LED显示驱动器的键盘扫描扩展方法

本应用笔记介绍了一种扩展扫描的方法，可以扩展MAX6954和MAX6955 LED显示驱动器的键盘扫描范围，从32键扩展到80键。

MAX6954/MAX6955是4线或2线串行接口的LED驱动器，可以控制7段、14段或16段LED或一个16x8的LED矩阵。驱动器还包括5个I/O扩展(GPIO)端口，以及用这些端口自动扫描32个按键、消除按键抖动的所有逻辑控制。另外一个功能选项是通过一个中断引脚通知系统处理器消除键抖。本文介绍的扩展按键扫描方案(从32键扩展到80或更多个按键)需要增添额外的二极管。

表1. MAX6954/MAX6955的标准32键连接

	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

图1. MAX6954/MAX6955的标准32键连接

表1和图1给出了MAX6954/MAX6955的标准8键连接。键切换电路按照4 x 8矩阵(4列、8行)读取32个按键的状态。键盘阵列的8行由8个LED阴极驱动器输出(LED输出O0至LED输出O7)驱动。作为多层LED驱动的一部分，这些LED阴极驱动输出依次拉至低电平320µs (标称值)(顺序驱动LED)。这些驱动器输出分别用来拉低键开关的一端，键的另一端连接在4个输入引脚(P0至P3)，这4个输入引脚从内部拉至MAX6954/MAX6955的高电平V+。按下开关时，P0、P1、P2或P3将由相应的LED输出Ox拉至低电平，MAX6954/MAX6955检测按键，并为按键提供去抖。

多个按键被同时按下时，与开关串联的二极管可以防止2个或多个LED阴极驱动输出短路。例如，同时按下SW A1和SW A2时，与按键串联的二极管可以避免LED输出O0与LED输出O1短路，因为在任何情况下至少有一个二极管为反向偏置。二极管采用的是低成本、共阳极的BAW56，SOT23封装。

MAX6954/MAX6955随时判断32个按键按下或释放的动作，器件内部仅为指示这32个按键的状态提供了寄存器。从这一点看，在MAX6954/MAX6955的设计中似乎没有办法扩展扫描电路，需要寻找一种全新的设计方案。

针对这种特殊情况，我们发掘了一种冗余情况。许多应用中只需要了解某一个按键是否被按下。通常，同时按下两个按键的情况被认为是错误的键输入，或者是进入工厂诊断模式。这种两个按键同时按下的情况是一种“冗余”情况，我们把新增按键连接成好像某一对儿键被同时按下的情况，表2和图2所示电路通过组合P0、P1、P2和P3扩充了16个按键。例如，当SW AB1按下时，对于MAX6954/MAX6955而言，所表现出来的状态与SW A1和SW B1同时按下的情况相同。只要每对儿按键(如SW A1和SW B1)的物理位置不相邻，这种扩展架构即可有效工作。软件设计应保证在MAX6954/MAX6955的最小去抖周期内响应按键的/IRQ，保证每个对应于按键扫描的结果都经过适当的分析处理。如果软件对/IRQ响应较慢，将无法区分同时按下两个按键的情况(鉴别增添的按键状态)和顺序按下相同的两个按键的情况。无论是哪种情况，按键去抖寄存器0x08-0x0B将简单地显示每个键位置位。

表2. MAX6954/MAX6955扩展后的48键连接

	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

每个附加按键需要一个双二极管(如低成本、共阴极的BAV70，SOT-23封装), 按下开关时，P0和P1或P2和P3被同时拉低。


图2. MAX6954/MAX6955扩展后的48键连接

图2和表2通过组合P0、P1、P2和P3扩充了16个按键。实际上，对于P0-P3键扫描输入还存在另外四种可能的两键组合方式。如果使用了6种两键组合方式，按键数量将增加到80个，如表3所示。图3给出了6个附加按键在LED输出O0行的连接方式。每个附加按键需要一个双二极管。

表3. MAX6954/MAX6955扩展后的80键连接

	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

图3. MAX6954/MAX6955扩展后的80键连接

为什么仅将“同时按下双键”作为判断附加按键的途径呢？3键和4键组合可用来替代双键按下的情况，表4给出了这种附加配置。需要注意的是，4-3组合键每组需要三个二极管，四组键需要4倍数量的二极管。

表4. 3键和4键连接

	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键和4键连接的一个最好理由是它们需要更多的二极管。如果应用中所需按键只是略高于32键的限制，则可首先选择本文推荐的方案。只是因为某些偶然因素，让用户找寻3键和4键的方案也是不可取的。

值得注意的是：每个扩充按键的连接方式模拟的是多个按键同时按下的情况，这些按键连接在同一LED阴极驱动器输出端(LED输出O0至LED输出O7)。采用这种连接方式，相关组合的按键总是在同一时间扫描或去抖。如果新增按键所模拟的同时按下的按键由不同的LED阴极驱动输出扫描，这种工作方式将是不可靠的。