一種實(shí)時(shí)檢測(cè)按鍵觸發(fā)狀態(tài)的按鍵電路和游戲手柄的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種實(shí)時(shí)檢測(cè)按鍵觸發(fā)狀態(tài)的按鍵電路和游戲手柄。該按鍵電路能夠檢測(cè)2N個(gè)按鍵的觸發(fā)狀態(tài)，包括：MCU、計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)選擇器、或門電路和包含2N個(gè)按鍵的按鍵單元，其中，N為大于或等于2的正整數(shù)。該游戲手柄包括該按鍵電路。本實(shí)用新型的技術(shù)方案在僅使用MCU的三個(gè)輸入輸出端口的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)若干按鍵觸發(fā)狀態(tài)的實(shí)時(shí)有效檢測(cè)，節(jié)省了MCU的I/O端口資源，降低了電路生產(chǎn)成本，提高了電路工作效率。
【專利說明】一種實(shí)時(shí)檢測(cè)按鍵觸發(fā)狀態(tài)的按鍵電路和游戲手柄

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種實(shí)時(shí)檢測(cè)按鍵觸發(fā)狀態(tài)的按鍵電路和游戲手柄。

【背景技術(shù)】
[0002]按鍵電路是微控制單元MCU應(yīng)用系統(tǒng)中最主要的人機(jī)交互輸入方式，其合理的設(shè)計(jì)，不僅可以節(jié)省系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成本，更可以使儀器設(shè)備的操作變得更為簡(jiǎn)單、方便，很大程度上提聞系統(tǒng)綜合性能。
[0003]目前最常見的按鍵電路大致分為兩種:一對(duì)一連接和矩陣式連接。一對(duì)一連接就是一個(gè)按鍵直接對(duì)應(yīng)一個(gè)MCU的輸入端口，這樣的電路簡(jiǎn)單直接，在按鍵數(shù)量較少端口數(shù)量富裕時(shí)可以直接使用，但在按鍵數(shù)量較多時(shí)會(huì)占用大量的MCU的I/O端口資源，造成系統(tǒng)工作效率的降低；矩陣式連接是指將按鍵按行列矩陣的方式排列，其中每一行公用一根行線，每一列公用一根列線，設(shè)矩陣式連接的行數(shù)為X，列數(shù)為y，按鍵數(shù)和所需端口數(shù)分別用Ns和NI/0表不，有:
[0004]Ns = x*y
[0005]NI/0 = x+y
[0006]可以看出，與一對(duì)一的直接連接方式相比，矩陣式連接所占用的端口數(shù)有了相當(dāng)?shù)臏p少。如果按鍵電路需要16個(gè)按鍵，按一對(duì)一方式連接的話需要16個(gè)端口，而按矩陣式連接只需要8個(gè)端口。
[0007]即便如此，按鍵電路的矩陣式連接越來越無法滿足高速發(fā)展的電子信息技術(shù)對(duì)端口資源的需求，如何最大限度地減少按鍵電路對(duì)I/O端口的占用，以及如何通過簡(jiǎn)化程序處理過程減少按鍵電路對(duì)存儲(chǔ)器和運(yùn)算資源的占用，是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]鑒于上述問題，本實(shí)用新型提供了一種實(shí)時(shí)檢測(cè)按鍵觸發(fā)狀態(tài)的按鍵電路和游戲手柄，以解決上述問題或者至少部分地解決上述問題。
[0009]依據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供了一種實(shí)時(shí)檢測(cè)按鍵觸發(fā)狀態(tài)的按鍵電路，該按鍵電路能夠檢測(cè)2N個(gè)按鍵的觸發(fā)狀態(tài)，該按鍵電路包括:微控制單元MCU、計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)選擇器、或門電路和包含2N個(gè)按鍵的按鍵單元，N為大于或等于2的正整數(shù)；
[0010]所述微控制單兀MCU的第一輸入輸出端與所述或門電路的輸出端相連,所述微控制單元MCU的第二輸入輸出端與所述數(shù)據(jù)選擇器的輸出端相連，以及所述微控制單元MCU的第三輸入輸出端與所述計(jì)數(shù)器的輸入端相連；
