串行接口鍵盤控制器在單片機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用

對(duì)于以單片機(jī)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(jī)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(jì)卻比較麻煩。簡(jiǎn)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(fèi)，接口電路復(fù)雜，造價(jià)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(diǎn)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(jī)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(dòng)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

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(shí)在芯片內(nèi)部可自動(dòng)完成掃描、譯碼、去抖動(dòng)處理等任務(wù)。當(dāng)SK5278檢測(cè)到有效的按鍵時(shí)，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(shí)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?。利用按鍵有效指示“KEY”與單片機(jī)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(shí)間。

SK5278工作時(shí)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(shí)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(shí)，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(hào)后，SK5278大約需要經(jīng)過25ms的復(fù)位時(shí)間才會(huì)進(jìn)入到正常工作狀態(tài)。程序中應(yīng)盡可能地減少CPU對(duì)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(gè)鍵同時(shí)被按下，則SK5278只能給出其中一個(gè)按鍵的代碼，因此SK5278不適合應(yīng)用于需要2個(gè)或2個(gè)以上按鍵同時(shí)被按下的應(yīng)用場(chǎng)合。如確實(shí)需要雙鍵組合使用或組合增加鍵盤數(shù)量，可在單片機(jī)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(shí)序

SK5278采用串行方式與單片機(jī)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(shí)鐘脈沖。當(dāng)SK5278檢測(cè)到有鍵按下時(shí)，按鍵有效指示“KEY”變高，單片機(jī)檢測(cè)到“KEY”信號(hào)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(jī)發(fā)出8個(gè)時(shí)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(jī)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(shí)序如圖2所示。圖中，T1表示從“CS”下降沿至第一個(gè)CLK上升沿的延時(shí)，典型值為15μs;T2為CLK脈沖寬度，典型值為10μs；T3為CLK脈沖時(shí)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(jī)口線少及無(wú)鍵按下時(shí)無(wú)須CPU干預(yù)的特點(diǎn)，可以很容易地構(gòu)成單片機(jī)的鍵盤接口電路，圖3所示是AT89C2051單片機(jī)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(jī)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(jí)非門以使“KEY”反相后與其相連。與圖3電路對(duì)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(jí)中斷

SETB EX0 ；開INT0中斷

SETB EA ；CPU開中斷

LCALL DL25ms ；延時(shí)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(wú)鍵按下時(shí)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(shí)

MOV COUNT，#08H ；共八位數(shù)據(jù)

LOOP：SETB CLK

ACALL DL 15μs ；T2延時(shí)

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(shí)

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(wú)效

RET

5 結(jié)束語(yǔ)

應(yīng)用SK5278鍵盤控制器可使單片機(jī)系統(tǒng)的人機(jī)交互鍵盤接口電路及監(jiān)控程序變得簡(jiǎn)單容易，同時(shí)減少了對(duì)單片機(jī)軟硬件資源的占用，因而該器件是構(gòu)成少數(shù)單片機(jī)鍵盤接口電路的一種較好的選擇方案。