DE102005001024A1

DE102005001024A1 - Verfahren zur Aussteuerung einer Tastatureinheit, Tastatureinheit und Ansteuerschaltung

Info

Publication number: DE102005001024A1
Application number: DE200510001024
Authority: DE
Inventors: Richard Skultety
Original assignee: SKULTETY ELEKTRONIK GmbH; SKULTETY-ELEKTRONIK GmbH
Current assignee: SKULTETY ELEKTRONIK GmbH; SKULTETY-ELEKTRONIK GmbH
Priority date: 2005-01-07
Filing date: 2005-01-07
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2025-01-08
Also published as: DE102005001024B4

Abstract

Es wird eine Tastatureinheit beschrieben, welche eine Mehrzahl von Eingabetasten, einen ersten und einen zweiten Anschluss für eine externe Spannung und eine Widerstandskette aufweist, wobei bei Betätigung einer Eingabetaste ein für die Eingabetaste charakteristischer Teil der Widerstandskette zwischen den ersten Anschluss und den zweiten Anschluss eingeschleift wird. Jeder Eingabetaste ist ein charakteristischer Widerstandswert zugeordnet. Weiter umfasst die Tastatureinheit einen zwischen den ersten und den zweiten Anschluss geschalteten Verbraucher-Strompfad, welcher einen Verbraucher sowie einen spannungsgesteuerten Schalter umfasst, der den Verbraucher-Strompfad in Abhängigkeit von der Höhe der externen Spannung ein- oder ausschaltet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Tastatureinheit, eine Ansteuerschaltung für mindestens eine externe Tastatureinheit sowie ein Verfahren zur Ansteuerung mindestens einer Tastatureinheit.

Um den Zugang zu bestimmten Räumen, Gebäudetrakten und Gebäuden einer definierten Gruppe von Personen zu ermöglichen, werden die Zugänge zu diesen Räumen bzw. Gebäuden häufig mit Eingabeeinheiten zur Eingabe einer geheimen Codefolge ausgestattet. Der Zugang zu den jeweiligen Räumen bzw. Gebäuden wird nur denjenigen Personen gestattet, die sich durch Eingabe der richtigen Codefolge gegenüber dem System identifizierten können. Zur Eingabe der Codefolge werden Tastatureinheiten verwendet, die an eine Ansteuerschaltung angeschlossen sind. Vorzugsweise sind nur zwei Verbindungsleitungen zwischen der Tastatureinheit und der Ansteuerschaltung vorgesehen (sogenannte Zweidrahttechnik). Über die beiden Versorgungsleitungen muss dann sowohl die Stromversorgung für die Tastatureinheit als auch das Auslesen der Tastatur erfolgen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, das Auslesen einer Tastatureinheit weiter zu verbessern.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Tastatureinheit, durch eine Ansteuerschaltung für mindestens eine externe Tastatureinheit sowie durch ein Verfahren zur Ansteuerung mindestens einer Tastatureinheit entsprechend den Hauptansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die erfindungsgemäße Tastatureinheit umfasst eine Mehrzahl von Eingabetasten, einen ersten und einen zweiten Anschluss für eine externe Spannung sowie eine Widerstandskette. Bei Betätigen einer Eingabetaste wird ein für die Eingabetaste charakteristischer Teil der Widerstandskette zwischen den ersten Anschluss und den zweiten Anschluss eingeschleift, wobei jeder Eingabetaste ein charakteristischer Widerstandswert zugeordnet ist. Die erfindungsgemäße Tastatureinheit umfasst weiter einen zwischen den ersten und den zweiten Anschluss geschalteten Verbraucher-Strompfad, welcher einen Verbraucher sowie einen spannungsgesteuerten Schalter umfasst, der den Verbraucher-Strompfad in Abhängigkeit von der Höhe der externen Spannung ein- oder ausschaltet.

Die erfindungsgemäße Tastatureinheit eignet sich für die Zweidrahttechnik. Bei Betätigen einer Taste wird ein Teil der Widerstandskette zwischen den ersten und zweiten Anschluss eingeschleift. Bei Anlegen einer externen Spannung wird dieser für die betätigte Taste charakteristische Widerstand in einen entsprechenden Strom durch die Tastatureinheit umgesetzt, der dann ausgewertet werden kann und einen eindeutigen Rückschluss auf die betätigte Taste ermöglicht. Die Verwendung einer Widerstandskette stellt die einfachste und kostengünstigste Möglichkeit zum Auslesen der Tastatureinheit dar. Insbesondere ist es nicht notwendig, auf Seiten der Tastatureinheit einen Mikroprozessor vorzusehen.

Die erfindungsgemäße Tastatureinheit umfasst einen Verbraucher-Strompfad mit einem zusätzlichen Verbraucher, der mittels eines spannungsgesteuerten Schalters ein- und ausgeschaltet werden kann. Durch Variieren der zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss anliegenden externen Spannung kann der Verbraucher-Strompfad je nach Bedarf ein- und ausgeschaltet werden. Dadurch ist es möglich, den durch den Verbraucher-Strompfad fließenden Strombeitrag bei Bedarf durch Verändern der externen Spannung auszuschalten. Dies kann beispielsweise beim Auslesen der Tastatur von Vorteil sein, weil sich der Strom durch den Verbraucher-Strompfad andernfalls mit dem Strom durch die teilweise eingeschleifte Widerstandskette überlagert und so eine Auswertung des charakteristischen Stroms durch die Widerstandskette erschweren würde. Die Möglichkeit, auch bei Verwendung der Zweidrahttechnik den Strom durch den Verbraucher je nach Bedarf ein- oder auszuschalten, vereinfacht daher das Auslesen der Tastatureinheit. Dennoch muss auf zusätzliche stromverbrauchende Einheiten innerhalb der Tastatureinheit nicht verzichtet werden.

