摘 要：對(duì)儀器儀表中普遍使用的LED鍵盤(pán)顯示人機(jī)交互技術(shù)做了分析，給出一種由智能型LED鍵盤(pán)顯示芯片 HD7279A構(gòu)成的人機(jī)交互電路。該電路具有接口簡(jiǎn)單、外圍元件少，體積小，功能強(qiáng)的特點(diǎn)，使用該器件可簡(jiǎn)化儀器儀表中人機(jī)界面交互電路的設(shè)計(jì)。文中給出了HD7279A的主要特性，硬件電路及相應(yīng)程序。

關(guān)鍵詞：智能型 LED鍵盤(pán)顯示 人機(jī)交互 單片機(jī)

1 引言

　　在儀器儀表電路設(shè)計(jì)中，人機(jī)交互界面是必不可少的環(huán)節(jié)，現(xiàn)階段儀器儀表中通常使用的是發(fā)光數(shù)碼管顯示器（LED）技術(shù)和鍵盤(pán)輸入技術(shù)，LED顯示技術(shù)獲得廣泛應(yīng)用的原因是：⑴價(jià)格低廉;⑵顯示信息清晰醒目;⑶對(duì)儀器儀表系統(tǒng)資源占用相對(duì)較少;⑷能量消耗相對(duì)較小，電源電路簡(jiǎn)單。傳統(tǒng)的LED鍵盤(pán)顯示人機(jī)交互電路通常由以下兩種方式構(gòu)成：⑴采用通用邏輯電路芯片如74LS165、CD4051等構(gòu)成，此種方法的成本較低，但使用的外圍器件數(shù)量眾多，占用的儀器儀表空間較大，可靠性較差;⑵采用專用的顯示芯片或鍵盤(pán)顯示接口芯片如MAX7219或Intel 8279等。MAX7219的功能較強(qiáng)但不具備鍵盤(pán)管理功能，鍵盤(pán)電路需另外設(shè)計(jì)，同時(shí)該芯片的價(jià)格較高。Intel8279雖是專用的鍵盤(pán)顯示接口電路，但卻不具備LED顯示器的驅(qū)動(dòng)能力，同時(shí)其總線接口方式造成接口電路復(fù)雜，同時(shí)也無(wú)法和近年來(lái)廣為流行的非總線型單片機(jī)接口。

　　鑒于以上原因，這里使用智能型鍵盤(pán)顯示控制芯片HD7279A設(shè)計(jì)成一種適用于儀器儀表的鍵盤(pán)顯示電路，該LED鍵盤(pán)顯示人機(jī)接口電路克服了傳統(tǒng)人機(jī)交互接口電路的缺點(diǎn)，簡(jiǎn)化了儀器儀表人機(jī)交互軟硬件設(shè)計(jì)。下面首先對(duì)HD71279A予以介紹。

2 HD7279A的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

　　HD7279A是管理鍵盤(pán)和LED顯示器的專用智能控制芯片，該芯片采用串行接口方式，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰極LED數(shù)碼管或64位獨(dú)立LED發(fā)光二極管，同時(shí)能對(duì)多達(dá)8×8的鍵盤(pán)矩陣的按鍵盤(pán)情況進(jìn)行監(jiān)視，具有自動(dòng)消除鍵抖動(dòng)并識(shí)別按鍵代碼的功能，從而可以提高CPU的工作效率，同時(shí)其串行接口方式又可大簡(jiǎn)化CPU接口電路的設(shè)計(jì),減少軟硬件資源的占用。

　　HD7279A的主要特點(diǎn)如下：

　?、糯薪涌?，無(wú)需外圍元件可直接驅(qū)動(dòng)LED;

　?、凭哂锌刂谱g碼/不譯碼及消隱和閃爍屬性等多種控制指令，編程靈活;

　　⑶循環(huán)左移和循環(huán)右移指令;

　?、染哂卸螌ぶ分噶?，方便控制獨(dú)立LED;

　　⑸具有級(jí)聯(lián)功能，可方便的實(shí)現(xiàn)多于8位顯示或多于64鍵的鍵盤(pán)接口;

　?、士山?4鍵控制器，內(nèi)含去抖動(dòng)處理，可直接輸出鍵值。

3 人機(jī)界面硬件及軟件設(shè)計(jì)

　　由上述介紹可知HD7279A是一款功能強(qiáng)大的智能型鍵盤(pán)LED顯示管理芯片，筆者在研制電子皮帶計(jì)量控制器中使用HD7279A構(gòu)成人機(jī)界面，該控制器采用8位LED數(shù)碼管分時(shí)顯示瞬時(shí)流量、本班產(chǎn)量、上班產(chǎn)量等測(cè)量結(jié)果，并可在鍵盤(pán)控制下顯示零點(diǎn)電壓、空帶信號(hào)電壓平均值，稱重傳感器信號(hào)電壓，速度電壓，速度、負(fù)載、時(shí)間、日期、標(biāo)定系數(shù)、速度截距，速度斜率、速度、電壓平均、校零時(shí)間、速度電壓或頻率下限、負(fù)載下限、負(fù)載上限、起始班時(shí)、每班間隔、密碼、PID控制參數(shù)、定值流量等多個(gè)設(shè)定參數(shù)，本系統(tǒng)還設(shè)有 1，2，3，4，5，6，7，8，9，0，清零，修改，打印，校零、流量、產(chǎn)量、觀測(cè)等20個(gè)按鍵，用于輸入或修改上述參數(shù)，下面給出采用HD7279A 設(shè)計(jì)的鍵盤(pán)顯示電路。

