鍵盤顯示專用器件HD7279A的接口設(shè)計(jì)

1 引言
    傳統(tǒng)的鍵盤顯示驅(qū)動(dòng)器件(如INTEL8279)通常采用并行接口，占用單片機(jī)至少10個(gè)I/0端口，因此該鍵盤顯示驅(qū)動(dòng)器不適用于單片機(jī)資源緊張的應(yīng)用。而改進(jìn)的采用SPI(Serial PeripIleral Interface)串行總線的ZLG7289器件與采用I2C(Intel IC Bus)串行總線的ZLG7290器件均須接入獨(dú)立的晶體振蕩器才能工作，不能直接支持RC振蕩器電路，復(fù)位端必須接RC復(fù)位電路才使器件可靠復(fù)位，且片選端CS一般不可直接接地，否則顯示可能出現(xiàn)閃爍，軟件延時(shí)調(diào)試比較困難。而鍵盤顯示驅(qū)動(dòng)專用器件HD7279A則不存在這樣的問(wèn)題，能夠穩(wěn)定可靠工作，外圍電路簡(jiǎn)單，可廣泛應(yīng)用于儀器儀表、工業(yè)控制器、條形顯示器、控制面板等。這里給出了HD7279A接口的典型應(yīng)用設(shè)計(jì)。

2 HD7279A簡(jiǎn)介
    HD7279A是一款具有簡(jiǎn)單SPI串行接口的器件，可直接驅(qū)動(dòng)8位共陰式數(shù)碼管(或64個(gè)獨(dú)立的LED)，管理多達(dá)64鍵鍵盤，單片即可完成LED顯示和鍵盤接口的全部功能，大大簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)，占用單片機(jī)資源極少(最少2線)，完全免調(diào)試，外圍電路更簡(jiǎn)單。HD7279A內(nèi)部含有譯碼器可直接接收BCD碼或16進(jìn)制碼，也可不譯碼，并同時(shí)具有兩種譯碼方式。此外，該器件還具有多種控制指令，諸如消隱，閃爍，左移，右移和段尋址等，顯示控制方式靈活，其段尋址能力可用于獨(dú)立的LED顯示或信息指示燈控制。圖l為HD729A的引腳配置，其各引腳功能描述如表1所列。HD7279A具有片選信號(hào)，可方便實(shí)現(xiàn)高于8位的顯示或高于64鍵的鍵盤接口，采用多片級(jí)聯(lián)，對(duì)片選信號(hào)進(jìn)行譯碼即可實(shí)現(xiàn)。當(dāng)應(yīng)用系統(tǒng)中只有一片HD7279A時(shí)，片選端CS可直接接地，圖2為其典型應(yīng)用電路。

    應(yīng)用中，未用的鍵盤或LED數(shù)碼管均可省去，而且互不影響。如果不用鍵盤，典型電路中8只10 kΩ位選電阻和8只100 kΩ下拉電阻均可省去，如果僅接下一個(gè)按鍵，則8只100 kΩ下拉電阻必須全部連接。除非不接LED，否則8只200 Ω限流電阻均不能省去。外接RC振蕩電路的典型值為：R=1．5 kΩ，C=15 pF。下拉電阻與位選電阻的阻值應(yīng)遵循一定的比例關(guān)系。在不影響顯示的情況下，下拉電阻應(yīng)盡可能小，大大提高鍵盤抗干擾能力。驅(qū)動(dòng)大功率的LED時(shí)需增加驅(qū)動(dòng)電路，或盡量采用高亮度LED以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。復(fù)位端RESET也可由單片機(jī)直接控制以增加可靠性，但需占用單片機(jī)資源，因此應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用要求選擇最佳連接方式。因?yàn)镠D7279A采用動(dòng)態(tài)掃描方式，一般電流較大．故須在靠近電源端并聯(lián)去耦電容以減少于擾，該電容典型值為100μF。