Insbesondere wird durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Tastatureinheiten ermöglicht, mehrere Tastatureinheiten parallel an eine Ansteuerschaltung anzuschließen. Wäre der Verbraucher-Strompfad nicht mit einem spannungsgesteuerten Schalter ausgerüstet, dann würden sich die zusätzlichen Strombeiträge durch die Verbraucher-Strompfade der einzelnen Tastatureinheiten addieren und so die Analyse eines durch Drücken einer Taste hervorgerufenen charakteristischen Strombeitrags erschweren. Durch die Möglichkeit, die Verbraucher-Strompfade der parallel geschalteten Tastaturen auszuschalten, kann während der Auslesephase der charakteristische Strom durch einen eingeschleiften Teil der Widerstandskette separat erfasst und ausgewertet werden.

Insbesondere ist es von Vorteil, wenn es sich bei dem Verbraucher-Strompfad um einen Beleuchtungs-Strompfad mit einer Beleuchtungseinheit handelt. Es ist häufig erwünscht, Tastatureinheiten mit einer Tastaturbeleuchtung auszustatten, um bei schlechten Lichtverhältnissen oder nachts eine Codefolge eingeben zu können.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist der spannungsgesteuerte Schalter dazu ausgelegt, den Verbraucher-Strompfad auszuschalten, wenn während einer Auslesephase eine Auslesespannung zwischen dem ersten und zweiten Anschluss anliegt. Die Auslesespannung ist so gewählt, dass der spannungsgesteuerte Schalter den Verbraucher-Strompfad ausschaltet. Durch Betätigen einer Taste wird ein Teil der Widerstandskette zwischen den ersten und zweiten Anschluss eingeschleift, und der charakteristische Strombeitrag durch diesen eingeschleiften Teil kann dann separat erfasst werden. Dabei ist es von Vorteil, wenn ein für eine betätigte Eingabetaste charakteristischer Widerstandswert während der Auslesephase einen charakteristischen Strombeitrag zu einem durch die Tastatureinheit fließenden Gesamtstrom liefert.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist der spannungsgesteuerte Schalter dazu ausgelegt, den Verbraucher-Strompfad einzuschalten, wenn während einer Eingabephase eine Eingabespannung zwischen dem ersten und zweiten Anschluss anliegt. Die Eingabespannung ist so gewählt, dass sie den spannungsgesteuerten Schalter einschaltet, um so den Verbraucher-Strompfad zu aktivieren. Während der Eingabephase wird der Verbraucher mit Strom versorgt. Insbesondere wird beispielsweise während der Eingabephase die Tastaturbeleuchtung eingeschaltet.

Es ist von Vorteil, wenn der spannungsgesteuerte Schalter mittels einer Z-Diode realisiert ist. Eine in Sperrrichtung geschaltete Z-Diode ist durch eine charakteristische Durchbruchspannung gekennzeichnet. Bei Spannungen unterhalb der Durchbruchspannung sperrt die Z-Diode, während sie bei Spannungen oberhalb der Durchbruchspannung leitet. Eine Z-Diode eignet sich daher als spannungsgesteuerter Schalter für den Verbraucher-Strompfad, der den Verbraucher in Abhängigkeit von der externen Spannung ein- bzw. ausschaltet.

Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung schaltet die Z-Diode den Verbraucher-Strompfad bei Überschreiten einer vorgegebenen Durchbruchspannung ein und bei Unterschreiten der Durchbruchspannung aus. Insofern ist es von Vorteil, wenn die Eingabespannung oberhalb der Durchbruchspannung der Z-Diode liegt, während die Aus lesespannung unterhalb der Durchbruchspannung der Z-Diode liegt. Wenn die Eingabespannung zwischen dem ersten und zweiten Anschluss anliegt, wird der Verbraucher mit Strom versorgt. Wenn dagegen die verglichen mit der Eingabespannung geringere Auslesespannung zwischen den ersten und zweiten Anschluss angelegt wird, wird der Verbraucher-Strompfad ausgeschaltet, weil dann die Z-Diode sperrt.

Es ist von Vorteil, wenn die Tastatureinheit eine Gleichrichterschaltung umfasst, welche die zwischen dem ersten und zweiten Anschluss anliegende, beliebige Polarität aufweisende externe Spannung in eine Spannung definierter Polarität umwandelt. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung spielt es keine Rolle, ob die beiden Anschlüsse der Tastatureinheit richtig herum oder falsch herum mit den entsprechenden Anschlüssen der Ansteuerschaltung verbunden werden. Durch die Gleichrichterschaltung wird die Tastatureinheit vor Verpolung geschützt.

Es ist von Vorteil, wenn der Verbraucher-Strompfad einen parallel zum Verbraucher geschalteten Kondensator umfasst, der während der Auslesephase die Stromversorgung des Verbrauchers übernimmt. Während der Eingabephase fließt Strom durch den Verbraucher-Strompfad, und der Kondensator kann aufgeladen werden. Da die Dauer der Auslesephase vergleichsweise kurz ist und beispielsweise in der Größenordnung von 1 msec liegen kann, kann während der Auslesephase der aufgeladene Kondensator den Verbraucher mit Strom versorgen.

Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Tastatureinheit zusätzlich einen Funktionsanzeige-Strompfad, welcher einen optischen oder akustischen Signalgeber sowie einen zweiten spannungsgesteuerten Schalter umfasst. Dieser Funktionsanzeige-Strompfad kann beispielsweise dazu dienen, Eingaben des Benutzers zu quittieren. Wenn eine betätigte Taste erfolgreich erkannt wurde, wird über den optischen oder akustischen Signalgeber ein entsprechendes Quittierungssignal von vorgegebener Dauer erzeugt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist der zweite spannungsgesteuerte Schalter dazu ausgelegt, den Funktionsanzeige-Strompfad einzuschalten, wenn während einer Bestätigungsphase eine Bestätigungsspannung zwischen dem ersten und zweiten Anschluss anliegt. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der zweite spannungsgesteuerte Schalter dazu ausgelegt, den Funktionsanzeige-Strompfad auszuschal ten, wenn während der Auslesephase eine Auslesespannung zwischen dem ersten und zweiten Anschluss anliegt, und wenn während der Eingabephase eine Eingabespannung zwischen dem ersten und zweiten Anschluss anliegt. Durch kurzes Anlegen einer Bestätigungsspannung kann so das optische oder akustische Quittierungssignal erzeugt werden.

Dabei ist es von Vorteil, wenn der zweite spannungsgesteuerte Schalter mittels einer zweiten Z-Diode realisiert ist, wobei die zweite Z-Diode den Funktionsanzeige-Strompfad bei Überschreiten einer vorgegebenen Durchbruchspannung einschaltet und bei Unterschreiten der vorgegebenen Durchbruchspannung abschaltet. Vorteilhafterweise liegt die Bestätigungsspannung oberhalb der Durchbruchspannung der zweiten Z-Diode, während sowohl die Eingabespannung als auch die Auslesespannung unterhalb dieser Durchbruchspannung liegen.

Die erfindungsgemäße Ansteuerschaltung für mindestens eine externe Tastatureinheit umfasst einen ersten und einen zweiten Anschluss zum Anschließen der mindestens einen externen Tastatureinheit, einen Spannungsregler, der in Abhängigkeit von Schaltphasen einer Ablaufsteuerung verschiedene Spannungen zwischen den ersten und zweiten Anschluss anlegt, sowie die Ablaufsteuerung, welche zumindest folgende Phasen umfasst: eine Eingabephase, während der der Spannungsregler eine Eingabespannung zwischen den ersten und zweiten Anschluss anlegt, sowie eine Auslesephase, während der der Spannungsregler eine Auslesespannung zwischen den ersten und zweiten Anschluss anlegt. Darüber hinaus umfasst die Ansteuerschaltung eine Auswerteeinheit, welche während der Auslesephase den Stromfluss durch die mindestens eine externe Tastatureinheit auswertet.

Die erfindungsgemäße Ansteuerschaltung eignet sich zum Anschluss von externen Tastatureinheiten mittels der Zweidrahttechnik. Mittels eines Spannungsreglers können verschiedene Versorgungsspannungen an die externen Tastatureinheiten angelegt werden, wobei sich die während der Eingabephase angelegte Eingabespannung von der während der Auslesephase angelegten Auslesespannung unterscheidet. Dadurch können während der verschiedenen Betriebsphasen verschiedene Strompfade der Tastatureinheiten aktiviert bzw. deaktiviert werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Auswerteeinheit dazu ausgelegt, anhand des Stromflusses festzustellen, ob und welche Eingabetaste betätigt ist. Die Betäti gung einer Eingabetaste führt zu einem charakteristischen Beitrag zum Stromfluss durch die Tastatureinheit.

Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform schaltet die Ablaufsteuerung dann, wenn von der Auswerteeinheit eine Tastatureingabe festgestellt wird, von der Eingabephase in die Auslesephase um. Der durch Betätigen der Taste verursacht Stromfluss kann dann erfasst und ausgewertet werden.

Es ist von Vorteil, wenn die verschiedenen zwischen den ersten und zweiten Anschluss angelegten Spannungen dazu ausgelegt sind, Strompfade der mindestens einen externen Tastatureinheit zu aktivieren oder zu deaktivieren. Insbesondere ist es von Vorteil, wenn die Auslesespannung so gewählt ist, dass auf Seiten der mindestens einen Tastatureinheit alle Strompfade deaktiviert werden, die nicht zum Auslesen der Tastatur benötigt werden.

Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn die Ablaufsteuerung eine Bestätigungsphase umfasst, während der eine Bestätigungsspannung an den ersten und zweiten Anschluss angelegt ist. Vorteilhafterweise ist die Bestätigungsspannung so gewählt, dass auf Seiten der mindestens einen Tastatureinheit ein optischer oder akustischer Signalgeber aktiviert wird. Dadurch wird dem Benutzer angezeigt, dass seine Tastatureingabe registriert wurde.

Es ist von Vorteil, wenn die Auswerteeinheit einen Widerstand umfasst, wobei der während der Auslesephase durch die Tastatureinheit fließende Strom in einen entsprechenden Spannungsabfall am Widerstand umgesetzt wird. Weiter ist es von Vorteil, wenn die Auswerteeinheit einen A/D-Wandler umfasst, der den Spannungsabfall am Widerstand digitalisiert, wobei durch Vergleich eines digitalisierten Werts mit vorgegebenen Intervallgrenzen eine betätigte Eingabetaste identifiziert wird. Der Strom durch die Tastatureinheit wird in eine entsprechende Spannung umgesetzt, die dann digitalisiert wird. Während der Eingabephase lässt sich durch Vergleichen der digitalisierten Spannung mit einem vorgegebenen Schwellwert ermitteln, ob eine Taste gedrückt wurde. Während der Auswertephase kann durch Vergleichen der digitalisierten Spannung mit verschiedenen Intervallgrenzen herausgefunden werden, welche Taste gedrückt wurde.