[0011]所述計(jì)數(shù)器包括N位輸出端，該N位輸出端與所述數(shù)據(jù)選擇器的地址選擇端以及所述或門電路的輸入端相連；
[0012]所述數(shù)據(jù)選擇器為1/2n數(shù)據(jù)選擇器，其2n個(gè)輸入端與所述2N個(gè)按鍵一一對(duì)應(yīng)相連。
[0013]可選地，所述計(jì)數(shù)器包括:N-1個(gè)觸發(fā)器；
[0014]所述N-1個(gè)觸發(fā)器的輸入端均接高電平；
[0015]所述N-1個(gè)觸發(fā)器依次串聯(lián)，其中上一個(gè)觸發(fā)器的輸出端與相鄰下一個(gè)觸發(fā)器的觸發(fā)端相連，串聯(lián)的第一個(gè)觸發(fā)器的觸發(fā)端與所述微控制單元MCU的第三輸入輸出端相連；
[0016]由所述微控制單元MCU的第三輸入輸出端和所述N-1個(gè)觸發(fā)器的輸出端構(gòu)成所述計(jì)數(shù)器的N位輸出端。
[0017]可選地，所述觸發(fā)器為JK觸發(fā)器；或者，所述觸發(fā)器為T觸發(fā)器。
[0018]可選地，所述按鍵單元進(jìn)一步包括:2n個(gè)上拉電阻；
[0019]所述2N個(gè)上拉電阻的一端接高電平，其另一端與所述數(shù)據(jù)選擇器的2Nf輸入端--對(duì)應(yīng)相連。
[0020]依據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)方面，提供了一種游戲手柄，該游戲手柄包括所述按鍵電路。
[0021]綜上所述，本實(shí)用新型所提供的技術(shù)方案在僅使用MCU的三個(gè)輸入輸出端口的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)若干按鍵觸發(fā)狀態(tài)的實(shí)時(shí)有效檢測(cè)，節(jié)省了 MCU的輸入輸出端口資源，降低了電路的生產(chǎn)成本，提高了電路的工作效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1示出了根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的一種實(shí)時(shí)檢測(cè)按鍵觸發(fā)狀態(tài)的按鍵電路的結(jié)構(gòu)圖不意圖；
[0023]圖2示出了根據(jù)本實(shí)用新型另一個(gè)實(shí)施例的一種實(shí)時(shí)檢測(cè)按鍵觸發(fā)狀態(tài)的按鍵電路的電路結(jié)構(gòu)圖不意圖；
[0024]圖3示出了根據(jù)本實(shí)用新型另一個(gè)實(shí)施例的觸發(fā)時(shí)序示意圖；
[0025]圖4示出了根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的一種游戲手柄的結(jié)構(gòu)示意圖；

【具體實(shí)施方式】
[0026]為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0027]圖1示出了根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的一種實(shí)時(shí)檢測(cè)按鍵觸發(fā)狀態(tài)的按鍵電路的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，該按鍵電路包括:微控制單元MCU、計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)選擇器、或門電路和包含2N個(gè)按鍵的按鍵單元，N為大于或等于2的正整數(shù)。
[0028]微控制單元MCU的第一輸入輸出端與或門電路的輸出端相連，微控制單元MCU的第二輸入輸出端與數(shù)據(jù)選擇器的輸出端相連，以及微控制單元MCU的第三輸入輸出端與計(jì)數(shù)器的輸入端IN相連；計(jì)數(shù)器包括N位輸出端，該N位輸出端與數(shù)據(jù)選擇器的地址選擇端，以及或門電路的輸入端相連；數(shù)據(jù)選擇器為1/2N數(shù)據(jù)選擇器，其2N個(gè)輸入端與2N個(gè)按鍵--對(duì)應(yīng)相連。
