關(guān)于ARM7的鍵盤與VFD顯示器接口技術(shù)

引 言

儀表行業(yè)以及工業(yè)生產(chǎn)過程對實時性、處理速度、智能化等方面有了更高的要求，而ARM微處理器具有功耗低、指令吞吐量高、實時中斷響應(yīng)、處理器宏單元性價比高等特點，因此，將ARM微處理器引入產(chǎn)品和工業(yè)生產(chǎn)的開發(fā)設(shè)計中已經(jīng)成為一種必然趨勢。

在工業(yè)控制和產(chǎn)品設(shè)計中，一般都要求具有供操作的鍵盤和可視化界面。傳統(tǒng)顯示模塊的設(shè)計一般都是采用I／O口外擴驅(qū)動電路連接而成，顯示器一般都采用LED或LCD，要么成本低但實現(xiàn)起來比較復(fù)雜，要么實現(xiàn)起來簡單成本卻很高。筆者綜合考慮了成本、實現(xiàn)的難易程度、功能以及穩(wěn)定性等方面的要求，提出了一種實現(xiàn)起來較容易且具有較高對比度和精度的VFD顯示的方法。

1 硬件電路的實現(xiàn)

考慮到未來市場對功耗、處理速度、實時性、多功能、多任務(wù)處理等方面會有更高的要求，本設(shè)計采用基于周立功公司MiniARM的M2020—FNU20嵌入式核心板(微處理器為LPC2220)及其M22A開發(fā)板。M22A開發(fā)板的板上資源主要有：

◆μC／OS—II實時操作系統(tǒng)；

◆TCP／IP協(xié)議、FAT32文件管理系統(tǒng)；

◆UART、I2C、SPI通信接口；

◆JTAG接口支持在線調(diào)試；

◆工業(yè)級10M以太網(wǎng)控制接口CSB900A—IQ；

◆2 MB NOR Flash程序存儲器等。

另外，現(xiàn)代工業(yè)控制和產(chǎn)品生產(chǎn)大都需要可供操作的鍵盤以及可視化界面。本設(shè)計采用HTl6511芯片驅(qū)動鍵盤和顯示?？紤]到工業(yè)生產(chǎn)中各種不利環(huán)境的影響，本設(shè)計采用具有較高對比度，且具有很好的可靠性與環(huán)境適應(yīng)性的VFD(真空熒光顯示器)進行顯示。HTl6511是一個典型的VFD驅(qū)動芯片，由5個led輸出口、1個控制電路、1個顯示存儲器(內(nèi)部)和1個按鍵掃描電路組成。微處理器通過三線串行接口對HTl6511進行串行數(shù)據(jù)輸入、輸出。圖1是系統(tǒng)硬件電路框圖，主要包括LPC2220與驅(qū)動芯片HTl6511的連接。HTl6511與VFD顯示器的連接，使用HTl6511外擴的12×4的按鍵掃描電路以及指示燈和開關(guān)電路。

2 軟件設(shè)計

軟件采用模塊化設(shè)計方法，使用基于優(yōu)先級的系統(tǒng)調(diào)度法來實現(xiàn)各個模塊。每個模塊設(shè)置為一個任務(wù)，如taskO為讀鍵值模塊，taskl為顯示模塊等。給每個模塊設(shè)置一個固定的優(yōu)先級，當(dāng)任務(wù)執(zhí)行完后自動掛起，掛起的時間長短可以自己設(shè)定。任務(wù)掛起后進入等待狀態(tài)，掛起時間一到，任務(wù)自動進入就緒狀態(tài)。