Vorteilhafterweise ist die Ablaufsteuerung mit Hilfe eines Mikrokontrollers realisiert.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ansteuerung mindestens einer Tastatureinheit, welche eine Mehrzahl von Eingabetasten aufweist, umfasst einen ersten Schritt des Anlegens einer Eingabespannung an die mindestens eine Tastatureinheit, wobei die Eingabespannung einen Beleuchtungs-Strompfad einschaltet. In einem weiteren Schritt wird erfasst, ob eine Eingabetaste gedrückt ist. Sobald eine Eingabetaste gedrückt ist, wird eine Auslesespannung an die mindestens eine Tastatureinheit angelegt, wobei die Auslesespannung den Beleuchtungs-Strompfad ausschaltet.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele weiter beschrieben. Es zeigen:
1: einen Schaltplan einer erfindungsgemäßen Tastatureinheit;
2: ein erstes Ablaufschema für die Erfassung und Auswertung von Benutzereingaben;
3: ein zweites Ablaufschema für die Erfassung und Auswertung von Benutzereingaben; und
4: einen Schaltplan einer erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung.
1 zeigt den Schaltplan einer erfindungsgemäßen Tastatureinheit. Die Tastatureinheit wird mittels einer Anschlussklemme J1 an eine Steuereinheit angeschlossen, welche zwischen den ersten Anschluss 1 und den zweiten Anschluss 2 eine Abfolge verschiedener Eingangsspannungen anlegt. Der Kondensator C1 dient zur Glättung der angelegten Spannungen. Die Anschlussklemme J1 kann mit beliebiger Polung an die entsprechenden Anschlüsse des Steuergeräts angeschlossen werden, so dass die zwischen dem ersten Anschluss 1 und dem zweiten Anschluss 2 anliegende Eingangsspannung beliebig gepolt sein kann. Diese Eingangsspannung wird durch eine aus den Dioden D1 bis D4 bestehende Gleichrichterschaltung in eine Spannung definierter Polarität umgewandelt, so dass die Versorgungsleitung 3 positive Polarität und die Versorgungsleitung 4 negative Polarität aufweist.
Die in 1 gezeigte Tastatureinheit weist 12 verschiedene Eingabetasten T1 bis T12 auf. Beispielsweise können zwei der Eingabetasten mit Zusatzfunktionen belegt sein, während die anderen zehn Eingabetasten zur Eingabe der Ziffern „O" bis „9" vorgesehen sind. Zur Ermittlung der jeweils gedrückten Eingabetaste ist eine Widerstandskette vorgesehen, die aus einer Hintereinanderschaltung von elf Widerständen R1 bis R11 besteht. Die Widerstandskette ist über einen Anschluss des Widerstands R1 mit der Versorgungsleitung 3 verbunden. Bei Betätigen der Eingabetaste T1 wird die Versorgungsleitung 3 über einen Abgriff 5 mit der Versorgungsleitung 4 verbunden. Bei Betätigen einer der Eingabetasten T2 bis T12 wird einer der Zwischenabgriffe 6 bis 16 mit der Versorgungsleitung 4 verbunden. Dadurch wird jeweils ein für die betätigte Eingabetaste charakteristischer Teil der Widerstandskette zwischen die Versorgungsleitung 3 und die Versorgungsleitung 4 eingeschleift. Dieser eingeschleifte Teil der Widerstandskette weist einen für die betätigte Taste charakteristischen Widerstandswert auf. Wenn eine definierte Auslesespannung zwischen die Versorgungsleitungen 3 und 4 angelegt wird, dann fließt durch den eingeschleiften Teil der Widerstandskette ein Auslesestrom, der für die gedrückte Taste charakteristisch ist. Durch Auswerten des Auslesestroms kann die gedrückte Taste eindeutig ermittelt werden.
Beispielsweise wird durch Betätigen der Taste T4 eine Verbindung zwischen dem Zwischenabgriff 8 und der Versorgungsleitung 4 hergestellt, so dass die Versorgungsleitung 3 über die hintereinander geschalteten Widerstände R1, R2 und R3 mit der Versorgungsleitung 4 verbunden wird. Nach Anlegen einer definierten Auslesespannung an die Versorgungsleitungen 3 und 4 fließt ein Auslesestrom, der durch den Widerstand R1 + R2 + R3 des eingeschleiften Teils der Widerstandskette festgelegt ist. Aus der Höhe dieses Auslesestroms kann geschlossen werden, dass die Taste T4 betätigt wurde.
Die Versorgungsleitungen 3 und 4 sind darüber hinaus durch einen Beleuchtungs-Strompfad 17 verbunden. Der Beleuchtungs-Strompfad 17 umfasst eine in Sperrrichtung geschaltete Z-Diode D5 sowie ein Beleuchtungselement LED1, welches mit der Z-Diode D5 in Reihe geschaltet ist. Das Beleuchtungselement LED1 kann beispielsweise zur Beleuchtung des Tastenblocks der Tastatureinheit dienen. Des Weiteren umfasst der Beleuchtungs-Strompfad 17 einen Widerstand R12 sowie einen Feldeffekttransistor Tr1 zur Regelung des Stroms durch das Beleuchtungselement LED1. Ein Kondensator C2 ist parallel geschaltet zu dem mindestens einen Beleuchtungselement LED1, dem Feldeffekttransistor Tr1 und dem Widerstand R12.
