LED顯示驅(qū)動(dòng)器的鍵盤掃描擴(kuò)展方法介紹

本應(yīng)用筆記介紹了一種擴(kuò)展掃描的方法，可以擴(kuò)展MAX6954和MAX6955 LED顯示驅(qū)動(dòng)器的鍵盤掃描范圍，從32鍵擴(kuò)展到80鍵。

MAX6954/MAX6955是4線或2線串行接口的LED驅(qū)動(dòng)器，可以控制7段、14段或16段LED或一個(gè)16x8的LED矩陣。驅(qū)動(dòng)器還包括5個(gè)I/O擴(kuò)展(GPIO)端口，以及用這些端口自動(dòng)掃描32個(gè)按鍵、消除按鍵抖動(dòng)的所有邏輯控制。另外一個(gè)功能選項(xiàng)是通過一個(gè)中斷引腳通知系統(tǒng)處理器消除鍵抖。本文介紹的擴(kuò)展按鍵掃描方案(從32鍵擴(kuò)展到80或更多個(gè)按鍵)需要增添額外的二極管。

表1. MAX6954/MAX6955的標(biāo)準(zhǔn)32鍵連接

	P0	P1	P2	P3
LED Output O0	SW A1	SW B1	SW C1	SW D1
LED Output O1	SW A2	SW B2	SW C2	SW D2
LED Output O2	SW A3	SW B3	SW C3	SW D3
LED Output O3	SW A4	SW B4	SW C4	SW D4
LED Output O4	SW A5	SW B5	SW C5	SW D5
LED Output O5	SW A6	SW B6	SW C6	SW D6
LED Output O6	SW A7	SW B7	SW C7	SW D7
LED Output O7	SW A8	SW B8	SW C8	SW D8

圖1. MAX6954/MAX6955的標(biāo)準(zhǔn)32鍵連接

表1和圖1給出了MAX6954/MAX6955的標(biāo)準(zhǔn)8鍵連接。鍵切換電路按照4 x 8矩陣(4列、8行)讀取32個(gè)按鍵的狀態(tài)。鍵盤陣列的8行由8個(gè)LED陰極驅(qū)動(dòng)器輸出(LED輸出O0至LED輸出O7)驅(qū)動(dòng)。作為多層LED驅(qū)動(dòng)的一部分，這些LED陰極驅(qū)動(dòng)輸出依次拉至低電平320µs (標(biāo)稱值)(順序驅(qū)動(dòng)LED)。這些驅(qū)動(dòng)器輸出分別用來拉低鍵開關(guān)的一端，鍵的另一端連接在4個(gè)輸入引腳(P0至P3)，這4個(gè)輸入引腳從內(nèi)部拉至MAX6954/MAX6955的高電平V+。按下開關(guān)時(shí)，P0、P1、P2或P3將由相應(yīng)的LED輸出Ox拉至低電平，MAX6954/MAX6955檢測按鍵，并為按鍵提供去抖。

多個(gè)按鍵被同時(shí)按下時(shí)，與開關(guān)串聯(lián)的二極管可以防止2個(gè)或多個(gè)LED陰極驅(qū)動(dòng)輸出短路。例如，同時(shí)按下SW A1和SW A2時(shí)，與按鍵串聯(lián)的二極管可以避免LED輸出O0與LED輸出O1短路，因?yàn)樵谌魏吻闆r下至少有一個(gè)二極管為反向偏置。二極管采用的是低成本、共陽極的BAW56，SOT23封裝。

MAX6954/MAX6955隨時(shí)判斷32個(gè)按鍵按下或釋放的動(dòng)作，器件內(nèi)部僅為指示這32個(gè)按鍵的狀態(tài)提供了寄存器。從這一點(diǎn)看，在MAX6954/MAX6955的設(shè)計(jì)中似乎沒有辦法擴(kuò)展掃描電路，需要尋找一種全新的設(shè)計(jì)方案。

針對這種特殊情況，我們發(fā)掘了一種冗余情況。許多應(yīng)用中只需要了解某一個(gè)按鍵是否被按下。通常，同時(shí)按下兩個(gè)按鍵的情況被認(rèn)為是錯(cuò)誤的鍵輸入，或者是進(jìn)入工廠診斷模式。這種兩個(gè)按鍵同時(shí)按下的情況是一種“冗余”情況，我們把新增按鍵連接成好像某一對兒鍵被同時(shí)按下的情況，表2和圖2所示電路通過組合P0、P1、P2和P3擴(kuò)充了16個(gè)按鍵。例如，當(dāng)SW AB1按下時(shí)，對于MAX6954/MAX6955而言，所表現(xiàn)出來的狀態(tài)與SW A1和SW B1同時(shí)按下的情況相同。只要每對兒按鍵(如SW A1和SW B1)的物理位置不相鄰，這種擴(kuò)展架構(gòu)即可有效工作。軟件設(shè)計(jì)應(yīng)保證在MAX6954/MAX6955的最小去抖周期內(nèi)響應(yīng)按鍵的/IRQ，保證每個(gè)對應(yīng)于按鍵掃描的結(jié)果都經(jīng)過適當(dāng)?shù)姆治鎏幚?。如果軟件?IRQ響應(yīng)較慢，將無法區(qū)分同時(shí)按下兩個(gè)按鍵的情況(鑒別增添的按鍵狀態(tài))和順序按下相同的兩個(gè)按鍵的情況。無論是哪種情況，按鍵去抖寄存器0x08-0x0B將簡單地顯示每個(gè)鍵位置位。

