0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看威廉希尔官方网站 视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

ADC口检测多个组合按键的方法

CHANBAEK 来源:头条号物联网全栈开发 作者:头条号物联网全栈 2023-03-21 10:13 次阅读

ADC检测多个组合按键的方法

一般情况下,一个GPIO口只能连接一个按键,通过检测外部输入的高、低电平判断按键的开闭状态。

使用按键切换串联或并联的电阻网络电压的通路,可能得到该网络与不同的按键状态相对应的分压值,处理器检测该分压值之后再映射到按键状态,从而实现按键检测。

接如果按键同一时刻只有一个闭合,可以用下图分压电阻相互串联的方式检测。

电阻串联分压的按键检测电路,适用于没有组合键的情况

如果按键存在多个同时闭合的情况,则应该用下图电阻并联的方式实现检测;

存在多个按键同时被按下时的ADC检测电路

当需要检测n个可能同时闭合的按键时,存在种按键状态的组合。

比如,2个按键存在以下4种按键状态的组合:

2个按键的4种组合状态

以下电路可用于2个组合按键的检测,

2个组合按键的检测电路

2种按键的4种不同状态,可以得到4个不同的分压值,经过12位ADC转换得到不同的ADC值,以此为中心划分为4个区间。

4种组合状态的ADC区间划分

处理器通过判断转换得到的ADC值所在区间,以判断输入按键的状态。

如果ADC区间范围太小,当按键处于该区间对应的状态时,转换的ADC值有可能因为误差而落在其它区间,造成按键状态的误检测,为了避免这一情况,应该选择合适的电阻值,使得每一组按键状态对应的ADC区间的范围尽量大。

电阻阻值的选取

对于3个组合按键的ADC检测,根据上面的分析,电阻阻值的选择转换为以下约束条件,最大值的求解:

选择一组电阻R2,R3,R4,R1的阻值,计算3个按键的8个组合状态下的并联电阻与R1的ADC值,以此为中心划分8个区间,与相邻值的平均值为边界,划分8个区间;

每一个区间的边界之差为区间范围,求得8个区间中的最小范围值;

在所有可选阻值中,求解使得8个区间的最小范围值最大的一组阻值。

我们可以通过编写octave程序,将R2,R3,R4,R1遍历所有可选阻值,求出其中使最小范围值最大的一组阻值,程序如下:

re = linspace(1, 20, 30);%1kΩ-20kΩ之间等间隔取30个阻值
rl=length(re);
rk = [0 0 0;0 0 1;0 1 0; 0 1 1; 1 0 0; 1 0 1; 1 1 0; 1 1 1];%3个按键的8种状态列成3*8的矩阵
maxdiff = 0;
r2o = 0;
r3o = 0;
r4o = 0;
r1o = 0;
for i=1:rl
  for j=1:rl
    for m=1:rl
      for n=1:rl
         r2=re(i);
         r3=re(j);
         r4=re(m);
         r1 = re(n);
         gn = rk * [1/r2; 1/r3; 1/r4] + 0.00001;%矩阵乘法计算R2,R3,R4并联的导纳
         rn = 1./gn;%计算3个电阻的并联阻抗
         ad = 4096 * r1 ./ (rn + r1);
         ads = sort(ad);
         mind = 65535;
         for p = 1:7
            nd = ads(p + 1) - ads(p);
            if(nd < mind)
              mind = nd;%计算8个区间的最小范围值
            endif
         end
         if(mind > maxdiff)
          r2o = r2;
          r3o = r3;
          r4o = r4;
          r1o = r1;
          maxdiff = mind;//求解最小范围值的最大值
         endif
      end
    end
  end
end
maxdiff
r2o
r3o
r4o
r1o

遍历得到,R2=8.2kΩ,R3=10.8kΩ,R4=18.0kΩ,R1=6.3kΩ,此时8个ADC区间的最小范围值为186。

3个按键8组状态的ADC区间划分

汽车电子设计规范对按键检测的要求

根据某百年车企某特的软硬件设计规范要求,对按键检测有以下要求:

  1. 按键断开时,最小的绝缘电阻为100KΩ,对于涉水的开关(比如门状态开关,最小的绝缘电阻为10KΩ)
  2. 接键闭合时,最大的接触电阻为50Ω

考虑了绝缘电阻和接触电阻的按键模式

3)对于有机械触点的按键,在闭合瞬间,需要提供不小于10mA的润湿电流(wetting current)