Das elektrische Verhalten der in Sperrrichtung geschalteten Z-Diode D5 ist durch eine Durchbruchspannung gekennzeichnet. Wenn die zwischen den Versorgungsleitungen 3 und 4 anliegende Spannung unterhalb der Durchbruchspannung der Z-Diode D5 liegt, wird der Beleuchtungs-Strompfad 17 gesperrt, und das Beleuchtungselement LED1 leuchtet nicht. Sobald die an den Versorgungsleitungen 3, 4 angelegte Spannung die Durchbruchspannung überschreitet, wird die Z-Diode D5 leitend, und es kommt zu einem Stromfluss durch das Beleuchtungselement LED1, welches zu leuchten beginnt. Wenn die Z-Diode D5 leitet, wird auch der Kondensator C2 aufgeladen.
Optional kann die in 1 gezeigte Tastatureinheit einen zusätzlichen Funktionsanzeige-Strompfad 18 aufweisen, der jedoch nicht zwingend erforderlich ist und deshalb gestrichelt eingezeichnet ist. Der Funktionsanzeige-Strompfad 18 umfasst eine weitere Z-Diode D6 mit einer von D5 verschiedenen Durchbruchspannung. Des Weiteren umfasst der Funktionsanzeige-Strompfad 18 eine Funktionsanzeige LED2 sowie einen strombegrenzenden Widerstand R13. Die Z-Diode D6, die Funktionsanzeige LED2 und der Widerstand R13 sind in Reihe zueinander geschaltet. Die in Sperrrichtung geschaltete Z-Diode D6 dient als spannungsgesteuertes Schaltelement. Wenn die Spannung zwischen den Eingangsleitungen 3, 4 unterhalb der Durchbruchspannung von D6 liegt, ist der Funktionsanzeige-Strompfad 18 gesperrt. Sobald die Spannung zwischen den Versorgungsleitungen 3, 4 die Durchbruchspannung überschreitet, beginnt ein Strom durch den Funktionsanzeige-Strompfad 18 zu fließen, und die Funktionsanzeige LED2 beginnt zu leuchten.
In 2 ist ein Ablaufdiagramm für den Betrieb der in 1 gezeigten Tastatureinheit dargestellt. Das in 2 gezeigte Ablaufdiagramm bezieht sich dabei auf eine Tastatureinheit, die den in 1 gestrichelt eingezeichneten Funktionsanzeige-Strompfad 18 nicht aufweist.
Während einer Eingabephase 19 wird an die Anschlussklemme J1 eine Eingabespannung V1 angelegt, die höher ist als die Durchbruchspannung der Z-Diode D5. Auch die zwischen den Versorgungsleitungen 3, 4 anliegende Spannung überschreitet die Durchbruchspannung von D5, und es fließt ein Strom durch den Beleuchtungs-Strompfad 17. Die Tastaturbeleuchtung ist daher während der Eingabephase 19 eingeschaltet.
Während der Eingabephase 19 wird durch die Ansteuerschaltung die Tastatureinheit kontinuierlich überwacht, welcher Strom durch die Tastatureinheit fließt. Wenn eine der Tas ten T1 bis T12 gedrückt wird, erhöht sich der durch die Tastatureinheit fließende Gesamtstrom. Insofern kann durch Vergleich des Stromflusses mit einem vorgegebenen Schwellwert in Schritt 20 ermittelt werden, ob eine Taste gedrückt ist oder nicht. Falls keine Taste gedrückt ist (21), dauert die Eingabephase 19 an. Wenn dagegen eine Eingabe registriert wird (22), dann geht das System in die Auslesephase 23 über.
Während der Auslesephase 23 liegt eine Auslesespannung V2 an der Anschlussklemme J1 an. Die Auslesespannung V2 ist gegenüber der Eingabespannung V1 so stark verringert, dass sie unterhalb der Durchbruchspannung der Z-Diode D5 liegt. Während der Auslesephase 23 befindet sich die Z-Diode D5 im gesperrten Zustand. Der Beleuchtungs-Strompfad 17 liefert während der Auslesephase 23 keinen Beitrag zu dem durch die Tastatureinheit fließenden Gesamtstrom. Der Gesamtstrom wird daher durch den Teil der Widerstandskette R1 bis R11 festgelegt, welcher durch Betätigen einer der Tasten T1 bis T12 in den Stromkreis eingeschleift ist. Falls beispielsweise die Taste T6 betätigt wurde, wird der Gesamtstrom während der Auslesephase durch die Auslesespannung und den Widerstand (R1 + R2 + R3 + R4 + R5) festgelegt. Durch Auswerten des während der Auslesephase fließenden Stroms kann die betätigte Taste zweifelsfrei identifiziert werden. Hierzu kann beispielsweise der Gesamtstrom in eine dazu proportionale Spannung umgesetzt werden, die dann digitalisiert und ausgewertet werden kann. Typischerweise kann eine A/D-Umwandlung innerhalb von ca. 60 μsec durchgeführt werden, so dass für die gesamte Auslesephase eine Dauer von beispielsweise 1 msec als völlig ausreichend erscheint.
