基于CY8C21534的通用操作面板解析方案

引言

Cypress公司的CY8C21534是一個帶有非常豐富感應(yīng)按鍵功能的單片機芯片，多數(shù)IO口都可以配置為感應(yīng)按鍵輸入或普通TTL電平輸入/輸出的功能，并且有豐富的內(nèi)部資源。

在產(chǎn)品設(shè)計中，操作面板是面向用戶的最重要的交互界面，其操作性能的優(yōu)劣直接影響產(chǎn)品的感觀性能。良好的操作界面，可以使用戶提高對產(chǎn)品的信心，并大大提高購買率。

另外，產(chǎn)品設(shè)計中，通用化的設(shè)計往往是提高產(chǎn)品設(shè)計速度和性能的最有效的方式。

為了滿足上述要求，我們設(shè)計了一款通用的帶有感應(yīng)按鍵功能的面板，根據(jù)我們產(chǎn)品的需要，面板應(yīng)提供9個感應(yīng)按鍵，能驅(qū)動64段LED顯示，有蜂鳴器驅(qū)動，并有與控制板進行信息交換的接口。

通用操作面板設(shè)計的基本思路主要集中在通用上，通用包括兩個方面：一是硬件通用，設(shè)計一個操作面板可以適應(yīng)很多的產(chǎn)品。二是軟件的通用，通用板不關(guān)心按鍵具體功能和顯示的具體內(nèi)容，把程序設(shè)計成通用的。

因為面板最重要的功能就是感應(yīng)按鍵功能，所以我們采用了高性能的CY8C21534，考慮到CY8C21534有效的IO口線只有24個，所以擴展了一片 74HC595來驅(qū)動顯示段，這樣需要至少2個IO口;還需要8個IO口來驅(qū)動顯示行;操作面板與控制板通訊采用I2C方式，再增加一條按鍵有效指示線，則通訊接口需要3個IO;9個按鍵使用9個IO，這樣方便以后其他的擴展;一個IO口驅(qū)動蜂鳴器;另外一個IO口做按鍵處理用，保證按鍵的抗干擾能力;這樣24個IO剛好可以滿足要求。

硬件設(shè)計

圖1為通用操作面板原理圖。圖中，S1~S9為感應(yīng)按鍵的感應(yīng)區(qū)域，U101為顯示組件(在設(shè)計中采用的是一體化的顯示組件)，CN101為與控制板的接口，同時也是在線燒寫程序的接口。

圖1 通用操作面板原理圖

只要按鍵對應(yīng)口線不變，按鍵可以排列在通用操作面板任何位置。

顯示組件可以是分離器件組成，連接關(guān)系只要滿足圖中COM1~8和SEG1～8對應(yīng)就可以了，其中COM1~8是顯示的行掃描端，SEG1~8是顯示段碼驅(qū)動端。64段可以組合成8段數(shù)碼管，也可以是獨立的LED指示燈按照行列方式連接。注意，在圖中的連接關(guān)系中，顯示部件必須是共陽結(jié)構(gòu)的。

軟件設(shè)計

軟件分成如下幾個主要部分：

顯示掃描部分—負責把顯示數(shù)據(jù)按照對應(yīng)關(guān)系送出。

需要開辟一個顯示緩沖區(qū)，用來保存接收到的顯示內(nèi)容，定義為Dis_buf[8]，共8個字節(jié)，64段需要8個字節(jié)，按照每行一個字節(jié)保存，規(guī)定Dis_buf[0] 對應(yīng)COM1行，Dis_buf[1]對應(yīng)COM2行，依此類推，Dis_buf[7]對應(yīng)COM8行。

在定時掃描里，按照行列關(guān)系掃描顯示即可，具體顯示內(nèi)容則由控制板通過通訊接口發(fā)來。

這部分程序流程比較簡單，但操作要點需要特別注意：先關(guān)閉所有顯示行，根據(jù)掃描行標志送出掃描段碼，再打開對應(yīng)的掃描行，點亮顯示，最后掃描行標志加1。

按鍵掃描部分—負責掃描按鍵狀態(tài)，并把掃描結(jié)果保存在緩沖區(qū)，以便控制板查詢。

開辟一個2字節(jié)的按鍵緩沖區(qū)Key_buf[2]，每一位對應(yīng)一個按鍵，例如規(guī)定Key_buf[0]的最低位對應(yīng)S1……，Key_buf[0]的最高位對應(yīng)S8，Key_buf[1]的最低位對應(yīng)S9，其余保留備用。

