專利名稱：高可靠性鍵盤掃描方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鍵盤掃描技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及高可靠性鍵盤掃描方法。
背景技術(shù)：
鍵盤掃描技術(shù)是嵌入式系統(tǒng)設(shè)備輸入的重要技術(shù)方法。當(dāng)前常用的一些鍵盤掃描技術(shù)或芯片多針對民用領(lǐng)域里的設(shè)計應(yīng)用，在振動、噪聲等惡劣環(huán)境下抗干擾能力很差，誤觸發(fā)現(xiàn)象時常發(fā)生。傳統(tǒng)常用的鍵盤掃描技術(shù)方法，鍵盤掃描硬件電路由若干按鍵組成一個行列矩陣，逐行(或逐列)輸出掃描信號，再逐列(或逐行)讀得掃描結(jié)果，當(dāng)某鍵按下，其所對應(yīng)的行和列相連通，輸出端的掃描信號被輸入端檢測，由于按鍵的機械彈性作用，在按鍵按下的開始和結(jié)尾存在“抖動”，傳統(tǒng)技術(shù)方法通過適當(dāng)?shù)难舆t去抖動處理，獲取按鍵值。在應(yīng)用環(huán)境惡劣的情況下，環(huán)境噪聲可能會耦合到掃描矩陣的輸入端，劇烈的震動也可能會使按鍵瞬時閉合。這些情況都會使輸入端出現(xiàn)一定脈寬的干擾脈沖信號，從而在輸入端檢測掃描信號時，可能會誤判決為鍵盤按下，并給出錯誤的按鍵值。要解決這個問題，若只單純增加去抖動延遲的時間長度，會造成按鍵不靈，鍵盤輸入設(shè)備難以操作等問題；而若不增加去抖動延遲的長度，則使鍵盤掃描設(shè)備抗干擾能力很差、按鍵誤觸發(fā)的情形時常發(fā)生。因此，傳統(tǒng)的這種鍵盤掃描技術(shù)方法難以應(yīng)用在武器裝備級別的環(huán)境中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供高可靠性鍵盤掃描方法，該掃描方法通過采用創(chuàng)新的技術(shù)方案提高了矩陣鍵盤掃描技術(shù)的抗干擾能力、抗誤觸發(fā)能力， 同時具備按鍵觸發(fā)時間可設(shè)置功能，以及在特定環(huán)境應(yīng)用下濾除特定頻率干擾信號等功能，提高鍵盤設(shè)備輸入的有效性和可靠性。本發(fā)明的上述目的是通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的高可靠性鍵盤掃描方法，包括如下步驟(1)對鍵盤進行分級掃描，具體方法為設(shè)鍵盤為X行、Y列的矩陣鍵盤，由X行產(chǎn)生掃描序列信號，從Y列讀取掃描結(jié)果，當(dāng)?shù)趇行j列上的按鍵按下時，第j列和第i行相連通，第j列輸入引腳讀取到第i行輸出引腳掃描脈沖，從而得到坐標(biāo)為(i，j)的按鍵按下過程的脈沖信號，其中i e X，j e γ ；(2)對鍵盤的掃描結(jié)果進行數(shù)字濾波，包括坐標(biāo)為(i，j)的按鍵按下瞬間和按鍵松開瞬間產(chǎn)生的抖動脈沖的數(shù)字濾波，具體方法為按鍵按下瞬間，出現(xiàn)抖動脈沖，不使濾波輸出翻轉(zhuǎn)為高，仍與按鍵按下之前一致，保持輸出為低；按鍵松開瞬間，出現(xiàn)抖動脈沖，不使濾波輸出翻轉(zhuǎn)為低，仍與按鍵按下過程中一致，保持輸出為高；(3)對數(shù)字濾波后的鍵盤掃描結(jié)果進行脈寬積分判決，具體方法為使用基準時鐘對數(shù)字濾波后的坐標(biāo)為(i，j)的按鍵脈沖寬度進行積分計數(shù)，并對按鍵脈沖寬度設(shè)置閾值，若按鍵脈沖寬度計數(shù)值小于所述閾值，則判斷坐標(biāo)為(i，j)的按鍵沒有被按下，若按鍵脈沖寬度計數(shù)值大于等于所述閾值，則判斷坐標(biāo)為(i，j)的按鍵被按下。