当该微控制器计算出的该充电时间本质上等于该第三预定时间时，该按键装置即侦测出该第三按键被按压。

本发明所述的按键侦测方法，另包含有提供一放电路径，经由该负载性电容至该微控制器，以计算自该第一预定电压放电至一第二预定电压的放电时间，此时暂停对该按键装置的多个按键进行侦测，并利用计算出的放电时间以调整该多个按键中每一个按键所对应的该充电时间的范围。

本发明所述按键装置及其按键侦测方法，在侦测按键时，无需使用大量的接脚来加以侦测，亦无需使用昂贵的零件(如模拟数字转换器)，故可提供设计者更大的弹性，并且有效减少成本。

附图说明

图1显示第一现有按键装置的示意图；

图2显示第二现有按键装置的示意图；

图3显示第三现有按键装置的示意图；

图4显示第四现有按键装置的示意图；

图5显示本发明按键装置一实施例的示意图；

图6显示图5充电时接脚的电压与时间关系的示意图；

图7显示图5放电时接脚的电压与时间关系的示意图。

具体实施方式

为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图示，作详细说明如下。

请参阅图5，图5显示本发明按键装置500一实施例的示意图。按键装置500包含有一微控制器(MCU)510、电压源Vcc、多个按键531、532以及533、一接脚520、一控制模块540、一充电模块550、一负载电容C4、以及一放电电阻R4。充电模块550包含有充电电阻R1、R2以及R3，分别耦接于按键531、532以及533，用来提供按键531、532以及533经由电压源Vcc对负载电容C4充电的充电路径。控制模块540包含有多个控制电容C1、C2以及C3，分别耦接于按键531、532、533以及充电电阻R1、R2、R3。上述电阻R1、R2、R3以及R4的电阻值分别为R、2R、4R、以及R，控制电容C1、C2以及C3的电容值则皆为一预定的常数值。请注意，在此接脚520是为一通用输出入(general input/output，GIO)脚位，然而本发明并未将接脚的种类限定于通用输出入脚位。以下详述按键装置500的各个模块作用。

请同时参阅图5以及图6，图6显示当一按键被按压而开始对负载电容C4充电时接脚520的电压与时间关系的示意图。当时间T_INITIAL时，按键531被按压并瞬间产生一控制信号，而被导通的控制电容C1即透过接脚520将控制信号传送至微控制器510来产生一中断，此时微控制器510的状态设定为逻辑值0。在此同时，自充电电阻R1所提供的充电路径亦开始对负载电容C4充电以产生一充电信号，此时收到中断的微控制器510即开始计算充电时间。当时间T_END时，负载电容已达到一第一预定电压，微控制器510即停止计算充电时间，在此同时微控制器510的状态会由逻辑值0转换成逻辑值1，借此得知有按键被按压，而利用所计算的充电时间即可得知按键531被按压。由图5和图6可知，微控制器510所计算出的充电时间T_END-T_INITIAL对应于RC(充电电阻R1的电阻值R乘以负载电容C4的电容值C)。同理，若是按键532被按压，则微控制器510所计算出的充电时间T_END-T_INITIAL是对应于2RC；而若是按键533被按压，则微控制器510所计算出的充电时间T_END-T_INITIAL对应于4RC。由上述说明可知，在一般情形下，若是微控制器510计算出的充电时间T_END-T_INITIAL近似于RC，则按键装置500即可侦测出按键531被按压。同理，若是微控制器510计算出的充电时间T_END-T_INITIAL近似于2RC，则按键装置500即可侦测出按键531被按压。而若是微控制器510计算出的充电时间T_END-T_INITIAL近似于4RC，则按键装置500即可侦测出按键533被按压。

