扩展MAX6954和MAX6955键扫描超过32个键

本应用笔记详细介绍了如何将MAX6954和MAX6955 LED显示驱动器的按键扫描功能从32个按键扩展至多达80个按键。

MAX6954/MAX6955为4线和2线串行接口LED驱动器，可控制多达7段、14段和16段LED数字或16x8 LED阵列。该驱动程序还包括五个 I/O 扩展器 （GPIO） 端口，以及用于使用部分或全部这些端口自动扫描和去抖动多达 32 个按键开关的逻辑。此逻辑的一个可选功能是通过中断输出引脚提醒系统处理器密钥去抖动。本文所述的技术通过增加二极管，将MAX6954/MAX6955的能力从32个增加到80个或更多键。

 

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

 

图1.MAX6954/MAX6955的标准32键连接。

表1和图1所示为MAX6954/MAX6955的标准按键开关连接。按键开关电路读取 32 个按键，这些按键以 4 x 8 矩阵（四列，八行）组织。八个按键矩阵行由八个 LED 阴极驱动输出（LED 输出 O0 到 LED 输出 O7）驱动。这些 LED 阴极驱动输出交替变为低电平 320μs （标称），并作为多路复用 LED 驱动器的一部分按顺序驱动其 LED。这些驱动输出还用于将两个按键开关的一端拉低。按键的另一端连接四个输入引脚（P0-P3），在MAX6954/MAX6955内部上拉至V+。如果按下开关，P0、P1、P2或P3被适当的LED输出Ox输出拉低，MAX6954/MAX6955检测并去抖动按键。

与开关串联的二极管可确保在同时按下多个键时，两个或多个 LED 阴极驱动输出不会短路在一起。例如，如果将 SW A1 和 SW A2 压在一起，则与按键串联的二极管可防止 LED 输出 O0 短路至 LED 输出 O1。这是因为，在任何时候，至少有一个二极管会被反向偏置。通常采用的二极管是采用SOT23的低成本共阳极BAW56。

MAX6954/MAX6955可区分和区分32种可能的按键的任意组合。部件中只有足够的寄存器来提供这 32 个密钥的状态。显然，除了MAX6954/MAX6955设计的32个按键之外，没有办法扩展这种扫描拓扑。因此，有必要采取另一种更具创造性的方法。

具体来说，我们寻找一个多余的情况来利用。在许多情况下，应用程序只需要检测是否按下了多个键中的一个。通常，设备上的双键按下要么是错误的输入，要么是进入出厂诊断模式的狡猾手段。因此，冗余情况是双键按下。这里建议的创造性方法是使其他键看起来好像同时按下了某些键对。表 2 和图 2 中的示例通过组合 P0 和 P1 以及 P2 和 P3 又增加了 16 个键。例如，当按下SW AB1时，MAX6954/MAX6955必须同时按下SW A1和SW B1。这种扩展架构运行良好，只要每个原始键对（例如 SW A1 和 SW B1）没有物理上彼此相邻放置，以避免它们意外地压在一起。软件应响应MAX6954/MAX6955去抖周期内的/IRQ键输出，以确保只分析一次按键扫描的结果。如果软件/IRQ响应较慢，则无法区分同时双击（识别我们的额外键）和相同两个键的顺序按键。无论哪种情况，密钥去抖寄存器0x08-0x0B只是显示为每个密钥设置的位。

 

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

 

每个额外的键都需要一个双二极管（例如SOT23中的低成本共阴极BAV70），当按下开关时，它将P0和P1拉低，或P2和P3拉低。

图2.扩展了与MAX6954/MAX6955的48键连接。

图 2、表 2 方案通过组合 P0 和 P1 以及 P2 和 P3 增加了 16 个密钥。实际上，P0-P3 按键扫描输入还有四种可能的双键组合。如果使用所有六个双键组合，则密钥计数可以扩展到 80 个交换机，如表 3 所示。图 3 显示了 LED 输出 O0 行的六个额外键是如何接线的。同样，每个额外的按键开关都使用一个双二极管。

 

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

 

图3.扩展了与MAX80/MAX6954的6955键连接。

但是，为什么要仅限于双击键来识别额外的键呢？可以使用三重和四重组合键代替或补充双键按下。表 4 显示了这些额外的配置。请注意，四个三重组合需要一个三重二极管，而四重组合需要一个四重二极管。

 

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

 

放弃三键和四键组合是有充分理由的——它们需要更多的二极管。但是，如果应用程序只需要几个高于 32 键限制的额外键，则可能需要先考虑这五个键。这是因为用户意外摸索三四个键的可能性比两个键更不可能。

注意：讨论的每个扩展键都经过接线，以模拟同一 LED 阴极驱动输出（LED 输出 O0 至 LED 输出 O7）上的按键多次按键。通过这种连接，与任何多个按键组合关联的按键将同时被扫描和去抖动，因此结果会同时显示。模拟由不同LED阴极驱动输出扫描的多次按键的额外按键将不可靠，因为按键不会同时去抖动。

审核编辑：郭婷