具有鍵盤掃描電路的示波器的製作方法

2023-06-02 13:40:21 1

專利名稱：具有鍵盤掃描電路的示波器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種顯示電變量或波形的裝置，特別涉及到示波器。
背景技術：
示波器是一種常用的測量裝置，是一種圖形顯示設備，它分為模擬示波器和數字 示波器。模擬示波器工作方式是直接測量信號電壓，並通過從左到右穿過示波器屏幕的電 子束在垂直方向描繪電壓。與模擬示波器不同，數字示波器通過模數轉換器把被測量轉換 為數字信息。它捕獲的是波形的一系列樣值，並對樣值進行存儲，隨後，數字示波器重構波 形。數字示波器的最大優點之一是它能夠存儲波形，隨後再做觀察。數字示波器又分為數 字存儲示波器、數字螢光示波器和採樣示波器。在示波器中，常需要鍵盤來進行人機互動，鍵盤由多個按鍵組成。當按鍵個數較多 的時候，通常都使用矩陣式鍵盤，也稱行列式鍵盤。矩陣式鍵盤的原理就是每一行線與每一 列線的交叉地方不相通，而是接上一個按鍵，通過按鍵來接通。一般使用控制單元的I/O 口 連接到上述行列上，a個I/O 口可以接a個行線，另外的b個I/O可以接b個列線，總共可 以組成aXb個按鍵的鍵盤。一個4X4的行、列結構，可以構成一個含有16個按鍵的鍵盤。參照圖1，現有技術的矩陣鍵盤，共有4個行線R0W3 R0W0，4個列線C0L3 C0L0，組 成從按鍵si至按鍵sl6的16鍵鍵盤。其中行線R0W3 R0W0接到控制單元的四個I/O 口 D3 D0上(圖中未標註)，列線C0L3飛0L0連接到控制單元另外的四個I/O 口 D7 D4上(圖 中未標註)。現有技術鍵盤掃描採用逐行掃描的方法，分為兩步進行，第一步對整個鍵盤所有 行同時進行一次掃描，看是否有鍵按下。如果有，再進行第二步逐行掃描，以便判斷被按下 的鍵在哪一行，哪一列。然後根據鍵盤所在行列，就可以識別出按下的鍵是什麼鍵。具體過 程如下首先，控制單元使I/O 口 D3 D0 = 0000，然後控制單元讀取鍵盤I/O 口 D7 D4，如果 全為1，則表示沒有鍵按下，如果不全為1，則表示有鍵按下。例如如果讀取的I/O 口 D7 D4 的值為1110，，其中有一位為0，表示有鍵按下，由於「0」位對應的為列C0L0，表示按下的鍵 在第一列。第二步對鍵盤進行逐行掃描。當控制單元需要掃描哪一行時，只要使該行輸出 數據為「0」，其餘行全部為「 1 」。然後控制單元讀取列口數據，如果全為「 1 」，表示該行沒有 鍵按下，如果不全為「 1」，表示有鍵按下，根據數據中「0」的位置確定該鍵的列，則知道該行 該列的鍵被按下。例如，掃描第一行時，輸出0310=1110，如果讀取的數據0714 = 1110， 表示第一行第一列的鍵S1被按下。現有技術存在以下不足由於矩陣鍵盤中每一行、每一列都要分別佔用控制單元 的一個I/O 口，導致整個鍵盤佔用控制單元的I/O 口過多，而且鍵盤數量越多，佔用的I/O 口資源就會越多，所以，一旦想擴展鍵盤數量，就需要考慮I/O 口資源問題，不能隨意擴展。

