省电型键盘通过MCU管脚控制多路按键

传统上,与n乘m键盘连接的微型控制器要求微型控制器的i/o管脚的n+m为键盘扫描。键盘设计保留了微型控制器已经被开发出来的管脚,但是它们要求额外的资源,例如外部的ics或一个内置的模数转换器(adc)。本设计这里只利用了一个i/o管脚,并且要求仅将电阻和电容作为外部元件。
i/o是一个开头被配置作为输入的双向管脚(见图)。当没有按键被按下时,电容被放电,并且上拉电阻rh保持i/o为高。微型控制器处于休眠模式,并且只有在i/o状态改变引起中断时才会醒来。当按键被按下,i/o变低,因为下拉网络比上拉作用更强些。微型控制器随后醒来执行以下步骤:
1. 等待联络消除抖动。
2. 把i/o变为输出并设置高。 电容随后开始充电到高状态电压。 充电的时间ti取决于按键被按下和与其关联的r (1,2,…i)。
3. 等待直到t1到来。
4. 使i/o作为输入。充电到c暂停。
5. 如果i/o为高,按键1被按下。 如果i/o为低,使i/o作为输出并置高来持续充电。
6. 等待直到t2到来。
7. 使i/o作为输入。 充电到c暂停。
8. 如果i/o为高,按键2被按下。 如果i/o为低,使i/o作为输出并置高来持续充电。
9. 通过ti持续到t3。
应该选择电阻使t1
充电时间可被确定如下:当充电暂停时,在i/o的电压(式1)是vc为电容电压(式2)。式3通过使vi/o与开关门限电压vth相等解答了充电的时间。这里,vth是i/o的开关门限电压。
随着ri增加,ti最初增加。但随后它达到最大值并开始减少。这就给ri,并因此给可以连接到电路中的按键数量强加了一个上限。
ti可能会在ti,min和ti,max之间变化,由于在vth上电阻的容差和变化。所以,应该选择数值使ti,max
这个设计用三种方式节省功率。首先,每次电容被充电到v并被放电,cv2能量都被消散。在本设计中,只要i/o变高且电容被充电到大约vth(少于2v),而不是vdd,则充电停止。其次,当每个按键被按下电容只充电(和放电)一次。最后一条,在确定哪个按键被按下后,微型控制器进入休眠模式并保持休眠,直到按键被释放且i/o变回到高。所以既使当某些按键陷入或卡住时,功率消耗是最小的。

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