基于多位LED顯示及鍵盤(pán)管理器件實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)智能儀表接口的設(shè)計(jì)

1 引言

I2C總線接口的顯示及鍵盤(pán)管理器件ZLG7290廣泛應(yīng)用于智能儀表的接口設(shè)計(jì)當(dāng)中，在具體應(yīng)用過(guò)程中，它接收所要顯示的數(shù)據(jù)并將其顯示在LED顯示器上，動(dòng)態(tài)地掃描管理著顯示過(guò)程，該器件本身只需2根線就可與單片機(jī)實(shí)現(xiàn)接口，硬件連接簡(jiǎn)便，軟件編程容易。尤其用在單片機(jī)擔(dān)負(fù)繁忙數(shù)據(jù)處理任務(wù)的系統(tǒng)中，可節(jié)省單片機(jī)用于顯示掃描的時(shí)間，更顯出其優(yōu)越性。

2 ZLG7290的特點(diǎn)及工作原理

2．1 ZLG7290的特點(diǎn)

如圖1所示，ZLG7290是一種多位LED顯示及鍵盤(pán)管理器件，采用流行的I2C總線接口，可與各種帶I2C總線的單片機(jī)方便接口，并可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位LED。其內(nèi)部具有15×8 RAM的功能控制寄存器，可方便尋址。對(duì)每位數(shù)字可單獨(dú)控制、刷新。顯示亮度可數(shù)字控制，每位都具有閃爍使能控制功能。無(wú)需任何外部元件便可多路復(fù)用自動(dòng)掃描。

ZLG7290的特點(diǎn)有：采用I2C串行接口；提供鍵盤(pán)中斷信號(hào)，方便與處理器接口；可驅(qū)動(dòng)8位共陰數(shù)碼管或64只獨(dú)立的LED和64個(gè)按鍵：可控制掃描位數(shù)，可控制任意數(shù)碼管的閃爍：提供數(shù)據(jù)譯碼和循環(huán)移位段尋址等控制；8個(gè)功能鍵均可檢測(cè)任意鍵的連擊次數(shù)；無(wú)需外接元件即直接驅(qū)動(dòng)LED，可擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)電流和驅(qū)動(dòng)電壓。

2．2 ZLG7290的工作原理

2．2．1鍵盤(pán)的管理與控制

ZLG7290可采樣64個(gè)按鍵或傳感器，可檢測(cè)每個(gè)按鍵的連擊次數(shù)，并具有如下功能：鍵盤(pán)去抖動(dòng)處理；雙鍵互鎖處理，即當(dāng)有兩個(gè)以上按鍵被同時(shí)按下時(shí)，ZLG7290只采樣優(yōu)先級(jí)高的按鍵：連擊按鍵處理，即當(dāng)某個(gè)按鍵按下輸出一次鍵值后。如果該按鍵還未釋放，該鍵值連續(xù)有效，就像連續(xù)壓按該鍵一樣，這種功能稱(chēng)為連擊。連擊次數(shù)計(jì)數(shù)器RepeatCnt可區(qū)別出單擊（某些功能不允許連擊如開(kāi)關(guān)）或連擊，判斷連擊次數(shù)，可以檢測(cè)被按下時(shí)間。以防止某些功能的誤操作。

2．2．2顯示的管理與控制

在每個(gè)顯示刷新周期，ZLG7290按照掃描位數(shù)寄存器（ScanNum）指定的顯示位數(shù) N，把顯示緩存DpRam0-DpRamN的內(nèi)容按先后順序送入LED驅(qū)動(dòng)器以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示，減小N值可提高每位顯示掃描時(shí)間的占空比，以增強(qiáng)LED亮度，顯示緩存中的內(nèi)容不受影響。修改閃爍控制寄存器（FlashOnOff）可改變閃爍頻率和占空比亮、滅的時(shí)間。

ZLG7290有兩種控制方式，即寄存器映像控制和命令解釋控制。如上述對(duì)顯示部分的控制，寄存器映像控制是指直接訪問(wèn)底層寄存器，實(shí)現(xiàn)基本控制功能，這些寄存器須字節(jié)操作。命令解釋控制是通過(guò)解釋命令緩沖區(qū)CmdBuf0-CmdBuf1 中的指令間接訪問(wèn)底層寄存器，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展控制功能，如對(duì)寄存器的位操作。

2．2．3內(nèi)部寄存器的定義

ZLG7290內(nèi)部可通過(guò)I2C總線訪問(wèn)的寄存器地址范圍為00H-17H，任意寄存器都可按字節(jié)直接讀寫(xiě)，也可以通過(guò)命令接口間接讀寫(xiě)或按位讀寫(xiě)。ZLG7290的控制和狀態(tài)查詢(xún)均通過(guò)讀／寫(xiě)寄存器實(shí)現(xiàn)，用戶只需像讀寫(xiě)24C02內(nèi)的單元一樣操作即可實(shí)現(xiàn)對(duì)ZLG7290的控制。

（1）系統(tǒng)寄存器（SystemReg）：地址00H，復(fù)位值11110000B，系統(tǒng)寄存器可以保存ZLG7290系統(tǒng)狀態(tài)并可對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行配置。

