智能手機全鍵盤控制器及其編程與設計

　　1 引言

　　隨著智能手機逐步普及，3G服務不斷完善，利用手機上網(wǎng)、收發(fā)電子郵件已逐步成為一種時尚，而常見的手機鍵盤僅有簡單的功能和數(shù)字按鍵，而輸入復雜的漢字、符號時需繁瑣切換，輸入速度減緩，因此，高端手機迫切需要一種便捷的輸入界面。QWERTY鍵盤的推出解決了這個問題，它以其齊全的按鍵分布能夠讓使用者輕易直接輸入想要的內(nèi)容，為此這種手機鍵盤大受歡迎。QWERTY鍵盤又稱為全功能鍵盤，其按鍵分布與PC鍵盤基本相同，主要包括26個英文字母、數(shù)字O～9、方向控制、回車、Ctrl、Alt和符號鍵等，完全可實現(xiàn)PC鍵盤的輸人和操作。QWERTY憑借其獨特的外觀、出色的商務功能、另類的 QWERTY鍵盤，以及本身的智能性、娛樂性、前衛(wèi)性，目前已在手機世界占有重要地位。新一代以Gphone為代表的智能手機均配備了QWERTY鍵盤。隨著手機市場的不斷深化，已有很多品牌涉足其中，其中不乏諾基亞、三星、摩托羅拉等國際知名大品牌。

　　由于鍵盤掃描需占用大量GPIO，而手機中無論是基帶控制器還是應用處理器受到器件引腳數(shù)的限制，因此能夠提供的GPIO數(shù)目十分有限，通常需要外擴 GPIO來實現(xiàn)鍵盤掃描，這會占用大量軟件資源并增加許多功耗。因此，Maxim公司針對這一問題先后推出兩代全鍵盤控制器MAX7349和 MAX7359。

　　2 MAX7349和MAX7359編程

　　MAX7349和MAX7359均可管理多達64個按鍵，采用Maxim專有的低電壓、低EMI靜態(tài)按鍵掃描技術，并將去抖后的掃描結(jié)果編成鍵值，依據(jù)按鍵的鍵序?qū)㈡I值消息存放在FIFO中，手機處理器在適當?shù)臅r候讀取FIFO中的鍵值消息，即使處理器沒有及時處理按鍵事件，按鍵消息也不會丟失，這對通常采用非實時操作系統(tǒng)的智能手機來說非常重要。與MAX7349相比，MAX7359增加了按鍵釋放檢測功能，即每次按下和釋放按鍵都會生成一個鍵值消息，可更簡便實現(xiàn)多鍵同時輸入及組合鍵功能。另外，該系列器件優(yōu)化了控制寄存器并增加存儲鍵值消息的FIFO空間，即由MAX7349的存儲8次按鍵增加到存儲16次按鍵。

　　MAX7359還具有自動休眠和自動喚醒功能，以使器件的功耗最低。一個休眠周期后，自動休眠功能將器件置于低功耗狀態(tài)(典型值1μA)。發(fā)生按鍵事件時，自動喚醒功能設置MAX7359返回至正常工作模式。

　　這兩款器件對于硬件設計而言較簡單，但在編寫驅(qū)動軟件時需稍加注意。以下是MAX7349的編程建議：

　　(1)建議避免使用0行0列的0號按鍵。

　　(2)MAX7349初始化，假設MAX7349設置I2C地址的AD0引腳接地，將MAX7349的I2C讀／寫地址設為0x71／0x70，其過程如下：

／*MAX7349初始化開始*／
I2C_Write(0x70，0x04，0x01，)； ／／關斷
I2C_Write (0x70，0x01，0)； ／／9 ms去抖
I2C_Write(0x70，0x02，0)； ／／禁止Autorepeat功能
I2C_Wirte(0x70，0x03，0x01)； ／／使能硬件中斷
I2C_Write(0x70，0x05，0)； ／／防止意外輸出，可省略
I2C_Write(0x70，0x04，0x81)； ／／啟動器件正常功能
／*MAX7349初始化結(jié)束*／

　　(3)每次收到硬件中斷后，連續(xù)讀FIFO寄存器(I2C_Write(0x70，0x00)；I2C_Read(0x71，變量)。注意此讀操作是一次用于寫FIFO寄存器地址0x00的寫操作和一次讀操作構成；如果連續(xù)讀FIFO，則只需開始時進行一次寫操作I2C_Write(0x70，0x00) 即可，F(xiàn)IFO寄存器地址不會自動遞增)，一直讀到0x00的值全為0為止(建議避免使用0號按鍵)，設一個最大讀取次數(shù)(256次)，如果來一次中斷讀取256次FIFO中還有非0值，就直接重啟一次器件，執(zhí)行如下操作：
I2C_Write(0x70，0x04，0x01)； ／／關斷
12C_Write(0x70，0x04，0x81)； ／／啟動器件正常功能