3 HD7279A的工作原理
    HD7279A最顯著的優(yōu)點(diǎn)是與單片機(jī)的接口簡(jiǎn)單，最多只需5條連接線，分別是復(fù)位端RESET，片選輸入端CS，同步時(shí)鐘輸入端CLK，數(shù)據(jù)輸入輸出端DATA和按鍵有效輸出端KEY。在一般應(yīng)用系統(tǒng)中，RESET可直接接電源，當(dāng)應(yīng)用系統(tǒng)中只有一片HD7279A器件時(shí)，CS也可以直接接地，此時(shí)只需占用3條單片機(jī)的I／O端口線，如果應(yīng)用系統(tǒng)中沒(méi)有鍵盤，僅具有顯示功能，或者即使有鍵盤，但單片機(jī)軟件任務(wù)不復(fù)雜，均可不接KEY線，使用定時(shí)讀取鍵盤鍵值代碼的方法，則此時(shí)只需占用2條單片機(jī)的I/0端口線。

    HD7279A與單片機(jī)采用SPI串行接口方式連接，共有3種類型16條命令格式，即不帶數(shù)據(jù)的純指令，帶數(shù)據(jù)的指令和讀鍵盤鍵值代碼指令。
    (1)復(fù)位(清除)指令A(yù)4H 該指令清除所有顯示，所有設(shè)置的字符消隱、閃爍等屬性也一并清除，實(shí)際上電和系統(tǒng)上電初始化后所處狀態(tài)完全相同，相當(dāng)于初始化命令。該指令為純指令。
    (2)下載數(shù)據(jù)且按方式0譯碼指令該指令第一字節(jié)數(shù)據(jù)是命令，其中a2，al，a0是8位LED的某一位的二進(jìn)制編碼。第二字節(jié)數(shù)據(jù)(D0~D7)的第D7位DP表示是否顯示LED的小數(shù)點(diǎn)，DP=l顯示，否則不顯示；D6～D7是X位，是無(wú)關(guān)位；D3~D0分別為d3，d2，d1，dO，這4位按照方式0譯碼規(guī)則在該位LED顯示某個(gè)數(shù)字(0~9)或符號(hào)(H，E，L，P，一，空)。
    (3)讀鍵盤鍵值代碼指令15H該指令讀取鍵盤鍵值代碼，第一字節(jié)數(shù)據(jù)D7～D0是從單片機(jī)流向HD7279A的命令，第二字節(jié)數(shù)據(jù)D7~D0是從HD7279A流向單片機(jī)的鍵值代碼，其值的范圍是OOH～3FH：共64個(gè)，無(wú)有效按鍵時(shí)讀出的鍵值代碼是0FFH。其余指令均與上述3條指令類似。圖3為SIP／串行接口時(shí)序。[!--empirenews.page--]

