一种基于分时扫描的显示按键复用驱动电路和方法与流程

本发明涉及led数码管驱动与矩阵按键扫描电路，具体而言，涉及一种基于分时扫描的显示按键复用驱动电路和一种基于分时扫描的显示按键复用驱动方法。

背景技术：

1、分时扫描复用驱动芯片依靠阳极驱动引脚复用实现led段码输出与按键行电平采集、阴极位选引脚分时输出高低电平完成数码管位选与按键列扫描，凭借单芯片同时驱动显示与人机按键的优势，在家电控制面板中得到大规模普及。

2、该类芯片完整工作周期循环交替执行显示扫描驱动阶段、按键扫描驱动阶段，两个阶段阴极位选引脚输出电平逻辑完全相反：在显示扫描驱动阶段，阴极位选引脚依次输出低电平点亮对应led；对于不需要点亮的led，其阳极驱动引脚输出低电平，当该led对应的阴极位选引脚切换至高电平后，led阴极电位高于阳极电位，led两端持续承受周期性反向电压。

3、相关技术中存在以下至少一个问题：现有技术无法在不牺牲按键识别精度、不显著提升物料成本的前提下，彻底消除led承受的周期性反向电压。

技术实现思路

1、本发明解决现有技术无法在不牺牲按键识别精度、不显著提升物料成本的前提下，彻底消除led承受的周期性反向电压的技术问题。

2、为解决上述问题，本发明提供一种基于分时扫描的显示按键复用驱动电路，包括：复用驱动芯片，复用驱动芯片集成显示扫描驱动和按键扫描驱动功能，复用驱动芯片设有通讯引脚、多个阳极驱动引脚和多个阴极位选引脚，通讯引脚和主控制器电连接；检测单元，检测单元采用或门逻辑器件，或门逻辑器件设有两路输入通道和一路输出通道，且两路输入通道分别连接两个阴极位选引脚，一路输出通道连接主控制器的第一输入引脚；防反单元，防反单元包括：可控开关和多个钳位二极管，可控开关设有第一端、第二端和控制端，且钳位二极管的阳极分别连接阴极位选引脚，多个钳位二极管的阴极共接后连接第一端，第二端接地，控制端连接主控制器的第二输出引脚。

3、与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：检测单元用于采集复用驱动芯片中其中两个阴极位选引脚的实时电平波形，对两路阴极电平做逻辑或运算输出，根据输出电平识别当前扫描工作阶段；通过或门逻辑器件采集两路阴极波形，硬件层面区分显示、按键扫描驱动阶段，识别可靠性远高于纯软件计时判断，不受程序中断、电源纹波干扰；防反单元实现动态切换，避免复用驱动芯片内部架构调整：显示扫描驱动阶段钳位二极管接入回路消除led反向电压，按键扫描驱动阶段断开消除二极管导通压降，同时兼顾led防护与按键识别精度，克服现有技术二者不可兼得的行业痛点。

4、在本发明的一个实例中，复用驱动芯片采用tm1650芯片。

5、与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：以市场主流tm1650芯片作为实施载体，方案可直接适配现有大量使用tm1650的家电、仪表产品，改造难度低；明确tm1650芯片8路阳极、4路阴极引脚架构，为显示单元、按键单元接线提供标准化硬件依据，便于本领域技术人员复刻实施。

6、在本发明的一个实例中，显示按键复用驱动电路还包括：显示单元电路，显示单元电路包含多路共阴极显示灯组，每路显示灯组对应连接一路阴极位选引脚，且每路显示灯组包含多个发光led，同段位发光led的阳极统一连接对应的阳极驱动引脚；按键单元电路，按键单元电路包含多路按键矩阵组，每路按键矩阵组对应连接一路阴极位选引脚，且每路按键矩阵组包含多个独立按键，同段位独立按键的输入端统一连接对应的阳极驱动引脚。

7、与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：完整定义led显示阵列、4×8矩阵按键阵列的硬件组成与接线逻辑，完全匹配tm1650标准复用电路架构，技术方案公开充分，无需本领域技术人员额外创造性劳动即可搭建完整电路；清晰区分“阳极公共行、阴极独立列”的复用逻辑，明确led共阴极排布、按键矩阵排布方式，消除接线歧义，避免实施过程中电路搭建错误。

8、在本发明的一个实例中，检测单元还包括：第一限流电阻和第二限流电阻，第一限流电阻和第二限流电阻分别连接至输入通道和阴极位选引脚之间；第一电容，第一电容的一端连接输出通道，第一电容的另一端接地。

9、与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：限流电阻限制阴极输出电流，保护或门逻辑器件输入端口，避免复用驱动芯片引脚输出大电流烧毁或门逻辑器件，提升电路长期运行稳定性；滤波电容滤除阴极波形高频脉冲干扰，平滑或门输出电平，消除瞬时杂波造成的扫描阶段误识别，进一步降低可控开关误切换概率；完善检测单元全部硬件组成，形成限流采集-逻辑运算-滤波输出的完整波形识别链路，硬件防护与信号处理一体化。

10、在本发明的一个实例中，可控开关选用npn三极管、nmos管、电磁继电器中的任意一种；可控开关选用npn三极管时，npn三极管的基极连接第二输出引脚，发射极接地，集电极连接所有钳位二极管的阴极；可控开关选用nmos管时，nmos管的栅极连接第二输出引脚，源极接地，漏极连接所有钳位二极管的阴极；可控开关选用电磁继电器时，电磁继电器的线圈一端连接第二输出引脚、线圈另一端经限流电阻接供电电源，电磁继电器常开触点一端连接所有钳位二极管的阴极、另一端接地。