　　(4)關于按鍵釋放檢測，由于MAX7349無按鍵釋放檢測，對于組合鍵，長短鍵等特殊按鍵需求，需要軟件配合來實現(xiàn)。實現(xiàn)方法如下：

　　每次收到硬件中斷后通過I2C將FIFO讀空，50 ms后將MAX7349重啟，執(zhí)行以下操作：

I2C_Write(0x70，0x04，0x01，)； ／／關斷
I2C_Write(0x70,0x04，0x81)；／／啟動器件正常功能

　　若隨后未收到中斷，或收到中斷后一直讀空FIFO，也未有與上一次相同的按鍵信息，則認為上次按鍵釋放，向上層軟件發(fā)一個按鍵釋放信息。如果收到中斷后讀FIFO中有與上次相同的按鍵信息，則繼續(xù)重復“讀空FIFO，等50 ms重啟器件”的步驟。

　　實際上，只要檢測到硬件中斷就要連續(xù)重復“讀空FIF0，等50 ms后重啟器件”的步驟，直到器件重啟后沒有新的硬件中斷為止。

　　(5)根據(jù)經(jīng)驗，在I2C總線工作不正常時嘗試通過設置0x04寄存器的D0位使能或禁止總線超時功能。MAX7359南于增加了按鍵釋放檢測功能，即按下和釋放按鍵都產(chǎn)成一個鍵值信息，所以要比MAX7349的軟件處理更簡單，關于MAX7359的編程建議如下：

　?、俦苊馐褂玫陌存I MAX7359修改按鍵信息FIFO(寄存器地址為：0x00)為空時的缺省值，由MAX7349的0x00改成MAX7359的0x3f。所以如果設計使用新的MAX7359，應盡量避免使用第63號鍵(Co17和Row7交叉處的鍵)和62號鍵(Co17和Row6交叉處的鍵)，這是因為軟件在處理這兩個按鍵的鍵值時會復雜一些。

　　②MAX7359初始化MAX7359初始化過程如下(假設MAX7359設置I2C地址的AD0引腳接地，將MAX7359的I2C讀／寫地址設為Ox71／0x70)；

／*MAX7359初始化開始*／
I2C_Write(0x70，0x01，0x08)； ／／關斷，開始初始化
I2C_Write(0x70，0x02，0x01)； ／／10 ms去抖，可調(diào)
I2C_Write(0x70，0x03，0x01)； ／／按鍵消息FIFO非空則觸發(fā)中斷
I2C_Wirte(0x70，0x04，0)； ／／防止錯誤觸發(fā)GPIO
I2C_Write(0x70，0x05，0)； ／／關閉自動重復功能
I2C_Write(0x70，0x06，0)； ／／關閉自動關斷功能，可根據(jù)需要打開自動關斷功能，關斷前的等待時間可設。
I2C_Write(0x70，0x01，0x88)； ／／啟動器件正常功能
／*MAX7359初始化結(jié)束*／

　　3 讀取按鍵消息

　　3．1 設置FIFO寄存器

　　收到硬件中斷后，先通過一次寫操作設置FIFO寄存器地址：0x00。

　　I2C_Write(0x70，0x00)：／／如果寫一次FIFO地址之后沒有對MAX7359其他控制寄存器的讀寫，則下次讀FIFO寄存器，可不用再寫FIFO地址。

I2C_Read(0x71，字節(jié)變量)；
…… ／／重復讀FIFO直至讀到代表

　　FIFO為空的0x3f，可以沒一個最大次數(shù)，如256次，如果一次中斷后讀了256次FIFO里還有沒讀到0x3f，則軟重啟軟重啟過程如下：

I2C_Write(0x70，0x0 1，0x08)；
I2C_Write(0x70，0x01，0x88)；

　　3．2 FIFO消息的處理

　　處理讀到的FIFO字節(jié)變量(假設變量名為：FIFO_BYTE)后，軟件處理方法如下：

　　(1)將從FIFO收到的非0x3f的字節(jié)變量FIFO_BYTE和0x3f取與(AND 0x3f)，結(jié)果值為按鍵值(即0至63號鍵中某一個被按下或釋放)。

　　(2)再將該FIFO_BYTE和0x40取與(AND 0x40)，結(jié)果為0則說明按鍵被按下，結(jié)果非0則說明按鍵被釋放。如果硬件布線時使用了63號和62號鍵，F(xiàn)IFO_BYTE處理復雜，請軟件設計工程師參考MAX7359編程指南的62號和63號鍵處理方法。

　　3．3 長按鍵處理

　　通常需要起一個定時器，定時檢查還未收到鍵盤釋放信息的鍵盤按下信息都是何時發(fā)生的，如果是當前時間減去按鍵按下的時間滿足長按鍵時間，就可向上層軟件發(fā)長按鍵消息。