Im darauffolgenden Schritt 24 wird abgefragt, ob die Dauer der Auslesephase abgelaufen ist. Alternativ kann abgefragt werden, ob die betätigte Taste bereits erkannt wurde. Wenn die Zeit noch nicht abgelaufen bzw. die Taste noch nicht erkannt ist (25), wird die Auslesephase fortgesetzt. Wenn dagegen die Zeitdauer der Auslesephase abgelaufen ist bzw. die Taste erkannt wurde (26), dann geht das System in die Eingabephase 19 über, und es liegt wieder die Eingabespannung V1 an der Klemme J1 an.
Obwohl während der Auslesephase 23 kein Strom durch den Beleuchtungs-Strompfad 17 fließt, leuchtet die Beleuchtungseinheit LED1 weiter. Während der relativ kurzen Auslesephase 23 wird die Stromversorgung der Beleuchtungseinheit LED1 durch den Kondensator C2 übernommen, welcher während der Eingabephase 19 aufgeladen wurde. Die Kapazität des Kondensators C2 ist hinreichend groß gewählt, um die Beleuchtungseinheit LED1 ca. 1 msec lang mit Strom versorgen zu können.
3 zeigt eine weitere Ablaufsteuerung, die sich für Tastatureinheiten eignet, die mit dem in 1 gestrichelt eingezeichneten Funktionsanzeige-Strompfad 18 ausgestattet sind. Bei dem in 3 gezeigten Ablauf wird jede Eingabe eines Benutzers kurz mittels einer Funktionsanzeige quittiert. Auf diese Weise kann der Benutzer sicher sein, dass seine Eingabe vom System registriert wurde.
Bei dem in 3 gezeigten Ablauf wird während einer Eingabephase 27 eine Eingabespannung V1 an die Tastatureinheit angelegt. Die Eingabespannung V1 liegt oberhalb der Durchbruchspannung der Z-Diode D5, aber unterhalb der Durchbruchspannung der Z-Diode D6. Infolge dessen ist während der Eingabephase 27 der Beleuchtungs-Strompfad 17 aktiv, während der Funktionsanzeige-Strompfad 18 ausgeschaltet ist. In Schritt 28 wird abgefragt, ob eine Taste gedrückt ist oder nicht, was anhand des durch die Tastatureinheit fließenden Stroms festgestellt werden kann. Falls keine Taste gedrückt ist (29), wird die Eingabephase 27 fortgesetzt. Sobald eine Taste betätigt wird (30), geht das System in die Auslesephase 31 über.
Während der Auslesephase 31 liegt eine Auslesespannung V2 an der Tastatureinheit an, welche kleiner ist als die jeweiligen Durchbruchspannungen der Z-Dioden D5 und D6. Während der Auslesephase sind daher sowohl der Beleuchtungs-Strompfad 17 als auch der Funktionsanzeige-Strompfad 18 ausgeschaltet. Dadurch kann der Strombeitrag, der durch den eingeschleiften Teil der Widerstandskette fließt, separat erfasst und ausgewertet werden. In Schritt 32 wird abgefragt, ob die Zeitdauer der Auslesephase abgelaufen ist. Alternativ kann in Schritt 32 ermittelt werden, ob die betätigte Taste erfolgreich identifiziert ist. Falls die Zeitdauer noch nicht abgelaufen bzw. die Taste noch nicht identifiziert ist (33), wird die Auslesephase 31 fortgesetzt. Falls dagegen die Zeit abgelaufen bzw. die gedrückte Taste erkannt ist (34), geht das System zur Bestätigungsphase 35 über.
Während der Bestätigungsphase 35 wird eine Bestätigungsspannung V3 an die Tastatureinheit angelegt, welche höher ist als die jeweiligen Durchbruchspannungen der Z-Dioden D5 und D6. Die Zeitdauer der Bestätigungsphasen 35 ist festgelegt und kann beispielsweise 50 msec betragen. Während der Bestätigungsphase 35 ist die Funktionsanzeige LED2 eingeschaltet, und zusätzlich leuchtet auch die Beleuchtungseinheit LED1. Durch das kurzzeitige Aufleuchten der Funktionsanzeige LED2 wird dem Benutzer signalisiert, dass seine Eingabe registriert wurde. Anstelle eines optischen Signalgebers könnte auch ein akustischer Signalgeber zur Quittierung von Benutzereingaben verwendet werden.
Nach Ablauf des vordefinierten Zeitintervalls 36 geht das System wieder in die Eingabephase 27 über. Während der Eingabephase 27 ist der Funktionsanzeige-Strompfad 18 inaktiv geschaltet.
4 zeigt eine Ansteuerschaltung für eine erfindungsgemäße Tastatureinheit. Die Tastatureinheit 37 wird an eine Anschlussklemme J2 der Ansteuerschaltung angeschlossen. Die Ansteuerschaltung stellt an den Versorgungsleitungen 38, 39 eine Abfolge verschiedener Versorgungsspannungen zur Verfügung. Darüber hinaus dient die in 4 gezeigte Ansteuerschaltung dazu, den durch die Tastatureinheit 37 fließenden Strom auszuwerten.
