北京交通大学：《电路分析》课程教学资源（讲义）04 按键识别电压产生电路

北京交通大学电工电子教学基地电路分析教学组w.y.按键识别电压产生电路一.背景在家用电器、工业控制等应用中，在操作面板中大量使用按键和按钮。操作者按压这些按键的动作转换为电压的变化，由微控制器或其他控制电路识别出来，去执行相应的动作。图1按钮的应用下图显示实际应用的简单的单个按钮开关，以及按钮开关组成的矩阵面板。图2单个按钮开关和矩阵按键实际应用中，对于数量较少的按键，可以按照图3的方式构成按键电压识别电路，当一个按键按下时，对应输出电压由高变低。当按键比较多时，需要大量的信号线，可以将按键按照行列排列，用多次测量的方法识别动作的按键，也可以用电阻将他们组合成一个监测电压，如下所述

北京交通大学 电工电子教学基地 电路分析教学组 w.y. 按键识别电压产生电路 一．背景 在家用电器、工业控制等应用中，在操作面板中大量使用按键和按钮。操作者按压这些 按键的动作转换为电压的变化，由微控制器或其他控制电路识别出来，去执行相应的动作。 图 1 按钮的应用 下图显示实际应用的简单的单个按钮开关，以及按钮开关组成的矩阵面板。 图 2 单个按钮开关和矩阵按键 实际应用中，对于数量较少的按键，可以按照图 3 的方式构成按键电压识别电路，当一 个按键按下时，对应输出电压由高变低。当按键比较多时，需要大量的信号线，可以将按键 按照行列排列，用多次测量的方法识别动作的按键，也可以用电阻将他们组合成一个监测电 压，如下所述。 1

北京交通大学电工电子教学基地电路分析教学组w.y牛5+5RIH4R4R24.7K4.7K4.7KL7KORI4.7KS1V1O?VS2V2?S3ol,V36?QlS4V4OC图3单个或较少按键开关单独检测电压S13$4OOC01020036S8S7SS$600O0600104Os$12$9$10SOOOOBO09008$13514$16S15OEOCCOFOOCD图4较多的按键可组成矩阵二。问题和要求当按键比较多时，监测各个按键电压变化需要较多的信号线。在有些场合下，或者微控制器的输入引脚有限，或者要避免电路板大量连线，需要用电阻网络将多个按键动作组合在一个电压信号中，用不同的电压值表示不同的按键动作。问题一：图5所示按键识别电压产生电路中1）当有按键按下时输出电压如何变化？2）若要求当按键Sk按下时，输出电压为Va=(k/5)Vs，k=1,2,34。设计电阻R1,R2R3,R4的电阻值。3）当其中有两个按键同时按下时，能否辨别出按键？对电压测量精度有什么要求？4）用仿真方法进行验证。问题二：改造图5电路，消除多个按键同时按下时可能产生的歧义，当两个以上按键同时按下时，识别为其中最高优先级的按键。要求：1）按键优先级从高到低依次为：S1，S2，S3，S4。2

北京交通大学 电工电子教学基地 电路分析教学组 w.y. 图 3 单个或较少按键开关单独检测电压 图 4 较多的按键可组成矩阵 二．问题和要求 当按键比较多时，监测各个按键电压变化需要较多的信号线。在有些场合下，或者微控 制器的输入引脚有限，或者要避免电路板大量连线，需要用电阻网络将多个按键动作组合在 一个电压信号中，用不同的电压值表示不同的按键动作。 问题一： 图 5 所示按键识别电压产生电路中 1） 当有按键按下时输出电压如何变化？ 2） 若要求当按键 Sk 按下时，输出电压为 Va=(k/5)Vs，k=1,2,3,4。设计电阻 R1,R2,R3,R4 的电阻值。 3） 当其中有两个按键同时按下时，能否辨别出按键？ 对电压测量精度有什么要求？ 4） 用仿真方法进行验证。 问题二： 改造图 5 电路，消除多个按键同时按下时可能产生的歧义，当两个以上按键同时按下时， 识别为其中最高优先级的按键。要求： 1） 按键优先级从高到低依次为：S1，S2，S3，S4。 2

北京交通大学电工电子教学基地电路分析教学组W.y2）没有按键按下时，输出电源电压Vs。当S1，S2，S3，S4按键按下时，电压Va分别为0，1/4Vs，2/4Vs，3/4Vs。0 VsRRRRVaR4R3R2R1LS11S3S2S4POO2二图5简单按键识别电路问题三：图6为16个按键组成的4X4按键矩阵以及电阻网络，设计其中各电阻的阻值，使得当SO到S15按键产生的电压依次增长。要求：1）当单一按键Sk按下时，从A点到地的等效电阻值为kR，R是某个电阻值。2）设计合适的Rs和R的电阻值。讨论Rs阻值偏大和偏小有哪些优点和缺点？若要求当单一按键Sk按下时，输出电压幅度近似与k成比例，应该如何选取Rs阻值？3）仿真验证设计和讨论结果。oVsRsR4RsRsVa.AS3S7S11S150a00aLS2S6S14S10R10000600S1S13S5S9R2000000S12S8R3SOS40000C-图6矩阵按键识别电路3

北京交通大学 电工电子教学基地 电路分析教学组 w.y. 2） 没有按键按下时，输出电源电压 Vs。当 S1，S2，S3，S4 按键按下时，电压 Va 分 别为 0，1/4Vs，2/4Vs，3/4Vs 。 S4 S3 S2 S1 Va Vs RR R R R4 R3 R2 R1 图 5 简单按键识别电路 问题三： 图 6 为 16 个按键组成的 4X4 按键矩阵以及电阻网络，设计其中各电阻的阻值，使 得当 S0 到 S15 按键产生的电压依次增长。要求： 1） 当单一按键 Sk 按下时，从 A 点到地的等效电阻值为 kR，R 是某个电阻值。 2） 设计合适的 Rs 和 R 的电阻值。讨论 Rs 阻值偏大和偏小有哪些优点和缺点？若 要求当单一按键 Sk 按下时，输出电压幅度近似与 k 成比例，应该如何选取 Rs 阻值？ 3） 仿真验证设计和讨论结果。 S0 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S11 S10 S9 S8 S12 S13 S14 S15 Rs Va Vs R1 R2 R3 R4 R5 R6 A S0 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S11 S10 S9 S8 S12 S13 S14 S15 Rs Va Vs R1 R2 R3 R4 R5 R6 A 图 6 矩阵按键识别电路 3