實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是解決現有技術的不足，提供一種具有鍵盤掃描電路的示波器。為解決上述技術問題，本實用新型提供的具有鍵盤掃描電路的示波器，包括一矩 陣鍵盤，一用於控制鍵盤掃描和鍵值讀取的控制單元，還包括一掃描控制模塊、一行掃描模 塊、一列掃描模塊，所述控制單元從時鐘引腳向掃描控制模塊提供時鐘信號，所述控制單元 從幀同步引腳向掃描控制模塊提供同步信號，所述掃描控制模塊向所述行掃描模塊提供選 通信號，所述掃描控制模塊向所述列掃描模塊提供行選通信號，所述行掃描模塊向所述矩 陣鍵盤提供行掃描信號，所述行掃描模塊從所述矩陣鍵盤獲取鍵值並送到控制單元的數據 引腳，所述列掃描模塊向所述矩陣鍵盤提供列掃描信號。所述掃描控制模塊包括一第一計數器和一第二計數器，所述第一計數器的時鐘輸入端連接所述控制單元的時鐘引腳，所述第一計數器和第二計數器的復位引腳連接控制單 元的幀同步引腳，所述第一計數器的輸出位依次連接到所述行掃描模塊的通道選擇輸入 端，所述第一計數器的最高輸出位連接所述第二計數器的時鐘輸入端，所述第二計數器的 輸出位依次連接到所述列掃描模塊的通道選擇輸入端。所述行掃描模塊可以由多路模擬開關構成。所述多路模擬開關的通道輸入輸出引腳連接矩陣鍵盤的行引腳，公共輸入輸出引 腳連接控制單元的數據引腳，所述模擬開關的路數至少大於第一計數器輸出的最大值。所述列掃描模塊可以由多路模擬開關構成。所述多路模擬開關的公共輸入輸出引腳接地，多路模擬開關的通道輸入輸出引腳 連接矩陣鍵盤的列引腳，所述模擬開關的路數至少大於第二計數器輸出的最大值。所述矩陣鍵盤可以是按鍵鍵盤。所述矩陣鍵盤可以是增量編碼器鍵盤。所述矩陣鍵盤可以是按鍵與增量編碼器組合的鍵盤。本實用新型與現有技術相比有如下有益效果本實用新型只利用控制單元一個串 口的時鐘引腳、幀同步引腳及數據引腳，就實現了對鍵盤的掃描、控制及鍵值讀取的功能， 只佔用了控制單元較少的資源，且鍵盤陣列可根據實際需要而隨意擴展。

圖1是現有技術矩陣鍵盤的原理說明圖圖2是本實用新型示波器的原理說明圖圖3是本實用新型的具體實施例1的原理圖圖4是本實用新型的具體實施例2的原理圖圖5是本實用新型計數器31和計數器32對應的各引腳輸出波形圖6是本實用新型增量式編碼器6的應用示意圖圖7是本實用新型增量式編碼器6的輸出脈衝圖
具體實施方式
以下結合附圖說明本實用新型的具體實施方式
。實施例1 參照圖2，本實用新型示波器包括用於控制鍵盤掃描和鍵值讀取的控制單元1和矩陣鍵盤2，還包括掃描控制模塊3、行掃描模塊4、列掃描模塊5。控制單元1從時鐘引腳 CLK向掃描控制模塊3提供時鐘信號，控制單元1從幀同步引腳CLR向掃描控制模塊3提 供同步信號，掃描控制模塊3向行掃描模塊4提供選通信號、掃描控制模塊3向列掃描模塊 5提供選通信號。行掃描模塊4向矩陣鍵盤2提供行掃描信號，行掃描模塊4從矩陣鍵盤2 獲取鍵值並送到控制單元1的數據引腳DATA，列掃描模塊5向矩陣鍵盤2提供列掃描信號。參照圖3，在本實施例中，控制單元1採用CPU，選用控制單元1的串行口的時鐘引 腳CLK、幀同步引腳CLR及數據引腳DATA，實現對矩陣鍵盤2的掃描、控制及鍵值的讀取。掃 描控制模塊3由計數器31和計數器32組成，計數器31和計數器32採用4位二進位計數 器74HC393，行掃描模塊4、列掃描模塊5選用8路模擬開關74HC4051。計數器31的時鐘輸 入端連接控制單元1的時鐘引腳CLK，計數器31和計數器32的復位引腳MR連接控制單元 1的幀同步引腳CLR，本實施例中，計數器31和計數器32輸出均使用3位，計數器31的輸 出位Q0、Q1、Q2分別連接到行掃描模塊4的通道選擇輸入端A、B、C，計數器31的輸出位Q2 同時連接計數器32的時鐘輸入端CLK，計數器32的輸出位Q0、Q1、Q2依次連接到列掃描模 塊5的通道選擇輸入端A、B、C。