11、与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：提供三类低成本通用可控开关器件，适配3.3v、5v不同供电面板，小信号控制选用npn三极管/nmos管，大电流负载选用电磁继电器，产品选型灵活；分别明确每种可控开关与主控制器第二输出引脚、钳位二极管公共阴极、地的接线关系，不同器件均可直接落地，拓展方案适用场景。

12、在本发明的一个实例中，显示按键复用驱动电路具备多负载自适应控制逻辑；当处于纯led负载场景时，主控制器持续输出高电平至第二输出引脚，可控开关永久导通；当处于纯按键负载场景时，主控制器持续输出低电平至第二输出引脚，可控开关永久关断；当处于混合负载场景时，主控制器根据第一输入引脚的电平动态切换可控开关的通断；其中，纯led负载场景为：仅配置显示单元电路，无按键单元电路；纯按键负载场景为：仅配置按键单元电路，无显示单元电路；混合负载场景为：同时配置显示单元电路和按键单元电路。

13、与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：一套硬件电路适配三类主流面板负载场景，无需改动硬件，仅通过软件程序配置即可切换控制逻辑，硬件通用性大幅提升；纯led负载全程保持反压防护，彻底杜绝led反向击穿；纯按键负载全程断开钳位支路，无二极管压降干扰按键识别；混合负载分时动态切换，兼顾两种功能。

14、在本发明的一个实例中，主控制器内置计时模块、gpio电平采集模块、模式判断模块和开关控制输出模块；主控制器采集第一输入引脚的电平，以识别芯片扫描模式，通过第二输出引脚控制可控开关的通断，并依靠计时模块设置屏蔽时长，临时关闭第一输入引脚的实时电平采集以规避波形干扰。

15、与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：构建硬件波形识别+软件定时屏蔽的双重防误控机制，硬件识别区分扫描工作阶段，软件定时屏蔽阶段内杂波干扰，双重保障杜绝可控开关误通断；模块化划分主控制器功能，逻辑清晰，软件程序开发难度低，便于工程师编写配套控制程序；计时屏蔽机制避免显示扫描驱动阶段误断开防护、按键阶段误导通二极管支路，进一步提升led可靠性与按键识别稳定性。

16、另一方面，本发明实施例还提供了一种基于分时扫描的显示按键复用驱动方法，应用至如本发明任一实施例的显示按键复用驱动电路，显示按键复用驱动方法包括：上电初始化后，复用驱动芯片启动循环扫描，主控制器持续采集第一输入引脚的电平；根据第一输入引脚的电平，确定扫描工作阶段；根据扫描工作阶段，控制可控开关的通断，并临时关闭第一输入引脚实时电平采集，控制主控制器内的计时模块启动计时；当计时模块的计时时长达到时长阈值时，主控制器清零计时模块，恢复第一输入引脚实时电平采集；其中，扫描工作阶段包括：显示扫描驱动阶段和按键扫描驱动阶段。

17、与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：提供与硬件电路匹配的标准化闭环控制方法，软硬件协同工作，充分发挥硬件检测单元、动态防反单元的创新作用；流程循环运行，持续实时识别扫描工作阶段并动态切换防护支路，全程无人工干预，自动适配芯片分时扫描时序。

18、在本发明的一个实例中，根据扫描工作阶段，控制可控开关的通断，并临时关闭第一输入引脚实时电平采集，控制主控制器内的计时模块启动计时，包括：在扫描工作阶段为显示扫描驱动阶段的情况下，主控制器通过第二输出引脚的输出控制信号使可控开关接通，多个钳位二极管接入阴极回路，并临时关闭第一输入引脚实时电平采集，计时模块按照第一计时阈值启动计时；在扫描工作阶段为按键扫描驱动阶段的情况下，主控制器通过第二输出引脚的输出控制信号使可控开关断开，多个钳位二极管脱离阴极回路，并临时关闭第一输入引脚实时电平采集，计时模块按照第二计时阈值启动计时。

19、与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：明确两种扫描阶段差异化控制逻辑，对应硬件电路动态切换功能，程序开发人员可直接依据步骤编写控制代码，落地门槛低； 区分两组独立计时阈值，分别匹配显示、按键扫描周期时长，屏蔽时长贴合芯片固有时序，最大化屏蔽干扰且不影响阶段切换识别。

20、在本发明的一个实例中，根据第一输入引脚的电平，确定扫描工作阶段，包括：当检测到第一输入引脚的电平为高电平时，确定扫描工作阶段为显示扫描驱动阶段；当检测到第一输入引脚的电平为低电平时，确定扫描工作阶段为按键扫描驱动阶段。

21、与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：提供标准化电平判定逻辑，软件模式判断模块可直接通过高低电平完成阶段识别，逻辑简单、运算速度快，不占用主控制器算力； 判定规则与或门硬件输出逻辑完全匹配，软硬件判定标准统一，无逻辑冲突，彻底消除模式误判根源。

22、采用本发明的技术方案后，能够达到如下技术效果：

23、（1）防反单元实现动态切换，避免复用驱动芯片内部架构调整：显示扫描驱动阶段钳位二极管接入回路消除led反向电压，按键扫描驱动阶段断开消除二极管导通压降，同时兼顾led防护与按键识别精度，克服现有技术二者不可兼得的行业痛点；

24、（2）通过或门逻辑器件采集两路阴极波形，硬件层面区分显示、按键扫描驱动阶段，识别可靠性远高于纯软件计时判断，不受程序中断、电源纹波干扰；

25、（3）构建硬件波形识别+软件定时屏蔽的双重防误控机制，硬件识别区分扫描工作阶段，软件定时屏蔽阶段内杂波干扰，双重保障杜绝可控开关误通断。