開發(fā)板內(nèi)嵌了μC／0S—II實時操作系統(tǒng)。本設(shè)計采用可剝奪型內(nèi)核。若系統(tǒng)正在執(zhí)行一個優(yōu)先級較低的任務(wù)，且有一個或多個優(yōu)先級較高的任務(wù)就緒時，優(yōu)先級較低的任務(wù)將被打斷，去執(zhí)行優(yōu)先級最高的任務(wù)。執(zhí)行完成后，系統(tǒng)不會馬上返回中斷的地方，而是執(zhí)行當(dāng)前就緒任務(wù)中具有最高優(yōu)先級的任務(wù)；當(dāng)沒有更高優(yōu)先級任務(wù)就緒時，系統(tǒng)才返回原來中斷的地方。若程序中某些模塊(如讀鍵值、推顯等)不希望被打斷，就需要在進入該模塊的開始處關(guān)閉中斷，執(zhí)行完后再打開中斷。以下是各個功能模塊的實現(xiàn)。

2．1 HTl6511的讀／寫程序

圖2為HTl6511的數(shù)據(jù)讀／寫時序。其中，tcw為時鐘脈沖寬度，最小值為400 ns；tsu為數(shù)據(jù)上傳時間，最小值為100 ns；th是數(shù)據(jù)保持時間，最小值為lOO ns；tcs為時鐘調(diào)整時間，最小值為1μs；tph1和tplh都是數(shù)據(jù)傳遞延遲時間，tph1最大值為300 ns，tplh最大值為100 ns。

從圖2中可以看出，讀／寫數(shù)據(jù)時必須置CS為低；寫數(shù)據(jù)(D1)過程中，在時鐘(CLK)的下降沿往數(shù)據(jù)線上送數(shù)，送完數(shù)后需要將CLK置高，且要保持一個tcw的時間；在讀數(shù)據(jù)時，需要先將CLK置高一段時間，然后再拉低一段時間，才開始從數(shù)據(jù)線上讀取數(shù)據(jù)。

以下程序為向HTl6511寫一個字符：

2．2 主要驅(qū)動程序

驅(qū)動程序主要包括顯示驅(qū)動和按鍵驅(qū)動。

圖3為HTl65l1的顯示驅(qū)動一般命令時序。圖中，命令1設(shè)置顯示模式；命令2設(shè)置讀／寫數(shù)據(jù)模式；命令3設(shè)置讀／寫數(shù)據(jù)的起始地址；數(shù)據(jù)1到n為需要讀／寫的數(shù)據(jù)；命令4設(shè)置VFD的顯示亮度。

顯示驅(qū)動程序主要包括向HTl6511寫命令和寫控制顯示的數(shù)據(jù)；而按鍵驅(qū)動程序則主要是從HTl6511讀取鍵值，再拼接為有效鍵值。由圖3中時序可知，應(yīng)先設(shè)置顯示模式，然后設(shè)置讀／寫數(shù)據(jù)模式和讀／寫數(shù)據(jù)的起始地址，再發(fā)送數(shù)據(jù)，最后設(shè)置顯示亮度。每發(fā)送一個命令或數(shù)據(jù)之后都需要一段延時。

顯示驅(qū)動程序為：

結(jié) 語

在實際應(yīng)用中，只需要將HTCS、HTCLK、HTD0、HTDI定義為微處理器的一般雙向I／O口。根據(jù)使用的VFD真值表確定顯示數(shù)據(jù)或字母的字形碼。用一個數(shù)組disp口來存儲這些字形碼，并使用上述的update_disp()函數(shù)將數(shù)組發(fā)送到HTl6511驅(qū)動芯片，即可完成顯示。對于按鍵掃描，使用read_key()函數(shù)已經(jīng)讀到按鍵值，并放在data寄存器中。

本設(shè)計采用ARM微處理器實現(xiàn)了多功能鍵盤顯示，具有實現(xiàn)容易、性價比高、顯示精度高、顯示對比度高、反應(yīng)速度快等優(yōu)點。因此，該設(shè)計適用于很多要求較高的工業(yè)應(yīng)用場合。HTl6511的驅(qū)動模塊適用于各種類型的微處理器。本設(shè)計采用ARM7微處理器來實現(xiàn)，主要是考慮到現(xiàn)代產(chǎn)品和工業(yè)過程設(shè)計中對功耗、處理速度以及功能的高要求。本設(shè)計具有一定的通用性，適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的總趨勢。