本實施例中，行掃描模塊4的通道輸入輸出引腳XO X7分別連接矩陣鍵盤2的行 引腳ROWO R0W7，行掃描模塊4的公共輸入輸出引腳X連接控制單元1的數據引腳DATA， 列掃描模塊5的通道輸入輸出引腳XO X7分別連接矩陣鍵盤2的列引腳COLO C0L7，列 掃描模塊5的公共輸入輸出引腳X接地。本實施例中，由於行掃描模塊4、列掃描模塊5均選用8路模擬開關74HC4051，故 可以實現一個8X8的矩陣。本實施例中實際使用了 48個按鍵，1個增量式編碼器6，共51 個鍵值。矩陣鍵盤2的行引腳ROWO R0W7使用IOk電阻連接到電源VCC，使默認輸出為
尚ο工作過程如下設置時鐘引腳CLK的頻率，使一次掃描的時間遠小於人按鍵的時間，比如幾十ms。 計數器31的輸出位Q2同時連接計數器32的時鐘輸入端CLK，使得計數器31和計數器32 成為級聯的計數器。這樣計數器32輸出變化1位時，計數器31輸出變化一個周期。參照 圖5，為計數器31和計數器32對應的各引腳輸出波形，其中計數器31輸出設為A1、A2、A3， 它們組成數為A，計數器32輸出設為Bi、B2、B3,它們組成數為B。從圖中可以看到，B從0 變化到7，對應B的一個數值，A也從0變化到7。當計數器31輸出為1時，選通行掃描模塊4的第1路通道，即使鍵盤的第UfROWl 連接到數據引腳DATA上，送給控制單元1，完成對第1行的掃描和鍵值讀取。當計數器1輸 出由0 7變化時，對鍵盤的第0行ROWO 第7行R0W7進行掃描和鍵值讀取。計數器32的輸出為1時，使列掃描模塊5選通第1路，使鍵盤矩陣的第1列COLl 接地，其餘列懸空，即對第1列進行了掃描。當計數器32輸出由0 7變化時，對鍵盤的第 0列COLO 第7列C0L7進行掃描。整個電路工作過程是當計數器32輸出為1時，對第1列掃描。計數器32為1時， 計數器31輸出從0 7變化，完成對第0行 第7行的掃描和鍵值讀取。當計數器32輸 出從0 7變化時，完成對所有列的掃描，綜合計數器31和計數器32的變化，從而完成對 所有鍵的一次掃描過程。[0036]行掃描模塊4的公共輸入輸出引腳X上依次出現各個鍵的值，頻率為計數器31輸 出位QO的頻率，即CLK頻率，行掃描模塊4完成了對鍵值的一個編碼過程，將所有鍵的值以 時鐘CLK頻率編碼成一個串行碼，控制單元1可以通過數據引腳DATA對上述串行碼進行讀 取。當控制單元1接收完所有鍵值時，幀同步引腳CLR會輸出一個同步脈衝，對計數器31 和計數器32進行復位，重新開始鍵盤掃描讀取的過程。矩陣鍵盤2除使用按鍵外還可以使用增量式編碼器6，參照圖6，增量式編碼器6 包括了一個旋鈕和一個按鍵，按鍵腳Sl和按鍵腳S2間為一個按健。碼盤腳E1、E2、E3之間 有一個接觸式的碼盤，即旋轉碼盤，腳El、E2、E3間分別導通。參照圖3，將增量式編碼器6的按鍵腳S2連接到列COLO上，將碼盤腳El通過二極 管Dl連接到行ROWO上、將碼盤腳E3通過二極體D2連接到行ROWl上，二極體Dl、D2起到 了單向導通的作用，列COLO接低電平。參照圖6，旋轉碼盤時，碼盤腳上出現波形A、B，A波 形比B波形超前90 °，以A波形表示的電平和B波形表示的電平結合起來作為二進位碼，則 依次出現11、01、00、10。如果旋轉方向相反，則B波形比A波形超前90°，則以A波形表示 的電平和B波形表示的電平結合起來作為二進位碼，依次出現11、10、00、01。