智能手機(jī)全鍵盤控制器及其編程

1 引言
    隨著智能手機(jī)逐步普及，3G服務(wù)不斷完善，利用手機(jī)上網(wǎng)、收發(fā)電子郵件已逐步成為一種時(shí)尚，而常見的手機(jī)鍵盤僅有簡(jiǎn)單的功能和數(shù)字按鍵，而輸入復(fù)雜的漢字、符號(hào)時(shí)需繁瑣切換，輸入速度減緩，因此，高端手機(jī)迫切需要一種便捷的輸入界面。QWERTY鍵盤的推出解決了這個(gè)問題，它以其齊全的按鍵分布能夠讓使用者輕易直接輸入想要的內(nèi)容，為此這種手機(jī)鍵盤大受歡迎。QWERTY鍵盤又稱為全功能鍵盤，其按鍵分布與PC鍵盤基本相同，主要包括26個(gè)英文字母、數(shù)字O～9、方向控制、回車、Ctrl、Alt和符號(hào)鍵等，完全可實(shí)現(xiàn)PC鍵盤的輸人和操作。QWERTY憑借其獨(dú)特的外觀、出色的商務(wù)功能、另類的 QWERTY鍵盤，以及本身的智能性、娛樂性、前衛(wèi)性，目前已在手機(jī)世界占有重要地位。新一代以Gphone為代表的智能手機(jī)均配備了QWERTY鍵盤。隨著手機(jī)市場(chǎng)的不斷深化，已有很多品牌涉足其中，其中不乏諾基亞、三星、摩托羅拉等國(guó)際知名大品牌。
    由于鍵盤掃描需占用大量GPIO，而手機(jī)中無論是基帶控制器還是應(yīng)用處理器受到器件引腳數(shù)的限制，因此能夠提供的GPIO數(shù)目十分有限，通常需要外擴(kuò) GPIO來實(shí)現(xiàn)鍵盤掃描，這會(huì)占用大量軟件資源并增加許多功耗。因此，Maxim公司針對(duì)這一問題先后推出兩代全鍵盤控制器MAX7349和 MAX7359。

2 MAX7349和MAX7359編程
    MAX7349和MAX7359均可管理多達(dá)64個(gè)按鍵，采用Maxim專有的低電壓、低EMI靜態(tài)按鍵掃描技術(shù)，并將去抖后的掃描結(jié)果編成鍵值，依據(jù)按鍵的鍵序?qū)㈡I值消息存放在FIFO中，手機(jī)處理器在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候讀取FIFO中的鍵值消息，即使處理器沒有及時(shí)處理按鍵事件，按鍵消息也不會(huì)丟失，這對(duì)通常采用非實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的智能手機(jī)來說非常重要。與MAX7349相比，MAX7359增加了按鍵釋放檢測(cè)功能，即每次按下和釋放按鍵都會(huì)生成一個(gè)鍵值消息，可更簡(jiǎn)便實(shí)現(xiàn)多鍵同時(shí)輸入及組合鍵功能。另外，該系列器件優(yōu)化了控制寄存器并增加存儲(chǔ)鍵值消息的FIFO空間，即由MAX7349的存儲(chǔ)8次按鍵增加到存儲(chǔ)16次按鍵。
    MAX7359還具有自動(dòng)休眠和自動(dòng)喚醒功能，以使器件的功耗最低。一個(gè)休眠周期后，自動(dòng)休眠功能將器件置于低功耗狀態(tài)(典型值1μA)。發(fā)生按鍵事件時(shí)，自動(dòng)喚醒功能設(shè)置MAX7359返回至正常工作模式。
    這兩款器件對(duì)于硬件設(shè)計(jì)而言較簡(jiǎn)單，但在編寫驅(qū)動(dòng)軟件時(shí)需稍加注意。以下是MAX7349的編程建議：
    (1)建議避免使用0行0列的0號(hào)按鍵。
    (2)MAX7349初始化，假設(shè)MAX7349設(shè)置I2C地址的AD0引腳接地，將MAX7349的I2C讀／寫地址設(shè)為0x71／0x70，其過程如下：