　　采用HD7279A設(shè)計(jì)的鍵盤(pán)顯示硬件電路連接圖如圖1所示。圖1中8個(gè)鍵盤(pán)上拉電阻取10KΩ，8個(gè)位限流電阻取為20Ω，8個(gè)下拉電阻取100KΩ，HD7279A工作時(shí)需要外接的RC振蕩電路以供系統(tǒng)工作，其典型值分別為R=1.5KΩ，C=15pf，如果芯片無(wú)法正常工作，請(qǐng)首先檢查此振蕩電路且在進(jìn)行印制電路板布線時(shí)，所有元件，尤其是振蕩電路的元件應(yīng)盡靠近HD7279A并盡量使電路連線最短。 HD7279A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的復(fù)位電路，能直接由CPU控制在上電或RESET端由低電平變?yōu)楦唠娖胶螅琀D7279A大約需要經(jīng)過(guò)18-25Ms的時(shí)間才會(huì)進(jìn)入到正常工作狀態(tài)。

 

圖1 電子皮帶計(jì)量控制器鍵盤(pán)顯示電路

　　HD7279A的鍵值分布為：右邊數(shù)第一列為0-7，第二列為8-15，依次類推，本設(shè)計(jì)中由于共用到20個(gè)鍵，故使用了從右下角開(kāi)始的S0-S1920個(gè)鍵，其鍵值與按鍵的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。

　　表1 鍵值功能表

　　本系統(tǒng)使用AT89C52單片機(jī)并將單片機(jī)的P1.0-P1.3分別與HD7279A的CS、CLK、DATA、KEY相連，AT89C52單片機(jī)的晶振取為12MHz，當(dāng)選取其它的時(shí)鐘頻率則應(yīng)注意延時(shí)時(shí)間的選擇應(yīng)滿足HD7279A時(shí)序要求。

　　下面給出與上述電路配套的顯示與讀鍵值子程序。

　　內(nèi)存定義

　　SDATA DATA 20H;發(fā)送數(shù)據(jù)單元

　　RDATA DATA 21H;接收數(shù)據(jù)單元

　　;位定義

　　CS BIT P1.0;

　　CLK BIT P1.1;

　　DAT BIT P1.2;

　　KEY BIT P1.3;

　　;主程序

　　MAIN:JB P1.3, MAIN;檢測(cè)按鍵，無(wú)鍵按下等待

　　MOV SDATA,#15H;發(fā)讀鍵盤(pán)指令

　　ACALL SEND

　　ACALL RECE

　　SETB P1.0;置CS高電平

　　MOV B,#10;十六進(jìn)制鍵碼轉(zhuǎn)換成BCD碼,以備顯示

　　MOV A,RDATA

　　DIV AB

　　MOV R1,A

　　MOV SDATA,#0C9H;發(fā)送鍵碼的十位值,按方式1譯碼下載顯示

　　ACALL SEND

　　MOV SDATA,R1

　　ACALL SEND

　　MOV SDATA,#0C8H;發(fā)送鍵碼的個(gè)位值

　　ACALL SEND

　　MOV SDATA,B

　　ACALL SEND

　　SETB P1.0;置CS 高電平

　　WAIT: JNB P1.3,WAIT

　　AJMP MAIN

　　;發(fā)送一字節(jié)數(shù)據(jù)子程序，高位在前

　　SEND:MOV R2,#08H;發(fā)送8位

　　CLR P1.0;

　　ACALL DEY1;延時(shí)50μS

　　S-LOOP:MOV C,. SDATA.7;輸出1位到HD7279的DAT端

　　MOV P1.2,C

　　SETB P1.1;置CLK高電平

　　MOV A, SDATA;待發(fā)數(shù)據(jù)左移

　　RL A

　　MOV SDATA,A

　　ACALL DEY2;延時(shí)8μS

　　CLR P1.1;置CLK低電平

　　ACALL DEY2;延時(shí)8μS

　　DJNZ R2,S-LOOP;檢測(cè)8位是否發(fā)送完畢

　　CLR P1.2;發(fā)送完畢,DAT端置低,返回

　　RET

　　;接收一字節(jié)數(shù)據(jù)子程序，高位在前

　　RESE: MOV R2,#08H;接收8位

　　SETB P1.2;DAT端置為高電平,輸入狀態(tài)

　　ACALL DEY1;延時(shí)50μS

　　R-LOOP:SETB P1.1;置CLK高電平

　　ACALL DEY2;延時(shí)8μS#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

　　MOV RDATA,A

　　RL A;接收數(shù)據(jù)左移1位

　　MOV RDATA,A

　　MOV C, P1.2;接收1位數(shù)據(jù)

　　MOV RDATA.0,C

　　CLR P1.1;置CLK低電平

　　ACALL DEY2;延時(shí)

　　DJNZ R2,R-LOOP; 接收8位是否發(fā)送完畢

　　CLR P1.2;接收完畢,DAT端重新置成低電平（輸出狀態(tài)）

　　RET

結(jié)束語(yǔ)

　　 利用智能型LED顯示鍵盤(pán)控制器，可以構(gòu)成較復(fù)雜的儀器儀表人機(jī)顯示界面，相對(duì)提高人機(jī)界面的友好程度，減少對(duì)儀器儀表系統(tǒng)軟硬件資源的占用，提高儀器工作的可靠性，因而是儀器儀表系統(tǒng)人機(jī)界面的一種良好的構(gòu)成方案。

參考文獻(xiàn)

　　1 李華.MCS系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù).北京航空航天大學(xué)出版社,1993