將增量式編碼 器6加入鍵盤矩陣2中，只需要判斷上述二進位碼，就可以識別出旋轉方向。例如矩陣鍵盤2中增量式編碼器6佔用行ROWO R0W1，佔用列C0L0，當增量式 編碼器6的按鍵被按下時，行ROWl和列COLO短路，連接到地，通過行掃描模塊4和列掃描 模塊5，將行ROWl為低電平的狀態送到數據引腳DATA上，由控制單元1讀取，根據「0」在一 幀數據中的位置，判斷出增量式編碼器6被按下。當增量式編碼器6旋轉時，參照圖7，A Signal代表行ROWO上出現的電平，B Signal代表行ROWl出現的電平，設第一次掃描出現在位置D，控制單元1讀取的數據引 腳DATA上相應行R0W0、行ROWl位為「 11」，鍵盤不斷掃描，當下一次掃描到下一個狀態A Signal "ON", B Signal 「OFF」，則控制單元1讀取的DATA上相應會出現「01 」，下一個狀態 對應數據引腳DATA上「00」，再對應「10」。即增量式編碼器6沿CW方向旋轉，數據引腳 DATA上相應行ROWO，行ROWl的數據位變化順序為「11」、「01」、「00」、「 10」。若增量式編碼器 6沿CW相反方向旋轉，則數據弓I腳DATA上相應行ROWO，行ROWl的數據位變化順序為「 11 」、 「10」、「00」、「01」。控制單元1根據數據引腳DATA上這兩位的數據變化，判斷有旋轉，根據 數據變化的規律，判斷旋轉方向。實施例2:參照圖4，在本實施例中，控制單元1採用CPU，選用控制單元1的串行口的時鐘引腳CLK、幀同步引腳CLR、數據引腳DATA，實現對矩陣鍵盤2的掃描、控制及鍵值的讀取。掃 描控制模塊3由計數器31和計數器32組成，計數器31和計數器32採用4位二進位計數 器74HC393，行掃描模塊4選用16路模擬開關74HC4067、列掃描模塊5選用8路模擬開關 74HC4051。計數器31的時鐘輸入端連接控制單元1的時鐘引腳CLK，計數器31和計數器 32的復位引腳MR連接控制單元1的幀同步引腳CLR，本實施例中，計數器31的輸出使用4 位，計數器32的輸出使用3位，計數器31的輸出位Q0、QU Q2、Q3依次連接到行掃描模塊 4的通道選擇輸入端A、B、C、D，計數器31的最高輸出位Q3同時連接計數器32的時鐘輸入 端，計數器32的輸出位Q0、Ql、Q2依次連接到列掃描模塊5的通道選擇輸入端A、B、C。本實施例中，行掃描模塊4的通道輸入輸出引腳Xl X9分別連接矩陣鍵盤2的行引腳ROWO R0W8，行掃描模塊4的公共輸入輸出引腳X連接控制單元1的數據引腳DATA， 列掃描模塊5的通道輸入輸出引腳XO X7分別連接矩陣鍵盤2的列引腳COLO C0L7，列 掃描模塊5的公共輸入輸出引腳X接地。本實施例中，由於行掃描模塊4選用了 16位模擬開關74HC4067、列掃描模塊5選用了 8路模擬開關74HC4051，可以實現一個16X8的矩陣。本實施例中使用了 27個按鍵， 12個增量式編碼器6，共63個鍵值，連接到其中的8行、8列中。矩陣鍵盤2的行ROWO R0W8使用IOk電阻連接到電源VCC，使默認輸出為高。本實施例工作過程與實施例1相同。作為舉例說明，行掃描模塊4可以選用任意模擬開關，作為舉例說明，列掃描模塊5可以選用任意模擬開關，作為舉例說明，矩陣鍵盤2可以是按鍵鍵盤，作為舉例說明，矩陣鍵盤2可以是增量式編碼器鍵盤，作為舉例說明，矩陣鍵盤2可以是按鍵與增量式編碼器組合的鍵盤。從實施例1和實施例2中可以看出，本實用新型只利用控制單元⑴一個串口的 時鐘引腳、幀同步引腳及數據引腳，就實現了對矩陣鍵盤⑵的掃描、控制及鍵值讀取的功 能，只佔用了控制單元(1)較少的資源，且矩陣鍵盤(2)的陣列可根據實際需要而擴展。如 果行掃描模塊中的模擬開關為N路模擬開關，列掃描模塊中的模擬開關為M路模擬開關，則 最多可以實現NXM的鍵盤矩陣的掃描，此時模擬開關的路數至少大於計數器輸出的最大 值。如果需要擴展鍵盤，只需增加模擬開關的路數就可以實現。