此外本发明不仅仅能侦测单一个按键是否被按压，如果同时有多个按键被按压，本发明的按键装置亦可借由计算出的充电时间判断哪一种按键组合被按压。请参阅图5，例如，当按键531及532同时被按压时，若设定按键531的充电电阻R1的电阻值为R，按键532的充电电阻R2的电阻值为2R，则当按键531及532同时被按压时，充电电阻R1、R2的总电阻值会是R并联2R，因此当微控制器510所测得的充电时间为2/3RC时，则可判定按键531及532被同时按压，因此本发明的按键装置500不仅能侦测单一个按键是否被按压，亦可侦测多个按键是否同时被按压。

理论上微控制器510所计算出的充电时间会几乎近似于充电路径上的充电电阻值乘以负载电容值，然而由于制程等外在不确定因素，将导致实际上的负载电容值与设计的初始值有相当程度的误差，是以在开始侦测前若可先校正负载电容值，则后续的微控制器510所计算出充电时间将能更精确对应至充电路径上的组件值。以下接着说明利用耦接一放电电阻以提供放电路径的方式来校正负载电容值。

请同时参阅图5以及图7，图7显示利用放电方式来校正负载电容值时接脚520的电压与时间关系的示意图。首先先将接脚520设为输出模式，并利用微控制器510经由放电电阻R4所提供的放电路径对负载电容充电。当时间T₁时，负载电容已被充电至第一预定电压时，此时微控制器510的逻辑值为1，在此同时微控制器510的接脚520是切换至输入模式，并开始进行放电以校正负载电容值。放电时，负载电容是利用放电电阻R4所提供的放电路径对微控制器510放电，在此同时微控制器510亦开始计算放电时间。当时间T₂时，负载电容已放电至一第二预定电压，此时微控制器510由逻辑值1转换成逻辑值0，在此同时微控制器510即停止计算充电时间。由于计算出的充电时间(T₂-T₁)是对应于放电电阻值R乘以负载电容值C，是以将上述充电时间(T₂-T₁)除以放电电阻值R即可得知按键装置500负载电容的实际电容值C，而所得的实际电容值C即可用来校正设计初始值的误差以提供按键侦测时，微控制器510计算出对应每一个按键的放电时间的范围的精确度。请注意，当进行放电以校正负载电容值时，前述按键侦测的动作需先暂停，待负载电容值校正完毕后方可恢复按键侦测的动作。

相较于现有技术，本发明按键装置500在侦测按键时，无需使用大量的接脚来加以侦测，亦无需使用昂贵的零件(如模拟数字转换器)，故可提供设计者更大的弹性，并且有效减少成本。

以上所述仅为本发明较佳实施例，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉本项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可在此基础上做进一步的改进和变化，因此本发明的保护范围当以本申请的权利要求书所界定的范围为准。

附图中符号的简单说明如下：

按键装置：100、200、300、400、500

微控制器：110、210、310、510

接脚：121、122、123、124、221、222、223、224、225、226、321、322、520

按键：131、132、133、134、231、232、233、234、235、236、237、238、239、331、332、333、334、531、532、533

模拟数字转换器：340

控制单元：410

控制模块：540

充电模块：550

充电电阻：R1、R2、R3

控制电容：C1、C2、C3

负载电容：C4

放电电阻：R4

Claims

1.一种按键装置，设有一电压源以及多个按键，该电压源连接于多个按键的一端，用以提供电能，其特征在于该按键装置包括：

一充电模块，具有多个充电电阻，分别耦接于该多个按键的另一端，用以提供相对应该多个按键的多条充电路径，当该多个按键中至少一按键被按压时，产生相对应的至少一导通的充电路径；

一负载电容，耦接于该充电模块，用以自相对应的该至少一导通的充电路径取得该电压源所提供的电能以产生一充电信号；

一控制模块，具有多个控制电容，分别耦接于该多个按键的另一端以及该多个充电电阻，当至少一按键被按压而产生一控制信号时，对应该按键被导通的该控制电容用以传送该控制信号；以及

