串行接口鍵盤控制器在單片機系統(tǒng)中的應(yīng)用
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對于以單片機為核心構(gòu)成的智能儀器、儀表、工控設(shè)備及家用電器而言，構(gòu)成人機交互的鍵盤接口電路是必不可少的，而相應(yīng)的鍵盤管理軟硬件設(shè)計卻比較麻煩。簡單的矩陣鍵盤存在著占用CPU軟硬件資源多、響應(yīng)速度慢、監(jiān)控軟件編制復(fù)雜等問題，專用的鍵盤接口器件如INTE8279、HD7219又往往具有LED數(shù)碼管顯示電路，如果僅使用其鍵盤管理功能，則存在硬件資源浪費，接口電路復(fù)雜，造價較高等問題，SK5278即是為解決上述鍵盤管理問題而推出的一款鍵盤控制芯片。
1 特點及引腳功能
SK5278是福州貝能科技有限公司推出的采用PIC內(nèi)核的鍵盤控制器。該芯片采用4線串行接口，可與任何種類的單片機接口；它具有按鍵有效指示輸出，可用中斷方式管理鍵盤；其行線X0～X3與列線Y0～Y3可構(gòu)成4×4鍵盤矩陣；SK5278的16鍵鍵盤控制器內(nèi)含去抖動處理電路，因而可直接輸出鍵值；此外，該器件的工作電源電壓范圍寬達(dá)4～6V；SK5278采用18腳雙列直插DIP封裝形式。其管腳排列如圖1所示，管腳說明如表1所列。
表1 SK5278管腳說明
| 管腳號 | 管腳名稱 | 管腳類型 | 功 能 |
| 1 | DIO | O | 數(shù)據(jù)輸出端，讀取鍵盤數(shù)據(jù)時，此腳在CLK上升沿輸出數(shù)據(jù) |
| 2 | KEY | O | 按鍵有效輸出端，平時為低電平，當(dāng)檢測到有效按鍵時，此引腳變?yōu)楦唠娖?。讀取鍵盤后，此引腳重新變?yōu)榈碗娖?/TD> |
| 3，14 | VDD | 正電源 | |
| 4 | RST | 復(fù)位端 | |
| 5 | VSS | 電源地 | |
| 6～9 | X0～X3 | I | 矩陣鍵盤行線輸入端 |
| 10～13 | Y0～Y3 | O | 矩陣鍵盤列線輸出端 |
| 15 | OSCO | O | 振蕩輸出腳，輸出頻率為RC振蕩頻率四分之一 |
| 16 | RC | 外接振蕩器連接端，R=3.3kΩ,C=20pF時，振蕩頻率為4MHz | |
| 17 | CS | I | 片選端，該腳為低時，可芯片讀取鍵盤數(shù)據(jù) |
| 18 | CLK | I | 時鐘輸入端，讀取鍵盤數(shù)據(jù)時，此腳電平的上升沿表示數(shù)據(jù)有效 |
2 工作原理
SK5278可用行線X0～X3和列線Y0～Y3構(gòu)成4×4矩陣鍵盤。同時在芯片內(nèi)部可自動完成掃描、譯碼、去抖動處理等任務(wù)。當(dāng)SK5278檢測到有效的按鍵時，按鍵有效指示“KEY”引腳將從低電平變?yōu)楦唠娖?，并一直保持到按鍵代碼被讀取為止。在“KEY”為高電平期間，如果SK5278接收到“讀鍵盤數(shù)據(jù)”命令，（即“CS”管腳變低），則輸出當(dāng)前按鍵的鍵盤代碼，SK5278鍵盤代碼的范圍為00H-0FH。如果在接收到“讀鍵盤數(shù)據(jù)”時沒有按鍵按下，SK5278將輸出FFH。在一次讀鍵盤過程完成后，按鍵有效指示“KEY”將變?yōu)榈碗娖健＠冒存I有效指示“KEY”與單片機的外部中斷端相連，可完成具有中斷的鍵盤監(jiān)控功能，從而提高CPU的工作效率，減少按鍵響應(yīng)時間。
SK5278工作時需要外接RC振蕩電路以供系統(tǒng)工作，RC元件的典型值為R=3.3kΩ,C=20pF，此時的振蕩頻率約為4MHz，由于此振蕩頻率較高，故在印制電路板布線時，所有元件尤其是振蕩電路的元件應(yīng)盡量靠近芯片，并盡量使電路連線最短。
SK5278的RESET復(fù)位端在一般應(yīng)用情況下，可以直接與正電源連接，在需要較高可靠性的情況下，可以連接外部RC復(fù)位電路，在上電或接收到RESET端的復(fù)位信號后，SK5278大約需要經(jīng)過25ms的復(fù)位時間才會進(jìn)入到正常工作狀態(tài)。程序中應(yīng)盡可能地減少CPU對SK5278的訪問次數(shù)，以提高程序的效率。