[0029]其中，微控制單元MCU的第三輸入輸出端用于向計(jì)數(shù)器輸出觸發(fā)信號(hào)，計(jì)數(shù)器在該觸發(fā)信號(hào)的作用下輸出N位輸出信號(hào)到數(shù)據(jù)選擇器的地址選擇端和或門電路的輸入端，數(shù)據(jù)選擇器在該N位輸出信號(hào)的作用下輸出相應(yīng)的按鍵狀態(tài)到微控制單元MCU的第二輸入輸出端，微控制單元MCU的第二輸入輸出端用于檢測(cè)按鍵狀態(tài)，或門電路在該N位輸出信號(hào)的作用下輸出同步信號(hào)到微控制單元MCU的第一輸入輸出端，微控制單元MCU的第一輸入輸出端用于檢測(cè)同步信號(hào)以知悉每一輪按鍵檢測(cè)的開始或者結(jié)束。
[0030]由上述可知，本實(shí)用新型所提供的技術(shù)方案在僅使用微控制單元MCU的三個(gè)輸入輸出端口的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)若干按鍵觸發(fā)狀態(tài)的實(shí)時(shí)有效檢測(cè)，節(jié)省了 MCU的輸入輸出端口資源，降低了電路的生產(chǎn)成本，提高了電路的工作效率。
[0031]圖2示出了根據(jù)本實(shí)用新型另一個(gè)實(shí)施例的一種實(shí)時(shí)檢測(cè)按鍵觸發(fā)狀態(tài)的按鍵電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖。在本實(shí)施例中，如圖2所示，該按鍵電路包括:微控制單元MCU、第一觸發(fā)器Jl、第二觸發(fā)器J2、數(shù)據(jù)選擇器MUX、或門電路M、8個(gè)按鍵S1-S8、以及8個(gè)上拉電阻 R1-R8。
[0032]微控制單元MCU的第一輸入輸出端與或門電路M的輸出端相連；微控制單元MCU的第二輸入輸出端與數(shù)據(jù)選擇器MUX的輸出端相連；微控制單兀MCU的第三輸入輸出端與第一觸發(fā)器Jl的觸發(fā)端、數(shù)據(jù)選擇器MUX的第三地址選擇端以及或門電路M的輸入端相連；第一觸發(fā)器Jl和第二觸發(fā)器J2的輸入端均接高電平；第一觸發(fā)器Jl的輸出端與第二觸發(fā)器J2的觸發(fā)端、數(shù)據(jù)選擇器MUX的第二地址選擇端以及或門電路M的輸入端相連；第二觸發(fā)器J2的輸出端與數(shù)據(jù)選擇器MUX的第一地址選擇端以及或門電路的輸入端相連；數(shù)據(jù)選擇器MUX的8個(gè)輸入端與8個(gè)按鍵S1-S8的一端，以及8個(gè)上拉電阻R1-R8的一端一一對(duì)應(yīng)相連；8個(gè)按鍵S1-S8的另一端共同接地；8個(gè)上拉電阻R1-R8的另一端均接高電平。
[0033]在本實(shí)施例中，設(shè)置第一觸發(fā)器Jl和第二觸發(fā)器J2均為JK觸發(fā)器，將二者的輸入端均接高電平，使得在每次觸發(fā)信號(hào)作用后觸發(fā)器輸出與前一個(gè)狀態(tài)相反的輸出信號(hào)。由微控制單兀MCU的第三輸入輸出端、第一觸發(fā)器Jl的輸出端和第二觸發(fā)器J2的輸出端共同構(gòu)成了前文所述的計(jì)數(shù)器的3位輸出端，也就是說，該三者共同構(gòu)成了數(shù)據(jù)選擇器MUX的3位地址選擇端，數(shù)據(jù)選擇器將以該三者輸出的信號(hào)狀態(tài)為依據(jù)選擇出相應(yīng)的按鍵觸發(fā)狀態(tài)。
[0034]圖3示出了根據(jù)本實(shí)用新型另一個(gè)實(shí)施例的計(jì)數(shù)器輸出3位信號(hào)狀態(tài)的時(shí)序圖。圖2所示的微控制單元MCU的第三輸入輸出端輸出的觸發(fā)信號(hào)、第一觸發(fā)器Jl的輸出信號(hào)、以及第二觸發(fā)器J2的輸出信號(hào)的時(shí)序變化如圖3所示，在本實(shí)施例中，首先，設(shè)置微控制單元MCU的第三輸入輸出端輸出的觸發(fā)信號(hào)為方波信號(hào)，稱為第一方波信號(hào)，周期為Tl ；其次，設(shè)置微控制單元MCU的第三輸入輸出端輸出的觸發(fā)信號(hào)、第一觸發(fā)器Jl的輸出信號(hào)、以及第二觸發(fā)器J2的輸出信號(hào)的初始狀態(tài)均為低電平；最后，設(shè)置第一觸發(fā)器Jl和第二觸發(fā)器J2都是觸發(fā)信號(hào)下降沿有效。
