[发明专利]用于多位数码管驱动环境下的按键扫描的装置及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种按键扫描技术，特别涉及一种用于多位数码管驱动环境下的按键扫描的装置及控制方法。

背景技术

数码管按照发光二极管单元的连接方式可分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳极数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极（com）的数码管，共阳极数码管在应用时应将公共极接到高电平，当某一字段（seg）发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。共阴极数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极（com）的数码管，共阴极数码管在应用时应将公共极接到低电平，当某一字段（seg）发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。常见的数码管为8段数码管，每1位该数码管包括“日”字形状的7个字段（a、b、c、d、e、f、g），以及作为“小数点”的1个字段（dp）。

在传统技术方案一中，每位数码管的seg端复用显示驱动芯片的I/O端口，相应的I/O端口称为seg端口；而不同数码管的com端则分别连接到显示驱动芯片上的其他I/O端口，相应的I/O端口称为com端口。显示驱动芯片以时分复用的方式驱动各位数码管，使每位数码管循环地轮流显示。

图1中，数码管LED1和LED2的seg端共用显示驱动芯片的I/O端口S1～S8，而com端则分别连接到S9和S10。I/O端口S1～S8连接到按键阵列的行，S9和S10连接到按键阵列的列。

图2中，V_H表示I/O端口输出的高电压，V_L表示I/O端口输出的低电压，Z表示I/O端口的高阻态。数码管显示和按键扫描分时进行。在数码管显示时隙中，独立的I/O端口控制数码管的com端，驱动各个数码管依次显示。在按键扫描时隙中，I/O端口逐行或逐列地扫描按键阵列。

在传统技术方案一中，显示驱动芯片在每位数码管的显示时隙内仅有一个com端口是有效的，其它的com端口均处于无效或空闲状态，以确保其他数码管不被选通。传统技术方案一在数码管显示时隙内仅通过高电压V_H和低电压V_L来驱动数码管的显示。所以，为了不会造成多个数码管同时显示，com端口必须是独立的I/O端口，com端口的个数等于数码管的个数。因此，驱动1位8段数码管需要1个com端口和8个seg端口，共需要9个I/O端口；驱动2位8段数码管需要2个com端口和8个seg端口，共需要10个I/O端口；驱动M位N段数码管需要M个com端口和N个seg端口，共需要M+N个I/O端口。在多位数码管显示驱动的应用中，这种方案会占用芯片较多的I/O端口。过多的显示驱动端口导致了较高的芯片成本和封装成本。

2003年，Maxim公司的Charlie Allen提出了Charlieplexing技术，利用I/O端口的状态特点和发光二极管的单向导通原理，实现了数码管显示时隙中com端口和seg端口的复用，减少了多位数码管显示驱动所需要的I/O端口个数。

图3中，数码管LED1～LED10的com端分别连接到芯片的I/O端口S1～S10。LED1的8个seg端连接到S1之外的I/O端口，即S2～S9；LED2的8个seg端连接到S2之外的I/O端口，即S1、S3～S9；依次类推，LED10的8个seg端连接到S10之外的I/O端口，即S1～S8。

图4中，在数码管显示时隙内，I/O端口不再独立地区分为com端口和seg端口，而是将com端口和seg端口合并到一起，通过时分复用的方式来区分com端口和seg端口。在连接关系上，一个I/O端口即是某一数码管的seg端口，又是另一数码管的com端口。

然而，这种方法将数码管显示驱动端口通过时分复用的方式用于按键扫描时，需要占用额外的I/O端口或者使用外围元器件，否则按键扫描会影响数码管的显示。在这种技术方案中，I/O端口既作为一个数码管的seg端口，又作为另一个数码管的com端口，任意两个I/O端口都可能连接到一个字段的两端。所以，要在按键扫描时隙内使所有的字段均不亮，则不允许任何两个I/O端口之间存在电压差。按键扫描是通过检测I/O端口的电平变化来实现的，因此在按键扫描时隙内，某些I/O端口之间必然存在着电压差。如果将数码管显示驱动端口复用为按键扫描端口，则在按键扫描时隙中会有字段被点亮，导致数码管显示混乱。综上所述，这种技术方案在不占用额外的I/O端口或者使用外围元器件的条件下，不能够将数码管显示驱动端口复用于按键扫描。在数码管显示驱动和按键扫描的应用场景中，尤其在多位数码管和多个按键的情况下，该方案将会占用较多的I/O端口。