值得注意的是，如果有2個鍵同時被按下，則SK5278只能給出其中一個按鍵的代碼，因此SK5278不適合應(yīng)用于需要2個或2個以上按鍵同時被按下的應(yīng)用場合。如確實需要雙鍵組合使用或組合增加鍵盤數(shù)量，可在單片機的某I/O腳接入一鍵與SK5278共同組雙鍵鍵盤監(jiān)控電路。
3 串行接口及時序
SK5278采用串行方式與單片機或微處理器接口，串行數(shù)據(jù)從“DIO”引腳輸出，并由“CLK”端發(fā)出同步時鐘脈沖。當(dāng)SK5278檢測到有鍵按下時，按鍵有效指示“KEY”變高，單片機檢測到“KEY”信號變高后，便將片選端“CS”拉低，從而使得SK5278將取得的鍵盤數(shù)據(jù)在“CLK”引腳的上升沿從“DIO”腳依次送出。在單片機發(fā)出8個時鐘脈沖后，即可從“DIO”端讀取8位鍵值編碼，該編碼值的D7為最高位，D0為最低位，然后單片機再使片選“CS”變高，并使“KEY”端重新輸出低電平，至此，讀鍵值過程結(jié)束。SK5278的串行接口時序如圖2所示。圖中，T1表示從“CS”下降沿至第一個CLK上升沿的延時，典型值為15μs;T2為CLK脈沖寬度，典型值為10μs；T3為CLK脈沖時間間隔，典型值為10μs。
4 應(yīng)用電路
利用SK5278串行接口占用單片機口線少及無鍵按下時無須CPU干預(yù)的特點，可以很容易地構(gòu)成單片機的鍵盤接口電路，圖3所示是AT89C2051單片機與SK5278構(gòu)成的鍵盤及接口電路。圖中，AT89C2051的P1.2、P1.3、P1.4口線分別與SK5278的“CS”、“CLK”、“DIO”端相連。為了提高按鍵的響應(yīng)速度并減少單片機的干預(yù)。本方案將SK5278的按鍵有效指示端“KEY”與AT89C2051的外中斷端INT0相連，由于INT0為低電平中斷，故而加入了一級非門以使“KEY”反相后與其相連。與圖3電路對應(yīng)的鍵盤處理程序如下：
；位定義
COUNT DATA 70H
RXBUF DATA 20H
；I/O定義
DIO BIT P1.4
CS BIT P1.2
CLK BIT P1.3
；主程序
MAIN：MOV SP，#50H
MOV P1，#0FFH ；將P1口置為輸入
SETB IT0 ；INT0為邊沿觸發(fā)
SETB PX0 ；INT0為高優(yōu)先級中斷
SETB EX0 ；開INT0中斷
SETB EA ；CPU開中斷
LCALL DL25ms ；延時25ms等待SK5278復(fù)位
；INT0鍵盤中斷程序
INT0：LCALL RECEIVE ；讀鍵值
MOV A，RXBUF ；鍵值送A
CJNE A，#00H，KEY-1 ；K0鍵未按下轉(zhuǎn)下鍵
LJMP KEY0 ；K0鍵按下，轉(zhuǎn)入相應(yīng)鍵值處理子程序
KEY1：CJNE A，#01H，KEY-2；
LJMP KEY1 ；K1鍵按下，轉(zhuǎn)入相應(yīng)鍵值處理子程序
KEY2：…
……
KEY15：CJNE A，#0FH，KEYFH ；K15鍵未按下，中斷返回
LJMP KEY15 ；KEY15鍵按下，轉(zhuǎn)入相應(yīng)鍵值處理程序
KEYFH：RET； 無鍵按下時中斷返回讀鍵盤值程序
RECEIVE：CLR CS ；讀鍵盤數(shù)據(jù)有效
SETB DIO ；將DIO置為高電平輸入狀態(tài)
ACALL DL 15μs ；T1延時
MOV COUNT，#08H ；共八位數(shù)據(jù)
LOOP：SETB CLK
ACALL DL 15μs ；T2延時
MOV A，RXBUF
RL A ；數(shù)據(jù)左移一位
MOV RXBUF，A
MOV C，DIO ；讀取一位數(shù)據(jù)
MOV RXBUF.0，C
CLR CLK
ACALL DL 15μs ；T3延時
DJNZ COUNT，LOOP
SETB DIO ；將DIO重置為高電平輸入
ACALL DL 15μs
SETB CS ；讀鍵盤數(shù)據(jù)無效
RET
5 結(jié)束語
應(yīng)用SK5278鍵盤控制器可使單片機系統(tǒng)的人機交互鍵盤接口電路及監(jiān)控程序變得簡單容易，同時減少了對單片機軟硬件資源的占用，因而該器件是構(gòu)成少數(shù)單片機鍵盤接口電路的一種較好的選擇方案。
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