CY8C21534定時對按鍵進行掃描，并把去抖動后的結(jié)果保存在按鍵緩沖區(qū)，規(guī)定“1”為按鍵按下，“0”為按鍵抬起。

需要說明的是，按鍵是否按下，是通過讀CY8C21534內(nèi)部寄存器的值來確定的，這與普通機械按鍵按下判斷電平高低是不同的。

與控制板通訊部分—負責接收控制板的顯示數(shù)據(jù)，同時接受控制板查詢按鍵狀態(tài)的指令，發(fā)出按鍵狀態(tài)數(shù)據(jù)。

通訊采用I2C接口，并且通用操作面板上的CY8C21534工作在從模式，控制板上的單片機I2C接口工作在主模式。

我們規(guī)定通訊協(xié)議如下：

寫顯示數(shù)據(jù)

先寫入地址(0xA2)。再依次寫入顯示數(shù)據(jù)1~顯示數(shù)據(jù)8，蜂鳴器狀態(tài)字節(jié)按照IIC協(xié)議模式，依次寫入上述10個字節(jié)即可。

顯示數(shù)據(jù)1~8分別對應(yīng)COM1~8行，蜂鳴器狀態(tài)字節(jié)表示蜂鳴器是否鳴響，當最低位為1時，蜂鳴器鳴響，為0時停止鳴響，其余的為保留備用。

讀按鍵狀態(tài)

先寫入地址(0xA3)，再依次讀出2個字節(jié)即可。

這部分程序的流程比較簡單，屬于CY8C21534內(nèi)部功能，基本思路為：

I2C 收到數(shù)據(jù)后會產(chǎn)生中斷，CY8C21534響應(yīng)中斷后，判斷是寫入顯示數(shù)據(jù)還是讀按鍵狀態(tài)，如果是寫數(shù)據(jù)，則讀出I2C數(shù)據(jù)接收寄存器值，寫入對應(yīng)顯示緩沖區(qū)Dis_buf[i]即可。全部接收完8個顯示數(shù)據(jù)，則把顯示緩沖區(qū)Dis_buf[i]的值轉(zhuǎn)入Dis_buf_out[i]，供顯示掃描程序用。

如果是讀按鍵狀態(tài)，則把按鍵狀態(tài)Key_buf[0]寫入發(fā)送寄存器，I2C模塊自動發(fā)出數(shù)據(jù)發(fā)送完一個，再寫入Key_buf[1]繼續(xù)發(fā)送。

應(yīng)注意的幾個關(guān)鍵問題

·按鍵掃描中要有去抖動的過程，這個去抖動一般以20~50毫秒為宜，另外去抖動過程不僅在按鍵按下時要處理，按鍵抬起時最好也處理一下，這樣可以保證按鍵操作的可靠性。

·感應(yīng)按鍵處理時，CY8C21534提供了一個軟件模塊包，用來處理感應(yīng)按鍵的功能，同時有利用P0(7)實現(xiàn)抗干擾的處理的功能，這樣可以屏蔽水流沖擊和手機的干擾。所以設(shè)計PCB時，P0(7)要與通用操作面板的覆銅地通過電阻R143連接在一起。

·顯示掃描幀頻率要超過60HZ，這樣可以保證顯示無抖動，由于顯示亮度與掃描頻率和占空比有直接關(guān)系，占空比不變時，幀頻率越高，亮度會越低，所以建議使用60HZ的幀頻率，沒有必要提高幀頻率。

結(jié)語

采用CY8C21534設(shè)計通用操作面板是非常方便也是非常簡單的，而且操作面板還具有高可靠性的感應(yīng)按鍵功能，這對提升產(chǎn)品性能和價值是非常有效的。

CY8C21534外圍電路非常簡單，內(nèi)部的許多功能都有標準的軟件模塊可以調(diào)用，所以軟件設(shè)計也非常簡單，而且所附的仿真調(diào)試軟件支持C編譯，調(diào)試非常容易和方便，

本設(shè)計的基本思路應(yīng)用于生產(chǎn)實踐中已經(jīng)帶來了非常好的效益。