串行接口鍵盤控制器在單片機系統(tǒng)中的應用

對于以單片機為核心構成的智能儀器、儀表、工控設備及家用電器而言，構成人機交互的鍵盤接口電路是必不可少的，而相應的鍵盤管理軟硬件設計卻比較麻煩。簡單的矩陣鍵盤存在著占用CPU軟硬件資源多、響應速度慢、監(jiān)控軟件編制復雜等問題，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可構成4×4鍵盤矩陣；SK5278的16鍵鍵盤控制器內含去抖動處理電路，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構成4×4矩陣鍵盤。同時在芯片內部可自動完成掃描、譯碼、去抖動處理等任務。當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)楦唠娖剑⒁恢北３值桨存I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?。利用按鍵有效指示“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盡量靠近芯片，并盡量使電路連線最短。

SK5278的RESET復位端在一般應用情況下，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復位電路，在上電或接收到RESET端的復位信號后，SK5278大約需要經(jīng)過25ms的復位時間才會進入到正常工作狀態(tài)。程序中應盡可能地減少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不適合應用于需要2個或2個以上按鍵同時被按下的應用場合。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干預的特點，可以很容易地構成單片機的鍵盤接口電路，圖3所示是AT89C2051單片機與SK5278構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速度并減少單片機的干預。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鍵未按下轉下鍵

LJMP KEY0 ；K0鍵按下，轉入相應鍵值處理子程序

KEY1：CJNE A，#01H，KEY-2；

LJMP KEY1 ；K1鍵按下，轉入相應鍵值處理子程序

KEY2：…

……

KEY15：CJNE A，#0FH，KEYFH ；K15鍵未按下，中斷返回

LJMP KEY15 ；KEY15鍵按下，轉入相應鍵值處理程序

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 結束語

應用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，因而該器件是構成少數(shù)單片機鍵盤接口電路的一種較好的選擇方案。