在上述高可靠性鍵盤掃描方法中，步驟O)中對鍵盤的掃描結(jié)果進行數(shù)字濾波還包括按鍵按下過程中產(chǎn)生的誤觸發(fā)脈沖的數(shù)字濾波，具體方法為按鍵按下過程中，濾波輸入輸出均為高，當(dāng)出現(xiàn)誤觸發(fā)脈沖時，不使濾波輸出翻轉(zhuǎn)為低，仍與按鍵按下過程一致，保持輸出為高。在上述高可靠性鍵盤掃描方法中，步驟O)中對鍵盤的掃描結(jié)果進行數(shù)字濾波還包括按鍵按下前、中、后整個過程出現(xiàn)的干擾脈沖的數(shù)字濾波，具體方法為按鍵按下前，濾波輸入為低，出現(xiàn)干擾脈沖時，不使濾波翻轉(zhuǎn)為高，仍保持輸出為低；按鍵按下瞬間，出現(xiàn)干擾脈沖，不使濾波輸出翻轉(zhuǎn)為高，保持輸出為低；按鍵按下過程中，濾波輸入輸出均為高，出現(xiàn)干擾脈沖時，不使濾波輸出翻轉(zhuǎn)為低，保持輸出為高；按鍵松開瞬間，出現(xiàn)干擾脈沖，不使濾波輸出翻轉(zhuǎn)為低，保持輸出為高；按鍵完全松開后，出現(xiàn)干擾脈沖時，不使濾波翻轉(zhuǎn)為高， 輸入輸出均為低。在上述高可靠性鍵盤掃描方法中，步驟O)中數(shù)字濾波采用N階D觸發(fā)器串聯(lián)構(gòu)
2N
成N階干擾脈沖數(shù)字濾波器實現(xiàn)，當(dāng)D觸發(fā)器的值為1的數(shù)目大于等于"γ時，輸出結(jié)果為
N
1 ；當(dāng)D觸發(fā)器的值不為1的數(shù)目小于γ時，不進行翻轉(zhuǎn)，輸出結(jié)果仍為1 ；當(dāng)D觸發(fā)器的值
2NN
為0的數(shù)目大于等于γ時，輸出結(jié)果為0 ；當(dāng)D觸發(fā)器的值不為0的數(shù)目小于γ，不進行翻
轉(zhuǎn)，輸出結(jié)果仍為0。在上述高可靠性鍵盤掃描方法中，步驟(3)中采用脈寬積分判決器進行脈寬積分判決，所述脈寬積分判決器由32位計數(shù)器和判決器組成，輸入為基準時鐘、按鍵脈沖寬度和所設(shè)置的判決閾值，輸出為正確的鍵值，計數(shù)器對按鍵脈沖寬度進行積分計數(shù)，判決器將計數(shù)值與所設(shè)置的閾值進行比較后得出坐標(biāo)為(i，j)按鍵的鍵值。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果(1)本發(fā)明鍵盤掃描方法使用分級掃描、數(shù)字濾波、積分判決等有效技術(shù)手段，使鍵盤設(shè)備在惡劣環(huán)境具有很強的抗干擾能力和抗誤觸發(fā)能力，此外，本發(fā)明還可濾除特定頻率干擾信號，因而還特別適用于特定應(yīng)用環(huán)境下，可特別定制的強抗干擾能力，顯著提高鍵盤設(shè)備的可靠性，是一項適用于武器裝備級別應(yīng)用的高效高可靠的鍵盤掃描技術(shù)；(2)本發(fā)明鍵盤掃描方法較傳統(tǒng)的鍵盤掃描方法能夠去除了抖動脈沖，從而大大增強了去抖動能力，此外本發(fā)明中的數(shù)字濾波方法可以有效去除誤觸發(fā)脈沖，因而大大增強了抗誤觸發(fā)能力；(3)本發(fā)明鍵盤掃描方法中的數(shù)字濾波功能同樣可以有效去除干擾脈沖，尤其特定頻段的干擾信號時，可通過設(shè)置數(shù)字濾波器階數(shù)N，實現(xiàn)對特定頻率干擾信號的濾除，針對性地消除干擾信號，因此具有很強的抗干擾能力；(4)本發(fā)明鍵盤掃描方法中按鍵觸發(fā)時間可設(shè)置，通過設(shè)置按鍵積分判決的閾值， 實現(xiàn)按鍵觸發(fā)時間的設(shè)置，從而實現(xiàn)按鍵更可靠識別；(5)本發(fā)明鍵盤掃描方法在硬件上，不額外增加任何成本，具有成本低廉，高效可靠的特點，其顯著的抗干擾能力和抗誤觸發(fā)能力，及良好的兼容性，可滿足各種武器裝備系統(tǒng)在惡劣軍事環(huán)境中的應(yīng)用需求。


圖1為本發(fā)明矩陣鍵盤硬件電路示意圖；圖2為本發(fā)明鍵盤掃描方法中按鍵按下瞬間的數(shù)字濾波原理示意圖；圖3為本發(fā)明鍵盤掃描方法中按鍵按下過程中的數(shù)字濾波原理示意圖；圖4為本發(fā)明鍵盤掃描方法中按鍵松開瞬間的數(shù)字濾波原理示意圖；圖5為本發(fā)明鍵盤掃描方法中按鍵脈寬積分判決原理示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述本發(fā)明鍵盤掃描方法在傳統(tǒng)鍵盤掃描矩陣硬件電路的基礎(chǔ)上，通過對誤碼脈沖的數(shù)字濾除處理和對掃描結(jié)果進行積分判決，采用數(shù)字濾波器消除抖動脈沖、干擾脈沖和誤觸發(fā)脈沖，消除了環(huán)境造成的干擾脈沖信號對按鍵檢測結(jié)果的影響，使系統(tǒng)能夠作出有效判決，給出正確的鍵值。數(shù)字濾波采用N階D觸發(fā)器串聯(lián)構(gòu)成N階干擾脈沖數(shù)字濾波器實現(xiàn)，以N級串聯(lián)
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的D觸發(fā)器為例，僅當(dāng)D觸發(fā)器的值為1的數(shù)目大于等于ι時，輸出結(jié)果為1 ；當(dāng)D觸發(fā)器
N
的值不為1的數(shù)目小于γ時，保持原來的數(shù)值狀態(tài)，不進行翻轉(zhuǎn)，輸出結(jié)果仍為1 ；僅當(dāng)D觸
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發(fā)器的值為0的數(shù)目大于等于+時，輸出結(jié)果為0 ；當(dāng)D觸發(fā)器的值不為0的數(shù)目小于*，
持原來的數(shù)值狀態(tài)，不進行翻轉(zhuǎn)，輸出結(jié)果仍為0。如圖1所示為本發(fā)明矩陣鍵盤硬件電路示意圖，對于X行Y列矩陣鍵盤(附圖1 中取X = Y = 4以示意)，由χ行產(chǎn)生(輸出)掃描序列信號，從Y列讀取(輸入)掃描結(jié)果。當(dāng)?shù)趇行j列上的按鍵按下時，第j列和第i行相連通，第j列輸入引腳讀取到第i行輸出引腳掃描脈沖，從而得到坐標(biāo)為(i，j)的按鍵按下過程脈沖信號，再由數(shù)字濾波器濾除抖動脈沖、誤觸發(fā)脈沖、干擾脈沖，最后經(jīng)過按鍵脈寬積分判決器輸出得到坐標(biāo)為(i，j) 的按鍵鍵值。