Zur Realisierung einer Ablaufsteuerung und zur Erzeugung der verschiedenen von der Tastatureinheit 37 benötigten Versorgungsspannungen umfasst die Ansteuerschaltung einen Mikrokontroller 40 sowie einen regelbaren Spannungswandler 41. Der Mikrokontroller 40 stellt an einem Bus 42 verschiedene Kontrollsignale zur Verfügung. Die Basis eines Transistors Q1 wird vom Mikrokontroller 40 über eine Kontrollleitung 41 und Widerstände R14, R15 angesteuert. Entsprechend kann die Basis eines Transistors Q2 über eine Kontrollleitung 44 und Widerstände R16, R17 angesteuert werden. Der regelbare Spannungswandler 41 ist am Anschluss 45 mit einer konstanten Spannung VDD verbunden, die durch den Glättungskondensator C3 stabilisiert wird. Die Spannung am Ausgang 46 des Spannungswandlers 41 wird durch das Potential am Steuereingang 47 bestimmt.
Wenn die Transistoren Q1 und Q2 gesperrt sind, wird das Potential am Eingang 47 durch den aus Widerständen R18, R19 gebildeten Spannungsteiler festgelegt. Wenn die Basis des Transistors Q1 über die Kontrollleitung 43 angesteuert wird, fließt ein Strom durch die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors Q1. Dadurch wird ein Anschluss des Widerstands R20 auf Masse gelegt, und das Potential am Steuereingang 47 wird abgesenkt. Wenn zusätzlich über die Kontrollleitung 44 auch die Basis des Transistors Q2 angesteuert wird, kann ein Emitter-Kollektor-Strom durch Q2 fließen, und dadurch wird auch der Widerstand R21 mit Masse verbunden. Als Folge davon wird das am Steuereingang 47 anliegende Potential weiter verringert.
Insgesamt können durch Ein- und Ausschalten der Transistoren Q1 und Q2 drei verschiedene Potentiale an den Steuereingang 47 des steuerbaren Spannungswandlers 41 angelegt werden. In Abhängigkeit von der am Steuereingang 47 anliegenden Spannung liefert der regelbare Spannungswandler 41 dann entsprechend drei verschiedene Ausgangs spannungen am Ausgang 46. Der Ausgang 46 ist über den Glättungskondensator C4 mit Masse und über einen aus einer Spule L1 und einem Kondensator C5 bestehenden Filter mit der Versorgungsleitung 38 verbunden.
Mit Hilfe der in 4 gezeigten Ansteuerschaltung können die verschiedenen zum Betrieb der erfindungsgemäßen Tastatureinheit 37 benötigten Versorgungsspannungen nacheinander erzeugt werden. Anfangs befindet sich das System in der Eingabephase. Während der Eingabephase schaltet der Mikrokontroller 40 den Transistor Q1 ein, während der Transistor Q2 ausgeschaltet wird. Infolge der sich so ergebenden Steuerspannung am Steuereingang 47 wird vom Spannungswandler 41 die Eingabespannung V1 an die Anschlussklemme J2 angelegt. Während der darauffolgenden Auslesephase schaltet der Mikrokontroller 40 beide Transistoren Q1 und Q2 ein. Dadurch wird die an der Tastatureinheit 37 anliegende Spannung auf die Auslesespannung V2 abgesenkt. Bei dem in 3 gezeigten Ablaufschema ist zusätzlich eine Bestätigungsphase vorgesehen, während der eine Bestätigungsspannung V3 an die Tastatureinheit 37 angelegt wird. Zur Erzeugung der Bestätigungsspannung V3 schaltet der Mikrokontroller 40 beide Transistoren Q1 und Q2 aus.
Zur Auswertung des Stromflusses durch die Tastatureinheit 37 ist die Versorgungsleitung 39 mit einem Fußpunktwiderstand R22 verbunden, der beispielsweise einen Wert von 100 Ohm haben kann. Außerdem ist die Versorgungsleitung 39 über zwei Kondensatoren C6, C7 mit Masse verbunden. Die am Fußpunktwiderstand R22 abfallende Spannung ist zum Strom durch die Tastatureinheit 37 proportional. Diese den Strom repräsentierende Spannung ist über einen Widerstand R23 mit einem Analog/Digital-Wandlereingang 48 des Mikrokontrollers 40 verbunden. Die zum Strom durch die Tastatureinheit 37 proportionale Spannung wird durch den Mikrokontroller 40 digitalisiert. Während der Eingabephase kann anhand des digitalisierten Werts beurteilt werden, ob eine Taste gedrückt ist oder nicht. Während der Auslesephase kann die jeweils gedrückte Taste dann identifiziert werden, indem der digitalisierte Wert mit den Intervallgrenzen verschiedener Wertebereiche verglichen wird. Alternativ könnten zur Identifizierung der jeweils gedrückten Taste ein oder mehrere Fensterkomparatoren vorgesehen sein. Zum Schutz des Analog/Digital-Wandlereingangs 48 vor Überspannungen ist eine Z-Diode D7 vorgesehen.