一微控制器，耦接于该控制模块以及该充电模块，于接收该控制电容所传送的该控制信号时，用以计算该充电信号达到一第一预定电压的一充电时间，并依据该充电时间来判断是何单独按键或何种按键组合被按压；

其中，每一充电电阻是具有不同的电阻值以对应不同的充电时间。

2.根据权利要求1所述的按键装置，其特征在于：该控制模块是耦接于该微控制器的一通用输出入脚位。

3.根据权利要求2所述的按键装置，其特征在于：该通用输出入脚位是为输入模式，当该控制信号产生时，是透过该通用输出入脚位对该微控制器产生中断，以使该微控制器开始计算该充电时间。

4.根据权利要求3所述的按键装置，其特征在于：若该多个按键的个数、该充电模块的充电电阻的个数、该控制模块的控制电容的个数是为3；且该充电模块内的一第一充电电阻、一第二充电电阻、一第三充电电阻的电阻值分为R、2R、4R，该负载电容的电容值为C，则对应于不同充电路径的一第一按键、一第二按键、一第三按键的该充电时间分别为RC、2RC、4RC。

5.根据权利要求4所述的按键装置，其特征在于：若该微控制器计算出的该充电时间是为RC，即侦测出该第一按键被按压；若该微控制器计算出的该充电时间是为2RC，即侦测出该第二按键被按压；若该微控制器计算出的该充电时间是为4RC，即侦测出该第三按键被按压。

6.根据权利要求2所述的按键装置，其特征在于该按键装置另包含有：

一放电电阻，耦接于该负载电容以及该微控制器，用以提供该微控制器到该负载电容的一放电路径；

其中该放电路径作用时该微控制器是暂停对该按键装置的多个按键进行侦测，作用方式为首先先将该通用输出入脚位设为输出模式，并提供电压以对该负载电容充电；当该负载电容充电至该第一预定电压时，则将该通用输出入脚位设为输入模式，使该负载电容透过该放电路径对该微控制器放电至一第二预定电压以计算出一放电时间；最后利用计算出的该放电时间来重新估算该负载电容的电容值。

7.根据权利要求6所述的按键装置，其特征在于：该微控制器是根据该放电时间，调整该多个按键中每一个按键所对应的该充电路径的该充电时间的范围。

8.一种按键侦测方法，用于一按键装置，该按键装置包含有一微控制器、多个按键、一负载电容以及一电压源，其特征在于该按键侦测方法包括：

提供对应多个按键的多条充电路径，经由该多个按键至该负载电容；

当至少一按键被按压时，自相对应的至少一导通的充电路径开始充电以产生一充电信号，并产生一控制信号以控制该微控制器开始计算该充电信号达到一第一预定电压的一充电时间；以及

利用该充电时间判断是何单独按键或何种按键组合被按压；

其中，每一充电路径皆对应不同的充电时间。

9.根据权利要求8所述的按键侦测方法，其特征在于：当该控制信号产生时，是透过该控制信号来产生中断，以使该微控制器开始计算该充电信号的该充电时间。

10.根据权利要求9所述的按键侦测方法，其特征在于：该按键装置的多个按键是具有一第一按键、一第二按键、以及一第三按键，且对应的充电时间分别为一第一预定时间、一第二预定时间、以及一第三预定时间；当该微控制器计算出的该充电时间等于该第一预定时间时，该按键装置即侦测出该第一按键被按压；当该微控制器计算出的该充电时间等于该第二预定时间时，该按键装置即侦测出该第二按键被按压；当该微控制器计算出的该充电时间等于该第三预定时间时，该按键装置即侦测出该第三按键被按压。

11.根据权利要求8所述的按键侦测方法，其特征在于：另包含有提供一放电路径，经由该负载性电容至该微控制器，以计算自该第一预定电压放电至一第二预定电压的放电时间，此时暂停对该按键装置的多个按键进行侦测，并利用计算出的放电时间以调整该多个按键中每一个按键所对应的该充电时间的范围。