（2）鍵值寄存器（Key）：地址01H，復(fù)位值00H，Key表示被按下鍵的鍵值，當(dāng)Key=0時(shí)表示沒(méi)有鍵被按下。

（3）連擊次數(shù)計(jì)數(shù)器（RepeatCnt）：地址02H。復(fù)位值00H，RepeatCnt=0時(shí)表示單擊鍵，RepeatCnt大于0時(shí)表示鍵的連擊次數(shù)，用于區(qū)別出單擊鍵或連擊鍵，判斷連擊次數(shù)可以檢測(cè)被按下時(shí)間。

（4）閃爍控制寄存器（FlashOnOff）：地址0CH，復(fù)位值 0111B／0111B，高4位表示閃爍時(shí)“亮”的時(shí)間，低4位表示閃爍時(shí)“滅”的時(shí)間，改變其值同時(shí)改變了閃爍頻率，也能改變“亮”和滅“的占空比。 FlashOnOff的1個(gè)單位相當(dāng)于150 ms～250ms（”亮“和”滅“的時(shí)間范圍為1-160000B相當(dāng)1個(gè)單位時(shí)間），所有像素的閃爍頻率和占空比相同。

（5）掃描位數(shù)寄存器（ScanNum）：地址0DH，復(fù)位值7，用于控制最大的掃描顯示位數(shù)（有效范圍為0～7，對(duì)應(yīng)的顯示位數(shù)為18），減小掃描位數(shù)可提高每位顯示掃描時(shí)間的占空比。以增強(qiáng)LED的顯示亮度。不掃描顯示時(shí)，顯示緩存寄存器則保持不變，如ScanNum=3時(shí)，只顯示DpRam0-DpRam3的內(nèi)容。

（6）顯示緩存寄存器（DpRam0-DpRam7）：地址10H-17H，復(fù)位值00H，00H緩存中一位置1表示該像素亮，DpRam7-DpRam0的顯示內(nèi)容對(duì)應(yīng)Dig7-Dig0引腳。

2．2．4 I2C通信

ZLG7290的I2C接口傳輸速率可達(dá)32 kbit／s，容易與處理器接口，并提供鍵盤(pán)中斷信號(hào)，提高了主處理器的時(shí)間效率。有效的按鍵動(dòng)作、普通鍵的單擊、連擊和功能鍵狀態(tài)的變化都會(huì)令系統(tǒng)寄存器SystemReg的KeyAvi位置1。INT引腳信號(hào)信號(hào)為低電平有效，用戶的鍵盤(pán)處理程序可由INT引腳低電平中斷觸發(fā)，以提高程序效率，也可以不采樣INT引腳信號(hào)，節(jié)省系統(tǒng)的I／O數(shù)而采取輪詢(xún)系統(tǒng)寄存器KeyAvi位的方式，在讀鍵值寄存器時(shí)會(huì)使KeyAvi位清0，并會(huì)使INT引腳信號(hào)無(wú)效，為確保某個(gè)有效的按鍵動(dòng)作及所有參數(shù)寄存器的同步性．可利用I2C通信的地址自動(dòng)遞增功能。連續(xù)讀取RepeatCnt FunctionKey和Key寄存器。

3 儀表面板接口的硬件連接

圖2所示是ZLG7290作為儀表面板接口的硬件連接，圖中的8位LED作為智能儀表面板的顯示部分，鍵盤(pán)矩陣完成智能儀表面板的參數(shù)設(shè)定、修改按鍵，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能。

使用ZLG7290驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示有兩種方法，一是向命令緩沖區(qū)（07H-08H）寫(xiě)入復(fù)合指令，向07H寫(xiě)入命令并選通相應(yīng)的數(shù)碼管，向08H寫(xiě)入所要顯示的數(shù)據(jù)，這種方法每次只能寫(xiě)入一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，多字節(jié)數(shù)據(jù)的輸出可在程序中用循環(huán)寫(xiě)入的方法實(shí)現(xiàn)；二是向顯示緩存寄存器（10H-17H）寫(xiě)入所要顯示的數(shù)據(jù)的段碼。段碼的編碼規(guī)則為從高位到低位為abcdefgdp，每次可寫(xiě)入1～8個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。

4 儀表面板接口中的軟件設(shè)計(jì)

下面是P89LPC932單片機(jī)的I2C接口部分的主程序：

圖3是ZLG7290在儀表面板應(yīng)用中的鍵盤(pán)掃描及顯示程序流程圖。該流程實(shí)現(xiàn)的功能是：上電復(fù)位后，數(shù)碼管顯示初值0-7，若有鍵按下，判斷是普通鍵還是功能鍵，若為功能鍵，則保持原來(lái)的顯示不變，使8個(gè)數(shù)碼管同時(shí)閃爍；若為普通鍵，則將鍵值顯示在第一個(gè)和第二個(gè)數(shù)碼管并同時(shí)閃爍，其他數(shù)碼管不閃爍，原有的顯示左移兩位。

5 結(jié)束語(yǔ)

ZLG7290作為鍵盤(pán)及顯示管理器件與單片微處理器的連接，無(wú)論是硬件接口還是軟件編程都非常簡(jiǎn)單。該器件本身具有掃描顯示功能，不需要單片機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描，以使其將更多的時(shí)間用于數(shù)據(jù)處理。已將ZLG7290應(yīng)用在所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品當(dāng)中，并取得了較為滿意的效果。

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