用87LPC76x單片機構成的鍵盤顯示電路
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在一些智能化儀表中，人機接口通常是LED數碼管顯示器和小型鍵盤。常見的工作方式有兩種：一是直接使用系統(tǒng)中的CPU對顯示器進行動態(tài)掃描和鍵盤檢測，為保證顯示的穩(wěn)定和鍵盤的及時響應，CPU需要頻繁的執(zhí)行動態(tài)掃描程序，顯然在CPU工作比較繁忙的情況下不太適用；二是用專用的顯示、鍵盤芯片如8279、SAA1064等，這些芯片由于種種原因在實際應用中總有不便之處，如可顯示的位數均較少，價格較高等。Phlips公司的P87LPC76X系列單片機屬51系列，其體積小、功能強、價格低廉，有很高的性價比，本文介紹一種利用該系列單片機構成的具有一定通用性的顯示、鍵盤電路。
圖1 硬件電路圖
P87LPC76X單片機簡介
P87LPC76X單片機共有P87LPC760、P87LPC761、P87LPC762、P87LPC764、P87LPC767、P87LPC768等型號，該芯片采用加速的51內核，在相同的時鐘頻率下，其速度是標準51的2倍，它們除引腳數目、存儲器容量和一些特殊的I/O功能外，其大部分功能均相同。下面以87LPC762為例進行說明。87LPC762為20腳封裝，內有2KB的程序存儲器，128B的數據存儲器，兩個16位定時/計數器，有一個標準串行通訊口，一個I2C接口，內部帶有振蕩器、上電復位和看門狗電路。在使用其內部振蕩器和上電復位電路的情況下，可以有多達18根I/O線；特別值得一提的是，它的I/O口都可有上拉，其中P0口還專門設有鍵盤中斷功能，若利用這些口線作為按鍵，則當有任一鍵按下時會產生相應的中斷。
硬件設計
圖2 寄存器的地址安排
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
D3-D0,顯示的LED位數
D4 數據格式,0-ASCII碼,1-BCD碼
D6 鍵盤工作方式,0-簡易按鍵,1-掃描鍵盤
D5,D7 保留
圖3 控制寄存器格式
本設計用87LPC762組成一個最小的單片機系統(tǒng)。為使成本最低，結構最簡單，再考慮到其可靠性要求不是太高，故使用單片機內部的振蕩器、上電復位和看門狗電路，這樣可以有18根I/O線可供使用?？紤]到驅動的LED數碼管的位數和單片機口線的驅動能力，通過87LPC762的串行接口，使用移位寄存器進行擴展。本應用中，由于顯示的總位數為8位LED，故使用了2片移位寄存器74HC595，其中一片用作顯示的位控，一片用作段控。根據74HC系列芯片的輸出驅動特性，可以不使用限流電阻，直接用74HC595的輸出驅動數碼管的段和各位。使用結果表明在電源電壓為5V，顯示的數碼管數目不是太多的條件下，有較好的亮度，并可長期穩(wěn)定工作。按鍵可直接連接在87LPC762的P0口，這樣其電路結構最為簡單，工作時可使用87LPC762的按鍵中斷方式，不用附加任何外部元件。但使用87LPC762在不用掃描方式時最多只可以有8個按鍵，這里利用P0.0~P0.7作為輸入，可以有8個按鍵，這在一般情況下已經夠用；如需要的按鍵數目較多，可以使用掃描式鍵盤。顯示/鍵盤部分和系統(tǒng)中主CPU之間的數據交換使用I2C接口，87LPC762作為從器件；工作時，系統(tǒng)的主CPU只需將要顯示的數據通過I2C接口，以標準的格式發(fā)送到87LPC762即可。另外87LPC762使用一根I/O線作為向系統(tǒng)主CPU發(fā)送中斷申請的信號線，當有按鍵按下時，87LPC762分析識別后向系統(tǒng)主CPU發(fā)出中斷申請，系統(tǒng)主CPU響應中斷后，通過I2C接口，從87LPC762中讀出鍵值即可。本設計的硬件電路如圖1所示。
軟件設計
軟件設計主要包括顯示驅動程序的設計、鍵盤識別分析程序及I2C接口程序的設計。顯示程序設計比較簡單，讓87LPC762的串行接口工作在方式0，用一個定時/計數器工作在定時方式，按顯示的位數和掃描頻率確定定時常數，打開定時中斷，P87LPC762進入中斷后通過串行口送出顯示的段控和位控碼。鍵盤可利用P87LPC762的按鍵中斷功能，在有按鍵按下時，進入中斷服務程序進行按鍵的抗抖、識別等，此處不再贅述。
下面主要介紹I2C接口和驅動軟件的接口設計及其考慮。87LPC762內部有完善的I2C接口部件，它可以工作在主方式，也可以工作在從方式，這里工作在從方式即可，其編程也較為簡單。在從方式下87LPC762需要有一個從地址，這個地址可以根據我們的需要選擇，但要注意不要和系統(tǒng)中其他的I2C器件地址相沖突。軟件的接口設計的和標準的I2C器件完全一樣，訪問時先寫入器件地址，然后是片內地址；訪問時既可以對某一特定的單元，也可以連續(xù)訪問若干單元。為方便系統(tǒng)中主CPU對鍵盤、顯示電路的訪問，該電路對外提供了一個標準的接口，即可以由主CPU通過I2C訪問的10個寄存器，這些寄存器的地址安排如圖2所示。注意，這只是通過I2C接口訪問時使用的地址，并不是在87LPC762內部RAM中的真正地址。工作時，主CPU只須將要顯示的數據按地址通過I2C接口寫入，87LPC762即將其顯示出來。同樣當87LPC762識別到有按鍵按下，把該鍵的鍵碼放入寄存器中，然后向主CPU發(fā)出中斷申請，主CPU響應中斷通過I2C接口從87LPC762中指定的地址讀出鍵碼即可。由此可見，我們完全可以把87LPC762作為一片專用的鍵盤、顯示芯片來使用。為使該電路使用起來更為方便、靈活，還設置了一個控制寄存器，用來控制顯示的位數和方式、鍵盤工作方式等如圖3所示。在此基礎上還可以增加一些其他功能，如讓指定的位閃爍，長時間無鍵按下時關閉顯示，進入保護模式等。控制寄存器用來控制顯示/鍵盤電路的工作方式，其格式見圖3。
系統(tǒng)中的主CPU既可以采用有I2C接口的單片機；也可以使用沒有專用I2C接口的單片機，這種情況下可用軟件模擬I2C接口。
結語
利用P87LPC762構成的顯示、鍵盤電路具有結構簡單、功能強、與系統(tǒng)主CPU的接口簡單、使用方便、成本低等特點，在我們所研制的智能化儀表中已成功使用。實際上我們可以將P87LPC762、74HC595等芯片集成在一起做成一個專用的顯示和鍵盤模塊。
參考文獻
1 何立民. I2C應用系統(tǒng)設計.北京：航空航天大學出版社
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