基于PIC單片機(jī)的低功耗鍵盤接口設(shè)計

目前，針對單片機(jī)應(yīng)用的專用鍵盤接口芯片可謂種類繁多，但大多數(shù)都應(yīng)用于對功耗沒有嚴(yán)格要求的場合，滿足不了一些小巧的便攜式設(shè)備(例如遙控器的低功耗、低成本要求)。

TC9148是一款應(yīng)用廣泛的紅外發(fā)碼專用芯片，一般與紅外接收芯片TC9149配合使用來構(gòu)成一套完整的遙控發(fā)射、接收系統(tǒng)。而由于TC9148具有功耗極低且價格低廉的特點，兇而在許多要求有鍵盤控制的低功耗、低成本應(yīng)用中可將其作為鍵盤接口芯片使用，并直接與微處理器連接實現(xiàn)復(fù)雜的鍵盤處理。本文采用TC9148作為鍵盤接口芯片，給出了基于Microchip公司的低功耗單片機(jī)PIC16F73實現(xiàn)的低功耗鍵盤接口設(shè)計方法。

1 TC9148傳送波形分析

TC9148是一款功耗極低且價格低廉的紅外發(fā)碼專用芯片。用TC9148設(shè)計鍵盤接口電路的關(guān)鍵是對TC9148的輸出信號進(jìn)行解碼。下面就詳細(xì)地討論一下TC9148的傳送波形。

1.1 基本傳送波形

TC9148的振蕩頻率fosc為455 kHz，傳送的基本波彤是圖1所示的12位串行碼。其中C1～C3為用戶碼標(biāo)識，H、S1和S2為連續(xù)／單發(fā)碼標(biāo)識，K1～K6為鍵輸人標(biāo)識。根據(jù)TC9148數(shù)據(jù)手冊介紹，這里：a=(1／fosc)×192≈420μs。然而，通過示波器觀察及后續(xù)的程序調(diào)試發(fā)現(xiàn)，每位碼的實際位寬約為420μs，即圖1中的4a才等于420μs。

1.2 載波

為了增加紅外信號的發(fā)送和接收距離，一般需要50～100 mA的電流通過紅外發(fā)射二極管，所以，從減少電池消耗考慮，需盡可能的減少紅外發(fā)光管的導(dǎo)通時間。TC9148的發(fā)碼信號采川占空比為1：3的載波調(diào)制波形，其載波頻率為38 Hz。

圖2和圖3所示為用示波器觀察所得的脈沖凋制后的傳送波形。圖2是位碼“0”和“1”的波形表示。圖3則是發(fā)射一個完整碼的實際波形。

由于應(yīng)用了載波調(diào)制，TC9148的發(fā)射碼波形相對比較復(fù)雜，采用常用的定時讀取高低電平的方式解碼有一定的難度，且誤碼率也比較高。本設(shè)計考慮到載波調(diào)制部分具有電平變化的特點，因而采用PIC16F73單片機(jī)的RB端口電平變化中斷來作為輔助判斷。

2 鍵盤接口電路

本設(shè)計將TC9148作為鍵盤接口芯片使用，其硬件電路的設(shè)計相對比較簡單，其電路如圖4所示。圖4中，TC9148的串行輸出端TxOUT接PIC16F73的RB4腳，其它外圍電路采用其典型連接方法，鍵盤則應(yīng)根據(jù)需要做一定裁減。另外，電路調(diào)試中，有時TC9148會起振困難，因此應(yīng)注意合理設(shè)置晶振電路中的電容C9和C8的值，一般的經(jīng)驗是：C8略小于C9。

可見，鍵盤接口設(shè)計的關(guān)鍵就是實現(xiàn)PIC16F73對TC9148傳送碼的正確解碼。考慮到TC9148傳送波形的復(fù)雜性，PIC16F73的接入引腳采用的是RB口的RB4，即加入了RB端口電平變化中斷作為輔助判斷。

3 解碼算法的設(shè)計

3.1 TC9148發(fā)碼起始的判斷

根據(jù)TC9148的傳送波形，無論“0”或“1”，起始處均為載波調(diào)制波形，這一點具有電平變化的特點，因此，開RB電平變化中斷后，一旦進(jìn)入該中斷程序即認(rèn)為開始發(fā)碼。

3.2 傳送波形中“0”和“1”的判斷

事實上，本設(shè)計中解碼的難點是對傳送波形中“0”和“1”的判斷。最初在考慮解碼時，也曾嘗試過通過精確的延時、定時程序并按照時序來讀取波形，但通過大量的測試發(fā)現(xiàn)：TC9148數(shù)據(jù)手冊上提供的波形與實際示波器上觀察的波形略有出入，致使設(shè)計時無法得到精確的延時數(shù)值；另外，由于加入了載波，但載波調(diào)制部分的低電平保持時間較短，硬件無法靈敏反應(yīng)，致使誤碼率很高。故而只能再做其它的打算。

仔細(xì)對位“0”和位“1”的波形進(jìn)行分析和比較后發(fā)現(xiàn)：由于加入載波，在前半周期內(nèi)，位“0”和位“1”的波形均會發(fā)生電平變化；而在后半周期內(nèi)，只有位“1”的波形會產(chǎn)生電平變化，而位“0”的波形則保持高電平不變，具體波形變化如圖5所示。

因此，通過適當(dāng)?shù)难訒r和電平變化的判斷，就可以很準(zhǔn)確的判斷出位“0”和位“1”，問題也就迎刃而解了。

3.3 基本傳送波形的解碼

TC9148的鍵盤輸入可以實現(xiàn)單鍵和多重按鍵，與之對應(yīng)的有兩種發(fā)射碼的波形：一種是單發(fā)碼波形，另一種是連續(xù)碼波形。這兩種波形都是基于傳送的基本波形，只是加入了一定的延時和校驗部分，并且單發(fā)碼波形只傳送一次，而連續(xù)碼波形是要重復(fù)傳送的，具體波形圖可參考TC9148的數(shù)據(jù)手冊。

這里，由于設(shè)計中的算法并不是基于波形的讀取，而是直接對位“0”和位“1”波形進(jìn)行判斷，因此，不論是單發(fā)碼波形或連續(xù)碼波形，都可只讀其中的基本傳送波形部分即以得到正確的解碼，這在很大程度上避免了干擾的影響。

圖6所示是一個基本傳送波形的解碼判斷過程圖，其重復(fù)部分可以采用循環(huán)來實現(xiàn)。

4 程序代碼

下面給出基于PIC16F73單片機(jī)的解碼部分的程序代碼和詳細(xì)注釋：

5 結(jié)束語

本文針對低功耗應(yīng)用場合，采用Microchip公司的低功耗單片機(jī)PIC16F73和紅外發(fā)碼芯片TC9148完成了鍵盤接口設(shè)計，并在設(shè)計過程中實現(xiàn)了PIC單片機(jī)對紅外發(fā)碼芯片TC9148的直接解碼，從而拓展TC9148芯片的應(yīng)用領(lǐng)域，提升了產(chǎn)品的性價比，具有一定的創(chuàng)新意義。

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