[0035]如圖3所不,在微控制單兀MCU的第三輸入輸出端輸出的方波信號(hào)的作用下,第一觸發(fā)器Jl的輸出信號(hào)在第一方波信號(hào)的每個(gè)下降沿發(fā)生翻轉(zhuǎn)，形成周期翻倍的方波信號(hào)，稱為第二方波信號(hào)，周期為T2 ;第二觸發(fā)器J2的輸出信號(hào)在第二方波信號(hào)的每個(gè)下降沿發(fā)生翻轉(zhuǎn)，形成周期再次翻倍的方波信號(hào)，稱為第三方波信號(hào)，周期為T3。其中，
[0036]T3 = 2*T2 = 4*Τ1
[0037]因此,在時(shí)域上，由微控制單兀MCU的第三輸入輸出端輸出的第一方波信號(hào)、第一觸發(fā)器Jl輸出的第二方波信號(hào)、以及第二觸發(fā)器J2輸出的第三方波信號(hào)構(gòu)成的上文所述計(jì)數(shù)器的3位輸出信號(hào)依次為:000、100、010、110、001、101、011、111。
[0038]根據(jù)圖2所示的電路連接方式，由于微控制單元MCU的第三輸入輸出端與數(shù)據(jù)選擇器MUX的第三地址選擇端相連，第一觸發(fā)器Jl的輸出端和數(shù)據(jù)選擇器MUX的第二地址選擇端相連，并且第二觸發(fā)器J2的輸出端和數(shù)據(jù)選擇器MUX的第一地址選擇端相連，因此對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)選擇器接收到的地址選擇信號(hào)依次為:
[0039]000,此時(shí)，數(shù)據(jù)選擇器MUX選擇第一通道D0，即第一按鍵SI被選擇，微控制單元MCU通過第二輸入輸出端口檢測(cè)第一按鍵SI的觸發(fā)狀態(tài)；與此同時(shí)，或門電路M的輸入均為低電平，導(dǎo)致輸出信號(hào)為低電平，即微控制單元MCU的第一輸入輸出端接收到低電平的同步信號(hào)，表示一輪按鍵檢測(cè)的開始；
[0040]001，此時(shí)，數(shù)據(jù)選擇器MUX選擇第二通道D1，即第二按鍵S2被選擇，微控制單元MCU通過第二輸入輸出端口檢測(cè)第二按鍵S2的觸發(fā)狀態(tài)；
[0041]010，此時(shí)，數(shù)據(jù)選擇器MUX選擇第三通道D2，即第三按鍵S3被選擇，微控制單元MCU通過第二輸入輸出端口檢測(cè)第三按鍵S3的觸發(fā)狀態(tài)；
[0042]011，此時(shí)，數(shù)據(jù)選擇器MUX選擇第四通道D3，即第四按鍵S4被選擇，微控制單元MCU通過第二輸入輸出端口檢測(cè)第四按鍵S4的觸發(fā)狀態(tài)；
[0043]100，此時(shí)，數(shù)據(jù)選擇器MUX選擇第五通道D4，即第五按鍵S5被選擇，微控制單元MCU通過第二輸入輸出端口檢測(cè)第五按鍵S5的觸發(fā)狀態(tài)；
[0044]101，此時(shí)，數(shù)據(jù)選擇器MUX選擇第六通道D5，即第六按鍵S6被選擇，微控制單元MCU通過第二輸入輸出端口檢測(cè)第六按鍵S6的觸發(fā)狀態(tài)；
[0045]110，此時(shí)，數(shù)據(jù)選擇器MUX選擇第七通道D6，即第七按鍵S7被選擇，微控制單元MCU通過第二輸入輸出端口檢測(cè)第七按鍵S7的觸發(fā)狀態(tài)；
[0046]111，此時(shí)，數(shù)據(jù)選擇器MUX選擇第八通道D7，即第八按鍵S8被選擇，微控制單元MCU通過第二輸入輸出端口檢測(cè)第八按鍵S8的觸發(fā)狀態(tài)；
[0047]000，此時(shí)，數(shù)據(jù)選擇器MUX再次選擇第一通道D0，即第一按鍵SI再次被選擇，微控制單元MCU通過第二輸入輸出端口再次檢測(cè)第一按鍵SI的觸發(fā)狀態(tài)；與此同時(shí)，或門電路M的輸入均為低電平，導(dǎo)致輸出信號(hào)為低電平，即微控制單元MCU的第一輸入輸出端接收到低電平的同步信號(hào)，表示新一輪按鍵檢測(cè)的開始。
[0048]以此類推，在本實(shí)施例中，按鍵電路對(duì)8個(gè)按鍵S1-S8進(jìn)行反復(fù)的掃描檢測(cè)。
[0049]圖4示出了根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的一種游戲手柄的結(jié)構(gòu)圖。如圖5所示，該游戲手柄包括所述按鍵電路，包括微控制單元MCU、計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)選擇器、或門電路和按鍵單元。