润湿电流是指能够通过维持一定的小电弧清理触头表面的尘垢和腐蚀以保持触头状态良好的最小电流值。

采用蒙特卡洛分析可靠性

R2、R3、R4、R1选择1%精度的电阻,考虑初始误差,老化和温度的影响,其阻值在95%至105%之间均匀分布;

按键断开时的绝缘电阻在100KΩ-1MΩ之间均匀分布;

按键闭合时的绝缘电阻在0-50Ω之间均匀分布;

ADC转换误差在-10LSB于+10LSB之间均匀分布;

用Octave编写蒙特卡洛仿真程序,

format long;
adc = 0:1:4095;
adcc = zeros(1, 4096);
r2=8.2;
r3=10.8;
r4=18;
r1=6.3;
n=1000000;
for i=1:n
  r2d = ((rand - 0.5)*10/100 + 1) * r2;
  r3d = ((rand - 0.5)*10/100 + 1) * r3;
  r4d = ((rand - 0.5)*10/100 + 1) * r4;
  r1n = ((rand - 0.5)*10/100 + 1) * r1;
  r2on =r2d + (rand -0.5) * 0.05 + 0.025;
  r3on =r3d + (rand -0.5) * 0.05 + 0.025;
  r4on =r4d + (rand -0.5) * 0.05 + 0.025;
  r2off =(rand - 0.5)*900 + 550;
  r3off =(rand - 0.5)*900 + 550;
  r4off =(rand - 0.5)*900 + 550;
  rk = [0 0 0;0 0 1;0 1 0; 0 1 1; 1 0 0; 1 0 1; 1 1 0; 1 1 1];
  rki = floor(rand*8);
  rkn = rk(rki + 1,:);
  r2n = r2on;
  r3n = r3on;
  r4n = r4on;
  if(rkn(1) == 0)
    r2n = r2off;
  end
  if(rkn(2) == 0)
    r3n = r3off;
  end
  if(rkn(3) == 0)
    r4n = r4off;
  end
  rs = 1/ (1 / r2n + 1 / r3n + 1 /r4n);
  adv = r1n * 4096 / (r1n + rs);
  adn = floor(adv +(rand - 0.5) *20);
  if(adn < 0)
    adn = 0;
  end
  if(adn >= 4096)
    adn = 4095;
  end
  adn=adn+1;
  adcc(adn)=adcc(adn)+1;
end
 plot(adc, adcc);

取1000000个样本,统计仿真得到的ADC值,绘制分布图,如下:

ADC值分布图

可见,8个按键组合的ADC值没有限定在区间范围内,而是发生了重叠。

也就是发生了按键状态误检测的现象。

结束:
将一个ADC口用于检测3个可能同时按下的按键时,会发生误检测的情况。

同时使用ADC口检测按键还存在没办法提供润湿电流的情况,在工作环境比较恶劣时,按键的机械触点易沾染灰尘等杂质,易被氧化,大大降低按键的使用寿命。

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 串联
    +关注

    关注

    6

    文章

    424

    浏览量

    37559
  • 检测电路
    +关注

    关注

    13

    文章

    307

    浏览量

    58162
  • adc
    adc
    +关注

    关注

    98

    文章

    6496

    浏览量

    544481
  • 按键
    +关注

    关注

    4

    文章

    223

    浏览量

    57595
  • GPIO
    +关注

    关注

    16

    文章

    1204

    浏览量

    52059
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    DshanMCU-R128s2 ADC按键配置方法

    FreeRTOS平台上使用的按键ADC-KEY,采用的ADC模块为GPADC。 按键功能驱动的实现是通过ADC分压,使每个
    的头像 发表于 12-22 19:11 2284次阅读
    DshanMCU-R128s2 <b class='flag-5'>ADC</b><b class='flag-5'>按键</b>配置<b class='flag-5'>方法</b>

    采用RK2206芯片的ADC按键设计 含ADC驱动程序设计

    对应一个GPIO,进行高低电平输入检测。可是在GPIO口紧缺的情况下,不得不需要一个有效的解决方案,其中ADC检测实现按键功能是一种相对有
    发表于 03-14 13:56 4552次阅读
    采用RK2206芯片的<b class='flag-5'>ADC</b><b class='flag-5'>按键</b>设计 含<b class='flag-5'>ADC</b>驱动程序设计