權利要求一種具有鍵盤掃描電路的示波器，包括一矩陣鍵盤，一用於控制鍵盤掃描和鍵值讀取的控制單元，其特徵在於還包括一掃描控制模塊、一行掃描模塊、一列掃描模塊，所述控制單元通過一時鐘引腳向掃描控制模塊提供時鐘信號，所述控制單元通過一幀同步引腳向掃描控制模塊提供同步信號，所述掃描控制模塊向所述行掃描模塊提供選通信號，所述掃描控制模塊向所述列掃描模塊提供行選通信號，所述行掃描模塊向所述矩陣鍵盤提供行掃描信號，所述行掃描模塊從所述矩陣鍵盤獲取鍵值並送到控制單元的一數據引腳，所述列掃描模塊向所述矩陣鍵盤提供列掃描信號。
2.根據權利要求1所述的具有鍵盤掃描電路的示波器，其特徵在於所述掃描控制模 塊包括一第一計數器和一第二計數器，所述第一計數器的時鐘輸入端連接所述控制單元的 時鐘引腳，所述第一計數器和第二計數器的復位引腳連接控制單元的幀同步引腳，所述第 一計數器的輸出位依次連接到所述行掃描模塊的通道選擇輸入端，所述第一計數器的最高 輸出位連接所述第二計數器的時鐘輸入端，所述第二計數器的輸出位依次連接到所述列掃 描模塊的通道選擇輸入端。
3.根據權利要求2所述的具有鍵盤掃描電路的示波器，其特徵在於所述行掃描模塊 由一個多路模擬開關組成，所述多路模擬開關的通道輸入輸出引腳連接矩陣鍵盤的行引 腳，公共輸入輸出引腳連接控制單元的數據引腳，所述模擬開關的路數至少大於第一計數 器輸出的最大值。
4.根據權利要求2所述的具有鍵盤掃描電路的示波器，其特徵在於所述列掃描模塊 由一個多路模擬開關組成，所述多路模擬開關的公共輸入輸出引腳接地，多路模擬開關的 通道輸入輸出引腳連接矩陣鍵盤的列引腳，所述模擬開關的路數至少大於第二計數器輸出 的最大值。
5 .根據權利要求1、2、3或4所述的具有鍵盤掃描電路的示波器，其特徵在於所述矩 陣鍵盤是按鍵鍵盤。
6.根據權利要求1、2、3或4所述的具有鍵盤掃描電路的示波器，其特徵在於所述矩 陣鍵盤是增量式編碼器鍵盤。
7.根據權利要求1、2、3或4所述的具有鍵盤掃描電路的示波器，其特徵在於所述矩 陣鍵盤是按鍵與增量式編碼器組合的鍵盤。
專利摘要本實用新型公開了一種具有鍵盤掃描電路的示波器，包括用於控制鍵盤掃描和鍵值讀取的控制單元(1)和矩陣鍵盤(2)，還包括掃描控制模塊(3)、行掃描模塊(4)、列掃描模塊(5)。控制單元(1)向掃描控制模塊(3)提供時鐘信號和同步信號，掃描控制模塊(3)向行掃描模塊(4)提供選通信號、掃描控制模塊(3)向列掃描模塊(5)提供選通信號，行掃描模塊(4)向矩陣鍵盤(2)提供行掃描信號，行掃描模塊(4)從矩陣鍵盤(2)獲取鍵值並送到控制單元(1)的數據引腳，列掃描模塊(5)向矩陣鍵盤(2)提供列掃描信號。本實用新型利用控制單元(1)的一個串口，實現對鍵盤的掃描、控制及鍵值讀取功能，且鍵盤陣列可擴展。
文檔編號G01R13/00GK201589802SQ20092035070
公開日2010年9月22日 申請日期2009年12月25日 優先權日2009年12月25日
發明者李維森, 王悅, 王鐵軍 申請人:北京普源精電科技有限公司