4 HD7279A典型應(yīng)用
4．1 硬件設(shè)計(jì)
    以基于單片機(jī)的醫(yī)療設(shè)備控制系統(tǒng)中的鍵盤顯示模塊為例，該模塊中HD7279A器件與單片機(jī)AT89C52只有3條線相連，如圖4所示，其中3引腳插座J1是單片機(jī)AT89C52與HD7279A的連接線．占用單片機(jī)的3條I／0端口線：P1．7／CLK是單片機(jī)產(chǎn)生的控制同步時(shí)鐘，P1．6／CS是HD7279A的片選線；P1．5/DATA是命令數(shù)據(jù)輸出／輸入線。鍵盤中斷線KEY懸空，CS端由單片機(jī)控制是基于省電考慮，也可接地。HD7279A器件控制4個(gè)LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，并監(jiān)測(cè)16鍵鍵盤。CLK時(shí)鐘頻率約100 kHz，由單片機(jī)編程延時(shí)決定。在CLK的同步時(shí)鐘作用下，控制命令、顯示數(shù)據(jù)以及采用查詢方式讀取鍵盤鍵值代碼數(shù)據(jù)等均由DATA端輸入／輸出。采用查詢方式讀取鍵值代碼可節(jié)省一條單片機(jī)的I／0端口線，但需占用較多軟件資源，由于該實(shí)例中單片機(jī)的任務(wù)并不復(fù)雜，因此每間隔30 ms讀取一次鍵值代碼。
    圖4中DIG4～DIG7既是4位共陰式數(shù)碼管位選控制線，又是鍵盤列掃描線。SSA~SSG,SDP共8條線是4位數(shù)碼管的段選控制線，分別通過(guò)200Ω的限流電阻與HD7279A器件的SA～SG，DP相連接，其中SSD~SSG同時(shí)為鍵盤的行掃描線。排電阻RX1是8×lO kΩ的下拉電阻，不可省去。連接到HD7279A器件RC端的振蕩電路中，電阻R13=1．5 kΩ，電容C2=15 pF都是必須的，且R13在1~2 kΩ的阻值范同內(nèi)變化，C2在10P～20 pF范圍內(nèi)變化時(shí)，該電路均能穩(wěn)定工作，而在此范圍之外有可能導(dǎo)致LED意外閃爍或響應(yīng)鍵盤不靈敏，需要注意的是R13與C2必須盡量靠近HD7279A器件的RC端放置，以防止相互干擾。Cl=100μF，為濾波電容，有利于降低LED大電流工作對(duì)電源的沖擊。LDl~LD4選用4位獨(dú)立共陰式高亮度數(shù)碼管LED，HD7279A采用動(dòng)態(tài)掃描方式控制LED的顯示，因此應(yīng)該將4位不顯示位全部消隱，進(jìn)一步提高亮度。為了使4位LED全亮并保證足夠的亮度，整個(gè)顯示模塊的工作電流降低到50 mA，可以將8個(gè)限流電阻增大到250~270Ω。需要注意的是HD7279A不具有雙鍵鎖定功能，因此在需要雙鍵鎖定功能的應(yīng)用場(chǎng)合，可利用另外的單片機(jī)的I／O線與HD7279A器件聯(lián)合判定。

    由于HD7279A與單片機(jī)采用串行接口(最少2線)，對(duì)鍵盤的行列監(jiān)控掃描線與顯示控制的位選段選線共用，外圍元件少，元件取值范圍較寬，工作電流較小，工作穩(wěn)定可靠，因此接口電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單簡(jiǎn)潔，操作方便，性價(jià)比極高。
4．2 軟件設(shè)計(jì)
    針對(duì)圖4中的鍵盤顯示模塊，給出了圖5所示的軟件編程流程圖。常規(guī)任務(wù)是指單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)需要執(zhí)行的其他任務(wù)，一次執(zhí)行時(shí)間不超過(guò)20 ms；顯示任務(wù)是指單片機(jī)發(fā)送給HD7279A器件的顯示或控制命令，執(zhí)行時(shí)間不超過(guò)5 ms；鍵盤一次按下保持時(shí)間一般在60 ms以上，而定時(shí)讀取鍵值代碼的時(shí)間間隔大約為30 ms，因此只要合理安排軟件執(zhí)行時(shí)序，則常規(guī)任務(wù)、顯示任務(wù)和鍵盤操作就不會(huì)產(chǎn)生任何沖突，而且不會(huì)漏掉任何一次按鍵動(dòng)作。

5 結(jié)語(yǔ)
    鍵盤顯示專用器件HD7279A與單片機(jī)的連接采用串口方式，占用資源很少，與鍵盤和顯示器件的連接簡(jiǎn)單，控制命令豐富，顯示方式多樣，易于線路板布局，價(jià)格低廉，軟件結(jié)構(gòu)清晰易學(xué)，是一款性價(jià)比極高的器件，因此廣泛應(yīng)用于儀器儀表開(kāi)發(fā)。