基于CY8C21534的通用操作面板解析方案

引言

Cypress公司的CY8C21534是一個(gè)帶有非常豐富感應(yīng)按鍵功能的單片機(jī)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(jì)中，操作面板是面向用戶(hù)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(hù)提高對(duì)產(chǎn)品的信心，并大大提高購(gòu)買(mǎi)率。

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

為了滿(mǎn)足上述要求，我們?cè)O(shè)計(jì)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(gè)感應(yīng)按鍵，能驅(qū)動(dòng)64段LED顯示，有蜂鳴器驅(qū)動(dòng)，并有與控制板進(jìn)行信息交換的接口。

通用操作面板設(shè)計(jì)的基本思路主要集中在通用上，通用包括兩個(gè)方面：一是硬件通用，設(shè)計(jì)一個(gè)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(jì)成通用的。

因?yàn)槊姘遄钪匾墓δ芫褪歉袘?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(gè)，所以擴(kuò)展了一片 74HC595來(lái)驅(qū)動(dòng)顯示段，這樣需要至少2個(gè)IO口;還需要8個(gè)IO口來(lái)驅(qū)動(dòng)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(gè)IO;9個(gè)按鍵使用9個(gè)IO，這樣方便以后其他的擴(kuò)展;一個(gè)IO口驅(qū)動(dòng)蜂鳴器;另外一個(gè)IO口做按鍵處理用，保證按鍵的抗干擾能力;這樣24個(gè)IO剛好可以滿(mǎn)足要求。

硬件設(shè)計(jì)

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(jì)中采用的是一體化的顯示組件)，CN101為與控制板的接口，同時(shí)也是在線燒寫(xiě)程序的接口。

圖1 通用操作面板原理圖

只要按鍵對(duì)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(mǎn)足圖中COM1~8和SEG1～8對(duì)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(dòng)端。64段可以組合成8段數(shù)碼管，也可以是獨(dú)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(yáng)結(jié)構(gòu)的。

軟件設(shè)計(jì)

軟件分成如下幾個(gè)主要部分：

顯示掃描部分—負(fù)責(zé)把顯示數(shù)據(jù)按照對(duì)應(yīng)關(guān)系送出。

需要開(kāi)辟一個(gè)顯示緩沖區(qū)，用來(lái)保存接收到的顯示內(nèi)容，定義為Dis_buf[8]，共8個(gè)字節(jié)，64段需要8個(gè)字節(jié)，按照每行一個(gè)字節(jié)保存，規(guī)定Dis_buf[0] 對(duì)應(yīng)COM1行，Dis_buf[1]對(duì)應(yīng)COM2行，依此類(lèi)推，Dis_buf[7]對(duì)應(yīng)COM8行。

在定時(shí)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(guò)通訊接口發(fā)來(lái)。

這部分程序流程比較簡(jiǎn)單，但操作要點(diǎn)需要特別注意：先關(guān)閉所有顯示行，根據(jù)掃描行標(biāo)志送出掃描段碼，再打開(kāi)對(duì)應(yīng)的掃描行，點(diǎn)亮顯示，最后掃描行標(biāo)志加1。

按鍵掃描部分—負(fù)責(zé)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(xún)。

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

CY8C21534定時(shí)對(duì)按鍵進(jìn)行掃描，并把去抖動(dòng)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(shuō)明的是，按鍵是否按下，是通過(guò)讀CY8C21534內(nèi)部寄存器的值來(lái)確定的，這與普通機(jī)械按鍵按下判斷電平高低是不同的。

與控制板通訊部分—負(fù)責(zé)接收控制板的顯示數(shù)據(jù)，同時(shí)接受控制板查詢(xún)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(jī)I2C接口工作在主模式。

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我們規(guī)定通訊協(xié)議如下：

寫(xiě)顯示數(shù)據(jù)

先寫(xiě)入地址(0xA2)。再依次寫(xiě)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(xiě)入上述10個(gè)字節(jié)即可。

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

讀按鍵狀態(tài)

先寫(xiě)入地址(0xA3)，再依次讀出2個(gè)字節(jié)即可。

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

I2C 收到數(shù)據(jù)后會(huì)產(chǎn)生中斷，CY8C21534響應(yīng)中斷后，判斷是寫(xiě)入顯示數(shù)據(jù)還是讀按鍵狀態(tài)，如果是寫(xiě)數(shù)據(jù)，則讀出I2C數(shù)據(jù)接收寄存器值，寫(xiě)入對(duì)應(yīng)顯示緩沖區(qū)Dis_buf[i]即可。全部接收完8個(gè)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(xiě)入發(fā)送寄存器，I2C模塊自動(dòng)發(fā)出數(shù)據(jù)發(fā)送完一個(gè)，再寫(xiě)入Key_buf[1]繼續(xù)發(fā)送。

應(yīng)注意的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題

·按鍵掃描中要有去抖動(dòng)的過(guò)程，這個(gè)去抖動(dòng)一般以20~50毫秒為宜，另外去抖動(dòng)過(guò)程不僅在按鍵按下時(shí)要處理，按鍵抬起時(shí)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(shí)，CY8C21534提供了一個(gè)軟件模塊包，用來(lái)處理感應(yīng)按鍵的功能，同時(shí)有利用P0(7)實(shí)現(xiàn)抗干擾的處理的功能，這樣可以屏蔽水流沖擊和手機(jī)的干擾。所以設(shè)計(jì)PCB時(shí)，P0(7)要與通用操作面板的覆銅地通過(guò)電阻R143連接在一起。

·顯示掃描幀頻率要超過(guò)60HZ，這樣可以保證顯示無(wú)抖動(dòng)，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(shí)，幀頻率越高，亮度會(huì)越低，所以建議使用60HZ的幀頻率，沒(méi)有必要提高幀頻率。

結(jié)語(yǔ)

采用CY8C21534設(shè)計(jì)通用操作面板是非常方便也是非常簡(jiǎn)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(duì)提升產(chǎn)品性能和價(jià)值是非常有效的。

CY8C21534外圍電路非常簡(jiǎn)單，內(nèi)部的許多功能都有標(biāo)準(zhǔn)的軟件模塊可以調(diào)用，所以軟件設(shè)計(jì)也非常簡(jiǎn)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(jì)的基本思路應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐中已經(jīng)帶來(lái)了非常好的效益。