圖2、圖3、圖4所示，是本發(fā)明的關(guān)鍵方法，即N階數(shù)字濾波器濾除抖動脈沖、誤觸發(fā)脈沖和干擾脈沖的原理過程為使說明方便、簡潔，附圖僅以濾波器階數(shù)N = 3、坐標(biāo)為 (i，j)按鍵按下為示例說明。按鍵的機械動作或環(huán)境干擾，使按鍵掃描脈沖的前沿、后沿、過程中可能存在遠小于按鍵主體脈沖寬度的抖動脈沖、誤觸發(fā)脈沖及干擾脈沖信號。如圖2所示為本發(fā)明鍵盤掃描方法中按鍵按下瞬間前的數(shù)字濾波原理示意圖，在坐標(biāo)為(i，j)的按鍵被按下前，數(shù)字濾波的輸入為低，輸出為低，按鍵按下瞬間，由于機械的或環(huán)境的原因，可能會產(chǎn)生抖動脈沖或干擾脈沖，由于其脈寬小于N/3(其中N為濾波器階數(shù))，因此濾波器輸出并不發(fā)生翻轉(zhuǎn)，濾波輸出仍保持為低，從而濾除按鍵按下前的抖動或干擾脈沖。如圖3所示為本發(fā)明鍵盤掃描方法中按鍵按下過程中的數(shù)字濾波原理示意圖，在坐標(biāo)為(i，j)的按鍵被按下過程中，數(shù)字濾波的輸入為高，輸出為高。按鍵按下過程中，由于機械的或環(huán)境的原因，可能會產(chǎn)生誤觸發(fā)脈沖或干擾脈沖，由于其脈寬小于N/3(其中N 為濾波器階數(shù))，因此濾波器輸出并不發(fā)生翻轉(zhuǎn)，濾波輸出仍保持為高，從而濾除按鍵按下過程中的誤觸發(fā)或干擾脈沖。如圖4所示為本發(fā)明鍵盤掃描方法中按鍵松開瞬間的數(shù)字濾波原理示意圖，在坐標(biāo)為(i，j)的按鍵被松開后，數(shù)字濾波的輸入為高，輸出為高。按鍵松開瞬間，由于機械的或環(huán)境的原因，可能會產(chǎn)生抖動脈沖或干擾脈沖，由于其脈寬小于N/3(其中N為濾波器階數(shù))，因此濾波器輸出并不發(fā)生翻轉(zhuǎn)，濾波輸出仍保持為高，從而濾除按鍵按下過程中的誤觸發(fā)或干擾脈沖。按鍵脈沖經(jīng)過數(shù)字濾波后，很好地消除了按鍵整個過程中出現(xiàn)的抖動、誤觸發(fā)、干擾等脈沖信號。此外通過設(shè)置積分判決閾值，可實現(xiàn)按鍵觸發(fā)時間的可設(shè)置功能，能夠濾除特定頻率的干擾信號等功能，顯著提高了鍵盤設(shè)備的輸入效率和可靠性。其中按鍵按下前，濾波輸入為低，出現(xiàn)干擾脈沖時，不使濾波翻轉(zhuǎn)為高，仍保持輸出為低，此處省略附圖；按鍵完全松開后，出現(xiàn)抖動脈沖或干擾脈沖時，不使濾波翻轉(zhuǎn)為高， 輸入輸出均為低，此處省略附圖。如圖5所示為本發(fā)明鍵盤掃描方法中按鍵脈寬積分判決原理示意圖，經(jīng)過數(shù)字濾波后的按鍵脈沖，由脈寬積分判決器輸出按鍵值，脈寬積分判決器采用32位計數(shù)器和判決器組成，數(shù)字積分判決的輸入為基準時鐘、按鍵脈沖寬度和所設(shè)置的判決閾值，輸出為正確的鍵值，計數(shù)器對按鍵脈沖寬度進行積分計數(shù)，判決器將計數(shù)值與所設(shè)置的閾值進行比較， 如果計數(shù)值小于閾值，則認為按鍵(i，j)沒有被按下，如果計數(shù)值大于等于閾值，則認為按鍵(i，j)被按下，并輸出所按下的鍵值。本發(fā)明較傳統(tǒng)的鍵盤掃描技術(shù)有較強的去抖動能力按鍵按下的機械動作會產(chǎn)生一定程度的抖動脈沖，傳統(tǒng)鍵盤掃描技術(shù)方法中，采用時間延遲的方法消除抖動脈沖，但這種方法并沒有消除抖動脈沖，只是通過時間延遲跳過抖動脈沖的檢測。