表2. MAX6954/MAX6955擴(kuò)展后的48鍵連接

	P0	P1	P2	P3	P0 & P1	P2 & P3
LED Output O0	SW A1	SW B1	SW C1	SW D1	SW AB1	SW CD1
LED Output O1	SW A2	SW B2	SW C2	SW D2	SW AB2	SW CD2
LED Output O2	SW A3	SW B3	SW C3	SW D3	SW AB3	SW CD3
LED Output O3	SW A4	SW B4	SW C4	SW D4	SW AB4	SW CD4
LED Output O4	SW A5	SW B5	SW C5	SW D5	SW AB5	SW CD5
LED Output O5	SW A6	SW B6	SW C6	SW D6	SW AB6	SW CD6
LED Output O6	SW A7	SW B7	SW C7	SW D7	SW AB7	SW CD7
LED Output O7	SW A8	SW B8	SW C8	SW D8	SW AB8	SW CD8

每個(gè)附加按鍵需要一個(gè)雙二極管(如低成本、共陰極的BAV70，SOT-23封裝), 按下開關(guān)時(shí)，P0和P1或P2和P3被同時(shí)拉低。

圖2. MAX6954/MAX6955擴(kuò)展后的48鍵連接

 

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圖2和表2通過組合P0、P1、P2和P3擴(kuò)充了16個(gè)按鍵。實(shí)際上，對于P0-P3鍵掃描輸入還存在另外四種可能的兩鍵組合方式。如果使用了6種兩鍵組合方式，按鍵數(shù)量將增加到80個(gè)，如表3所示。圖3給出了6個(gè)附加按鍵在LED輸出O0行的連接方式。每個(gè)附加按鍵需要一個(gè)雙二極管。

表3. MAX6954/MAX6955擴(kuò)展后的80鍵連接

	P0	P1	P2	P3	P0 & P1	P0 & P2	P0 & P3	P1 & P2	P1 & P3	P2 & P3
LED Output O0	SW A1	SW B1	SW C1	SW D1	SW AB1	SW AC1	SW AD1	SW BC1	SW BD1	SW CD1
LED Output O1	SW A2	SW B2	SW C2	SW D2	SW AB2	SW AC2	SW AD2	SW BC2	SW BD2	SW CD2
LED Output O2	SW A3	SW B3	SW C3	SW D3	SW AB3	SW AC3	SW AD3	SW BC3	SW BD3	SW CD3
LED Output O3	SW A4	SW B4	SW C4	SW D4	SW AB4	SW AC4	SW AD4	SW BC4	SW BD4	SW CD4
LED Output O4	SW A5	SW B5	SW C5	SW D5	SW AB5	SW AC5	SW AD5	SW BC5	SW BD5	SW CD5
LED Output O5	SW A6	SW B6	SW C6	SW D6	SW AB6	SW AC6	SW AD6	SW BC6	SW BD6	SW CD6
LED Output O6	SW A7	SW B7	SW C7	SW D7	SW AB7	SW AC7	SW AD7	SW BC7	SW BD7	SW CD7
LED Output O7	SW A8	SW B8	SW C8	SW D8	SW AB8	SW AC8	SW AD8	SW BC8	SW BD8	SW CD8

圖3. MAX6954/MAX6955擴(kuò)展后的80鍵連接

為什么僅將“同時(shí)按下雙鍵”作為判斷附加按鍵的途徑呢？3鍵和4鍵組合可用來替代雙鍵按下的情況，表4給出了這種附加配置。需要注意的是，4-3組合鍵每組需要三個(gè)二極管，四組鍵需要4倍數(shù)量的二極管。

表4. 3鍵和4鍵連接

	P0 & P1 & P3	P0 & P1 & P4	P0 & P2 & P3	P1 & P2 & P4	P0 & P1 & P2 &P3
LED Output O0	SW ABC1	SW ABD1	SW ACD1	SW BCD1	SW ABCD1
LED Output O1	SW ABC2	SW ABD2	SW ACD2	SW BCD2	SW ABCD2
LED Output O2	SW ABC3	SW ABD3	SW ACD3	SW BCD3	SW ABCD3
LED Output O3	SW ABC4	SW ABD4	SW ACD4	SW BCD4	SW ABCD4
LED Output O4	SW ABC5	SW ABD5	SW ACD5	SW BCD5	SW ABCD5
LED Output O5	SW ABC6	SW ABD6	SW ACD6	SW BCD6	SW ABCD6
LED Output O6	SW ABC7	SW ABD7	SW ACD7	SW BCD7	SW ABCD7
LED Output O7	SW ABC8	SW ABD8	SW ACD8	SW BCD8	SW ABCD8

排除3鍵和4鍵連接的一個(gè)最好理由是它們需要更多的二極管。如果應(yīng)用中所需按鍵只是略高于32鍵的限制，則可首先選擇本文推薦的方案。只是因?yàn)槟承┡既灰蛩?，讓用戶找?鍵和4鍵的方案也是不可取的。

值得注意的是：每個(gè)擴(kuò)充按鍵的連接方式模擬的是多個(gè)按鍵同時(shí)按下的情況，這些按鍵連接在同一LED陰極驅(qū)動(dòng)器輸出端(LED輸出O0至LED輸出O7)。采用這種連接方式，相關(guān)組合的按鍵總是在同一時(shí)間掃描或去抖。如果新增按鍵所模擬的同時(shí)按下的按鍵由不同的LED陰極驅(qū)動(dòng)輸出掃描，這種工作方式將是不可靠的。