Claims

Tastatureinheit, welche aufweist – eine Mehrzahl von Eingabetasten (T1-T12); – einen ersten (1) und einen zweiten Anschluss (2) für eine externe Spannung; – eine Widerstandskette, wobei bei Betätigung einer Eingabetaste (T1-T12) ein für die Eingabetaste charakteristischer Teil der Widerstandskette zwischen den ersten Anschluss (1) und den zweiten Anschluss (2) eingeschleift wird, wobei jeder Eingabetaste ein charakteristischer Widerstandswert zugeordnet ist, gekennzeichnet durch – einen zwischen den ersten (1) und den zweiten Anschluss (2) geschalteten Verbraucher-Strompfad (17), welcher einen Verbraucher (LED1) sowie einen spannungsgesteuerten Schalter (D5) umfasst, der den Verbraucher-Strompfad (17) in Abhängigkeit von der Höhe der externen Spannung ein- oder ausschaltet.
Tastatureinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Verbraucher-Strompfad um einen Beleuchtungs-Strompfad mit einer Beleuchtungseinheit handelt.
Tastatureinheit nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der spannungsgesteuerte Schalter dazu ausgelegt ist, den Verbraucher-Strompfad auszuschalten, wenn während einer Auslesephase eine Auslesespannung zwischen dem ersten und zweiten Anschluss anliegt.
Tastatureinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein für eine betätigte Eingabetaste charakteristischer Widerstandswert während der Auslesephase einen charakteristischen Strombeitrag zu einem durch die Tastatureinheit fließenden Gesamtstrom liefert.
Tastatureinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der spannungsgesteuerte Schalter dazu ausgelegt ist, den Verbraucher-Strompfad einzuschalten, wenn während einer Eingabephase eine Eingabespannung zwischen dem ersten und zweiten Anschluss anliegt.
Tastatureinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der spannungsgesteuerte Schalter mittels einer Z-Diode realisiert ist. bei die zweite Z-Diode den Funktionsanzeige-Strompfad bei Überschreiten einer vorgegebenen Durchbruchspannung einschaltet und bei Unterschreiten der vorgegebenen Durchbruchspannung abschaltet.
Tastatureinheit nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestätigungsspannung oberhalb der Durchbruchspannung der zweiten Z-Diode liegt, und dass sowohl die Eingabespannung als auch die Auslesespannung unterhalb der Durchbruchspannung der zweiten Z-Diode liegen.
Ansteuerschaltung für mindestens eine externe Tastatureinheit (37), welche aufweist – einen ersten (38) und einen zweiten Anschluss (39) zum Anschließen der mindestens einen externen Tastatureinheit (37); – einen Spannungsregler (41), der in Abhängigkeit von Schaltphasen einer Ablaufsteuerung verschiedene Spannungen zwischen den ersten (38) und zweiten Anschluss (39) anlegt; – die Ablaufsteuerung, welche zumindest folgende Phasen umfasst: – eine Eingabephase, während der der Spannungsregler (41) eine Eingabespannung zwischen den ersten (38) und zweiten Anschluss (39) anlegt; – eine Auslesephase, während der der Spannungsregler (41) eine Auslesespannung zwischen den ersten (38) und zweiten Anschluss (39) anlegt; – eine Auswerteeinheit, welche während der Auslesephase den Stromfluss durch die mindestens eine externe Tastatureinheit (37) auswertet.
Ansteuerschaltung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit dazu ausgelegt ist, anhand des Stromflusses festzustellen, ob und welche Eingabetaste betätigt ist.
Ansteuerschaltung nach Anspruch 16 oder Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablaufsteuerung dann, wenn von der Auswerteeinheit eine Tastatureingabe festgestellt wird, von der Eingabephase in die Auslesephase umschaltet.
Ansteuerschaltung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen zwischen den ersten und zweiten Anschluss angelegten Spannungen dazu ausgelegt sind, Strompfade der mindestens einen externen Tastatureinheit zu aktivieren oder zu deaktivieren.
Ansteuerschaltung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslesespannung so gewählt ist, dass auf Seiten der mindestens einen Tastatureinheit alle Strompfade deaktiviert werden, die nicht zum Auslesen der Tastatur benötigt werden.
Ansteuerschaltung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabespannung so gewählt ist, dass auf Seiten der mindestens einen Tastatureinheit ein Beleuchtungs-Strompfad aktiviert wird, und dass die Auslesespannung so gewählt ist, dass auf Seiten der mindestens einen Tastatureinheit der Beleuchtungs-Strompfad deaktiviert wird.
Ansteuerschaltung nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablaufsteuerung zusätzlich eine Bestätigungsphase umfasst, während der eine Bestätigungsspannung an den ersten und zweiten Anschluss angelegt ist.
Ansteuerschaltung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestätigungsspannung so gewählt ist, dass auf Seiten der mindestens einen Tastatureinheit ein optischer oder akustischer Signalgeber aktiviert wird.
Ansteuerschaltung nach einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit einen Widerstand umfasst, wobei der während der Auslesephase durch die Tastatureinheit fließende Strom in einen entsprechenden Spannungsabfall am Widerstand umgesetzt wird.
Ansteuerschaltung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit einen A/D-Wandler umfasst, der den Spannungsabfall am Widerstand digitalisiert, wobei durch Vergleich eines digitalisierten Werts mit vorgegebenen Intervallgrenzen eine betätigte Eingabetaste identifiziert wird.
Ansteuerschaltung nach einem der Ansprüche 16 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablaufsteuerung mit Hilfe eines Mikrokontrollers realisiert ist.
Verfahren zur Ansteuerung mindestens einer Tastatureinheit, welche eine Mehrzahl von Eingabetasten aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: – Anlegen (19, 27) einer Eingabespannung an die mindestens eine Tastatureinheit, wobei die Eingabespannung einen Beleuchtungs-Strompfad einschaltet; – Erfassen (20, 28), ob eine Eingabetaste gedrückt ist; – sobald eine Eingabetaste gedrückt ist, Anlegen (23, 31) einer Auslesespannung an die mindestens eine Tastatureinheit, wobei die Auslesespannung den Beleuchtungs-Strom-Pfad ausschaltet.
Verfahren nach Anspruch 27, gekennzeichnet durch folgenden Schritt: Auswerten des während der Auslesephase durch die Tastatureinheit fließenden Stroms.
Verfahren nach Anspruch 27 oder Anspruch 28, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – Umsetzen des während der Auslesephase durch die Tastatureinheit fließenden Strom in einen entsprechenden Spannungsabfall an einem Widerstand, – Digitalisieren des Spannungsabfalls am Widerstand.
Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 29, gekennzeichnet durch folgenden zusätzlichen Schritt: Anlegen einer Bestätigungsspannung an die mindestens eine Tastatureinheit für ein bestimmtes Zeitintervall, wobei die Bestätigungsspannung eine Funktionsanzeige einschaltet.