若延遲時間太短，達不到去抖動目的；若延遲時間太長，又會使按鍵不靈。本發(fā)明則能夠去除了抖動脈沖，從而大大增強了去抖動能力。本發(fā)明較傳統(tǒng)的鍵盤掃描技術(shù)有較強的抗誤觸發(fā)能力環(huán)境的振動會引起鍵盤瞬時閉合，產(chǎn)生誤觸發(fā)脈沖。在傳統(tǒng)鍵盤掃描技術(shù)方法中，并沒有有效的抗振動性能，而本發(fā)明中的數(shù)字濾波方法可以有效去除誤觸發(fā)脈沖，因而大大增強了抗誤觸發(fā)能力。本發(fā)明較傳統(tǒng)的鍵盤掃描技術(shù)有較強的抗環(huán)境干擾能力當(dāng)應(yīng)用環(huán)境中存在較強的干擾信號時，矩陣鍵盤輸出端可能會耦合上較強的干擾脈沖，本發(fā)明中的數(shù)字濾波功能同樣可以有效去除干擾脈沖，尤其特定頻段的干擾信號時，可通過設(shè)置數(shù)字濾波器階數(shù)N， 針對性地消除干擾信號，因此具有很強的抗干擾能力。以上所述，僅為本發(fā)明最佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。本發(fā)明說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的公知技術(shù)。
權(quán)利要求
1.高可靠性鍵盤掃描方法，其特征在于包括如下步驟(1)對鍵盤進行分級掃描，具體方法為設(shè)鍵盤為X行、Y列的矩陣鍵盤，由X行產(chǎn)生掃描序列信號，從Y列讀取掃描結(jié)果，當(dāng)?shù)趇行j列上的按鍵按下時，第j列和第i行相連通， 第j列輸入引腳讀取到第i行輸出引腳掃描脈沖，從而得到坐標(biāo)為(i，j)的按鍵按下過程的脈沖信號，其中i e X，j G Y;(2)對鍵盤的掃描結(jié)果進行數(shù)字濾波，包括坐標(biāo)為(i，j)的按鍵按下瞬間和按鍵松開瞬間產(chǎn)生的抖動脈沖的數(shù)字濾波，具體方法為按鍵按下瞬間，出現(xiàn)抖動脈沖，不使濾波輸出翻轉(zhuǎn)為高，仍與按鍵按下之前一致，保持輸出為低；按鍵松開瞬間，出現(xiàn)抖動脈沖，不使濾波輸出翻轉(zhuǎn)為低，仍與按鍵按下過程中一致，保持輸出為高；(3)對數(shù)字濾波后的鍵盤掃描結(jié)果進行脈寬積分判決，具體方法為使用基準時鐘對數(shù)字濾波后的坐標(biāo)為(i，j)的按鍵脈沖寬度進行積分計數(shù)，并對按鍵脈沖寬度設(shè)置閾值， 若按鍵脈沖寬度計數(shù)值小于所述閾值，則判斷坐標(biāo)為(i，j)的按鍵沒有被按下，若按鍵脈沖寬度計數(shù)值大于等于所述閾值，則判斷坐標(biāo)為(i，j)的按鍵被按下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高可靠性鍵盤掃描方法，其特征在于所述步驟O)中對鍵盤的掃描結(jié)果進行數(shù)字濾波還包括按鍵按下過程中產(chǎn)生的誤觸發(fā)脈沖的數(shù)字濾波，具體方法為按鍵按下過程中，濾波輸入輸出均為高，當(dāng)出現(xiàn)誤觸發(fā)脈沖時，不使濾波輸出翻轉(zhuǎn)為低，仍與按鍵按下過程一致，保持輸出為高。