[0050]在用戶操作游戲手柄上按鍵單元中的按鍵時(shí)，手柄內(nèi)部的按鍵電路通過微控制單元MCU觸發(fā)計(jì)數(shù)器，使得計(jì)數(shù)器輸出地址選擇信號(hào)給數(shù)據(jù)選擇器，數(shù)據(jù)選擇器選擇相應(yīng)按鍵，將其觸發(fā)狀態(tài)輸入給微控制單元MCU進(jìn)行檢測(cè)，循環(huán)該過程，微控制單元MCU以或門電路輸出的低電平同步信號(hào)作為檢測(cè)開始標(biāo)記，輪流對(duì)按鍵單元中的按鍵進(jìn)行掃描檢測(cè)，進(jìn)而檢測(cè)出用戶對(duì)手柄上按鍵的操作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。
[0051]綜上所述，本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案在僅僅占用MCU的三個(gè)輸入輸出端口的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多個(gè)按鍵觸發(fā)狀態(tài)的實(shí)時(shí)檢測(cè)，是目前常用的一對(duì)一式按鍵電路和矩陣式按鍵電路無法達(dá)到的較理想狀態(tài)，節(jié)省了寶貴的輸入輸出端口資源，進(jìn)一步減少了對(duì)基于MCU應(yīng)用系統(tǒng)的存儲(chǔ)資源和運(yùn)算資源的占用，能夠?qū)崿F(xiàn)更為理想的人機(jī)交互功能。
[0052]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種實(shí)時(shí)檢測(cè)按鍵觸發(fā)狀態(tài)的按鍵電路，其特征在于，該按鍵電路能夠檢測(cè)2N個(gè)按鍵的觸發(fā)狀態(tài)，該按鍵電路包括:微控制單元MCU、計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)選擇器、或門電路和包含2n個(gè)按鍵的按鍵單元，N為大于或等于2的正整數(shù)； 所述微控制單元MCU的第一輸入輸出端與所述或門電路的輸出端相連，所述微控制單元MCU的第二輸入輸出端與所述數(shù)據(jù)選擇器的輸出端相連，以及所述微控制單元MCU的第三輸入輸出端與所述計(jì)數(shù)器的輸入端相連； 所述計(jì)數(shù)器包括N位輸出端，該N位輸出端與所述數(shù)據(jù)選擇器的地址選擇端以及所述或門電路的輸入端相連； 所述數(shù)據(jù)選擇器為1/2N數(shù)據(jù)選擇器，其2N個(gè)輸入端與所述2N個(gè)按鍵一一對(duì)應(yīng)相連。
2.如權(quán)利要求1所述的按鍵電路，其特征在于，所述計(jì)數(shù)器包括:N-1個(gè)觸發(fā)器； 所述N-1個(gè)觸發(fā)器的輸入端均接高電平； 所述N-1個(gè)觸發(fā)器依次串聯(lián)，其中上一個(gè)觸發(fā)器的輸出端與相鄰下一個(gè)觸發(fā)器的觸發(fā)端相連，串聯(lián)的第一個(gè)觸發(fā)器的觸發(fā)端與所述微控制單元MCU的第三輸入輸出端相連；由所述微控制單元MCU的第三輸入輸出端和所述N-1個(gè)觸發(fā)器的輸出端構(gòu)成所述計(jì)數(shù)器的N位輸出端。
3.如權(quán)利要求2所述的按鍵電路，其特征在于， 所述觸發(fā)器為JK觸發(fā)器； 或者， 所述觸發(fā)器為T觸發(fā)器。
4.如權(quán)利要求1所述的按鍵電路，其特征在于，所述按鍵單元進(jìn)一步包括:2Nf上拉電阻； 所述2N個(gè)上拉電阻的一端接高電平，其另一端與所述數(shù)據(jù)選擇器的2Nf輸入端一一對(duì)應(yīng)相連。
5.一種游戲手柄，其特征在于，該游戲手柄包括如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的按鍵電路。
【文檔編號(hào)】H03M11/20GK204131504SQ201420442872
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月6日
【發(fā)明者】張召德 申請(qǐng)人:濰坊歌爾電子有限公司