    ／*MAX7349初始化開始*／
    I2C_Write(0x70，0x04，0x01，)； ／／關(guān)斷
    I2C_Write (0x70，0x01，0)；     ／／9 ms去抖
    I2C_Write(0x70，0x02，0)；      ／／禁止Autorepeat功能
    I2C_Wirte(0x70，0x03，0x01)；   ／／使能硬件中斷
    I2C_Write(0x70，0x05，0)；      ／／防止意外輸出，可省略
    I2C_Write(0x70，0x04，0x81)；   ／／啟動(dòng)器件正常功能
    ／*MAX7349初始化結(jié)束*／
    (3)每次收到硬件中斷后，連續(xù)讀FIFO寄存器(I2C_Write(0x70，0x00)；I2C_Read(0x71，變量)。注意此讀操作是一次用于寫FIFO寄存器地址0x00的寫操作和一次讀操作構(gòu)成；如果連續(xù)讀FIFO，則只需開始時(shí)進(jìn)行一次寫操作I2C_Write(0x70，0x00) 即可，F(xiàn)IFO寄存器地址不會(huì)自動(dòng)遞增)，一直讀到0x00的值全為0為止(建議避免使用0號(hào)按鍵)，設(shè)一個(gè)最大讀取次數(shù)(256次)，如果來一次中斷讀取256次FIFO中還有非0值，就直接重啟一次器件，執(zhí)行如下操作：
    I2C_Write(0x70，0x04，0x01)； ／／關(guān)斷
    12C_Write(0x70，0x04，0x81)； ／／啟動(dòng)器件正常功能
    (4)關(guān)于按鍵釋放檢測(cè)，由于MAX7349無按鍵釋放檢測(cè)，對(duì)于組合鍵，長(zhǎng)短鍵等特殊按鍵需求，需要軟件配合來實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)方法如下：
    每次收到硬件中斷后通過I2C將FIFO讀空，50 ms后將MAX7349重啟，執(zhí)行以下操作：
    I2C_Write(0x70，0x04，0x01，)； ／／關(guān)斷
    I2C_Write(0x70,0x04，0x81)；    ／／啟動(dòng)器件正常功能
    若隨后未收到中斷，或收到中斷后一直讀空FIFO，也未有與上一次相同的按鍵信息，則認(rèn)為上次按鍵釋放，向上層軟件發(fā)一個(gè)按鍵釋放信息。如果收到中斷后讀FIFO中有與上次相同的按鍵信息，則繼續(xù)重復(fù)“讀空FIFO，等50 ms重啟器件”的步驟。
    實(shí)際上，只要檢測(cè)到硬件中斷就要連續(xù)重復(fù)“讀空FIF0，等50 ms后重啟器件”的步驟，直到器件重啟后沒有新的硬件中斷為止。
    (5)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在I2C總線工作不正常時(shí)嘗試通過設(shè)置0x04寄存器的D0位使能或禁止總線超時(shí)功能。MAX7359南于增加了按鍵釋放檢測(cè)功能，即按下和釋放按鍵都產(chǎn)成一個(gè)鍵值信息，所以要比MAX7349的軟件處理更簡(jiǎn)單，關(guān)于MAX7359的編程建議如下：
    ①避免使用的按鍵 MAX7359修改按鍵信息FIFO(寄存器地址為：0x00)為空時(shí)的缺省值，由MAX7349的0x00改成MAX7359的0x3f。所以如果設(shè)計(jì)使用新的MAX7359，應(yīng)盡量避免使用第63號(hào)鍵(Co17和Row7交叉處的鍵)和62號(hào)鍵(Co17和Row6交叉處的鍵)，這是因?yàn)檐浖谔幚磉@兩個(gè)按鍵的鍵值時(shí)會(huì)復(fù)雜一些。
    ②MAX7359初始化MAX7359初始化過程如下(假設(shè)MAX7359設(shè)置I2C地址的AD0引腳接地，將MAX7359的I2C讀／寫地址設(shè)為Ox71／0x70)；
    ／*MAX7359初始化開始*／
    I2C_Write(0x70，0x01，0x08)； ／／關(guān)斷，開始初始化
    I2C_Write(0x70，0x02，0x01)； ／／10 ms去抖，可調(diào)
    I2C_Write(0x70，0x03，0x01)； ／／按鍵消息FIFO非空則觸發(fā)中斷
    I2C_Wirte(0x70，0x04，0)； ／／防止錯(cuò)誤觸發(fā)GPIO
    I2C_Write(0x70，0x05，0)； ／／關(guān)閉自動(dòng)重復(fù)功能
    I2C_Write(0x70，0x06，0)； ／／關(guān)閉自動(dòng)關(guān)斷功能，可根據(jù)需要打開自動(dòng)關(guān)斷功能，關(guān)斷前的等待時(shí)間可設(shè)。
    I2C_Write(0x70，0x01，0x88)； ／／啟動(dòng)器件正常功能
    ／*MAX7359初始化結(jié)束*／

3 讀取按鍵消息
3．1 設(shè)置FIFO寄存器
    收到硬件中斷后，先通過一次寫操作設(shè)置FIFO寄存器地址：0x00。
    I2C_Write(0x70，0x00)：／／如果寫一次FIFO地址之后沒有對(duì)MAX7359其他控制寄存器的讀寫，則下次讀FIFO寄存器，可不用再寫FIFO地址。
    I2C_Read(0x71，字節(jié)變量)；
    …… ／／重復(fù)讀FIFO直至讀到代表
    FIFO為空的0x3f，可以沒一個(gè)最大次數(shù)，如256次，如果一次中斷后讀了256次FIFO里還有沒讀到0x3f，則軟重啟軟重啟過程如下：
    I2C_Write(0x70，0x0 1，0x08)；
    I2C_Write(0x70，0x01，0x88)；
3．2 FIFO消息的處理
    處理讀到的FIFO字節(jié)變量(假設(shè)變量名為：FIFO_BYTE)后，軟件處理方法如下：
    (1)將從FIFO收到的非0x3f的字節(jié)變量FIFO_BYTE和0x3f取與(AND 0x3f)，結(jié)果值為按鍵值(即0至63號(hào)鍵中某一個(gè)被按下或釋放)。
    (2)再將該FIFO_BYTE和0x40取與(AND 0x40)，結(jié)果為0則說明按鍵被按下，結(jié)果非0則說明按鍵被釋放。如果硬件布線時(shí)使用了63號(hào)和62號(hào)鍵，F(xiàn)IFO_BYTE處理復(fù)雜，請(qǐng)軟件設(shè)計(jì)工程師參考MAX7359編程指南的62號(hào)和63號(hào)鍵處理方法。
3．3 長(zhǎng)按鍵處理
    通常需要起一個(gè)定時(shí)器，定時(shí)檢查還未收到鍵盤釋放信息的鍵盤按下信息都是何時(shí)發(fā)生的，如果是當(dāng)前時(shí)間減去按鍵按下的時(shí)間滿足長(zhǎng)按鍵時(shí)間，就可向上層軟件發(fā)長(zhǎng)按鍵消息。