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高可靠性鍵盤掃描方法，其特征在于所述步驟O)中對鍵盤的掃描結(jié)果進行數(shù)字濾波還包括按鍵按下前、中、后整個過程出現(xiàn)的干擾脈沖的數(shù)字濾波，具體方法為按鍵按下前，濾波輸入為低，出現(xiàn)干擾脈沖時，不使濾波翻轉(zhuǎn)為高，仍保持輸出為低；按鍵按下瞬間，出現(xiàn)干擾脈沖，不使濾波輸出翻轉(zhuǎn)為高，保持輸出為低；按鍵按下過程中，濾波輸入輸出均為高，出現(xiàn)干擾脈沖時，不使濾波輸出翻轉(zhuǎn)為低，保持輸出為高；按鍵松開瞬間，出現(xiàn)干擾脈沖，不使濾波輸出翻轉(zhuǎn)為低，保持輸出為高；按鍵完全松開后，出現(xiàn)干擾脈沖時，不使濾波翻轉(zhuǎn)為高，輸入輸出均為低。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高可靠性鍵盤掃描方法，其特征在于所述步驟(2)中數(shù)字濾波采用N階D觸發(fā)器串聯(lián)構(gòu)成N階干擾脈沖數(shù)字濾波器實現(xiàn)，當(dāng)D觸發(fā)器的值為1的2NN數(shù)目大于等于I時，輸出結(jié)果為1 ；當(dāng)D觸發(fā)器的值不為1的數(shù)目小于y時，不進行翻轉(zhuǎn)，2N輸出結(jié)果仍為1 ；當(dāng)D觸發(fā)器的值為0的數(shù)目大于等于j時，輸出結(jié)果為0 ；當(dāng)D觸發(fā)器的N值不為0的數(shù)目小于y，不進行翻轉(zhuǎn)，輸出結(jié)果仍為0。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高可靠性鍵盤掃描方法，其特征在于所述步驟(3)中采用脈寬積分判決器進行脈寬積分判決，所述脈寬積分判決器由32位計數(shù)器和判決器組成，輸入為基準時鐘、按鍵脈沖寬度和所設(shè)置的判決閾值，輸出為正確的鍵值，計數(shù)器對按鍵脈沖寬度進行積分計數(shù)，判決器將計數(shù)值與所設(shè)置的閾值進行比較后得出坐標(biāo)為(i，j)按鍵的鍵值。
全文摘要
本發(fā)明涉及高可靠性鍵盤掃描方法，是一項新的鍵盤掃描技術(shù)方法，主要用于惡劣環(huán)境中武器裝備相關(guān)的嵌入式系統(tǒng)的鍵盤輸入設(shè)備驅(qū)動，它采用分級掃描、數(shù)字濾波、積分判決等一系列有效的技術(shù)手段，顯著提高鍵盤設(shè)備的抗干擾能力和抗誤觸發(fā)能力，此外，本發(fā)明還實現(xiàn)了按鍵觸發(fā)時間可以設(shè)置、能夠濾除特定頻率的干擾信號等功能，使得鍵盤設(shè)備具備了針對特定應(yīng)用環(huán)境特別定制的強抗干擾能力，本發(fā)明技術(shù)方案在硬件上，不額外增加任何成本，具有成本低廉，高效可靠的特點，其顯著的抗干擾能力和抗誤觸發(fā)能力，及良好的兼容性，可滿足各種武器裝備系統(tǒng)在惡劣軍事環(huán)境中的應(yīng)用需求。
文檔編號H03M11/20GK102523002SQ20111037190
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月22日
發(fā)明者孫甲琦, 杜亞珍, 王佳佳, 陳書聰, 顧興旺, 龔立東 申請人:北京遙測技術(shù)研究所