    ADC实现一个IO上挂多个按键

    有时候做设计时,我们会遇到外部按键比较多,IO不够用的情况。这时大部分人会考虑通过其它芯片扩展IO,或者直接换一个IO足够的MCU。其实,还有个方法可以实现一个IO上挂
    发表于 09-01 13:25 2972次阅读

    使用STC15W408AS单片机I/O按键检测

    在上面介绍了使用I/O点了LED,实际也可以用I/O按键检测。这里采用的是P1.0外接按键
    发表于 06-15 14:53 1403次阅读
    使用STC15W408AS单片机I/O<b class='flag-5'>口</b>的<b class='flag-5'>按键</b><b class='flag-5'>检测</b>

    【HarmonyOS HiSpark Wi-Fi IoT 套件试用连载】一个ADC实现多个按键检测

    检测多个按键按键被按下之后,与ADC引脚相连的点的电压会随着参与分压的电阻变化而变化,我们只要让每个
    发表于 11-14 13:34

    单片机如何用一个IO采集多个按键信号?

    按键信号的采集方法,可以用一个IO采集多个按键信号,不仅电路简单,而且编程比较容易实现。该方法
    发表于 11-26 16:51

    使用独立按键进行控制IO

    到独立按键进行控制。通常一个独立按键需要使用一个IO,如果项目需要按键实现多个功能,往往需要使用到多个
    发表于 01-05 06:29

    如何使用ADC实现多按键功能

    我们在使用嵌入式功能开发的时候经常需要使用按键实现一些功能。按键一般接触较多的就是独立按键,但一般情况上会需要多个按键,使用独立
    发表于 01-07 06:32

    如何用I/O按键检测

    在上面介绍了使用I/O点了LED,实际也可以用I/O按键检测。这里采用的是P1.0外接按键
    发表于 02-18 06:43

    如何利用ADC的特点实现单片机用一个I/O采集多个按键信号?

    我们知道,一般情况下单片机的一个I/O作为普通I/O的话,只能检测识别一个按键。日常设计中,如果碰到按键数量较多的话,会采用行列式键盘,
    的头像 发表于 10-03 18:40 1.8w次阅读
    如何利用<b class='flag-5'>ADC</b>的特点实现单片机用一个I/O采集<b class='flag-5'>多个</b><b class='flag-5'>按键</b>信号?

    使用ADC设计按键电路的应用说明

    .使用ADC方式的按键电路,具有硬件电路简单、按键电路与单片机连线少、能节省I/O、易于修改、节省成本等优点。但在按键数比较多时,如果软硬
    发表于 11-20 17:48 23次下载
    使用<b class='flag-5'>ADC</b>设计<b class='flag-5'>按键</b>电路的应用说明

    如何实现单片机用一个I/O采集多个按键信号?

    如何实现单片机用一个I/O采集多个按键信号 使用模数转换(ADC)的特点就可以实现单片机用一个I/O采集多个按键信号。 一、单片机的I/O
    发表于 02-11 14:23 11次下载
    如何实现单片机用一个I/O采集<b class='flag-5'>多个</b><b class='flag-5'>按键</b>信号?

    简述采用蒙特卡洛分析可靠性

    ADC检测多个组合按键方法 一般情况下,一个G
    的头像 发表于 05-29 11:56 1241次阅读
    简述采用蒙特卡洛分析可靠性

    采用ADC扫描实现一个IO上挂多个按键

    有时候做设计时,我们会遇到外部按键比较多,IO不够用的情况。这时大部分人会考虑通过其它芯片扩展IO,或者直接换一个IO足够的MCU。其实,还有个方法可以实现一个IO上挂
    的头像 发表于 08-11 09:16 2354次阅读
    采用<b class='flag-5'>ADC</b>扫描实现一个IO上挂<b class='flag-5'>多个</b><b class='flag-5'>按键</b>

    硬件设计如何实现一个IO上挂多个按键

    有时候做设计时,我们会遇到外部按键比较多,IO不够用的情况。这时大部分人会考虑通过其它芯片扩展IO,或者直接换一个IO足够的MCU。其实,还有个方法可以实现一个IO上挂
    发表于 08-11 09:16 1231次阅读
    硬件设计如何实现一个IO上挂<b class='flag-5'>多个</b><b class='flag-5'>按键</b>?