基于I2C總線(xiàn)的鍵盤(pán)驅動(dòng)的設計與實(shí)現

1 引 言

隨著(zhù)嵌入式系統的飛速發(fā)展，嵌入式PC在許多領(lǐng)域得到廣泛應用。其中嵌入式鍵盤(pán)作為一種人機交互工具，有著(zhù)非常重要的作用。通常的鍵盤(pán)設計采用陣列的設計方式，例如一個(gè)含有9個(gè)鍵值的鍵盤(pán)需要6個(gè)通用I／O口來(lái)實(shí)現通信。鍵盤(pán)的鍵值越多，需要的通用I／O口也越多。

I2C(Inter-Integrated Circuit)總線(xiàn)是一種由Philips公司開(kāi)發(fā)的2線(xiàn)式串行總線(xiàn)，用于連接微控制器及其外圍設備。I2C總線(xiàn)最主要的優(yōu)點(diǎn)是其簡(jiǎn)單性和有效性。由于接口直接在組件上，因此I2C總線(xiàn)占用的空間非常小。I2C總線(xiàn)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它支持多主控(multimastering)，其中任何能夠進(jìn)行發(fā)送和接收的設備都可以成為主總線(xiàn)。一個(gè)主控能夠控制信號的傳輸和時(shí)鐘頻率。但在任何時(shí)間點(diǎn)上只能有一個(gè)主控。

I2C的這些特點(diǎn)使得在許多設計中備受青睞，本文所介紹的MAX7347-7349系列芯片，即是一款I(lǐng)2C兼容芯片。它將鍵值掃描等一系列操作封裝在芯片內部完成，CPU只需要通過(guò)I2C總線(xiàn)與芯片通信，通過(guò)向芯片寫(xiě)入一定的命令完成某些操作。從而簡(jiǎn)化了鍵盤(pán)驅動(dòng)的處理。而且由于I2C支持多主控，因此不影響系統其他設備的操作。整個(gè)過(guò)程只需要3個(gè)通用I／O口與CPU通信，可以處理多達64個(gè)鍵值的響應，有效地節省了通用I／O口。

2 基本原理

2.1 鍵盤(pán)驅動(dòng)實(shí)現原理

通常的鍵盤(pán)采用矩陣式原理，例如對于一個(gè)含20個(gè)鍵值的鍵盤(pán)，采用4×5的矩陣陣列，即4行5列。其中行和列直接與CPU的I／O口相連，4個(gè)I／O口作為中斷I／O口。一旦外部有鍵按下，就會(huì )產(chǎn)生中斷，由于鍵盤(pán)被按下后，該鍵對應的行和列被連通，因此根據判斷各列對應的I／O口的電平，可以得到被按下鍵的位置，從而采取相應的響應。

本文所采用的MAX7347-7349系列芯片內部有一個(gè)FIFO隊列，他在內部完成按鍵去抖、掃描鍵值、按鍵自動(dòng)重復，以及某些時(shí)刻報警等一系列復雜的操作，而鍵盤(pán)驅動(dòng)本身是需要通過(guò)發(fā)送一系列的命令來(lái)得到所需要的某些狀態(tài)值，從而進(jìn)行相應的操作。

2.2 I2C總線(xiàn)通信原理

I2C總線(xiàn)是由數據線(xiàn)SDA和時(shí)鐘SCL構成的串行總線(xiàn)，可發(fā)送和接收數據。各種被控制電路均并聯(lián)在這條總線(xiàn)上，每個(gè)電路和模塊都有惟一的地址。CPU會(huì )發(fā)出地址碼用來(lái)選址，即接通需要控制的電路。所以，各控制電路雖然掛在同一條總線(xiàn)上，卻彼此獨立，互不相關(guān)。

I2C總線(xiàn)定義了嚴格的傳輸信號來(lái)完成一次傳輸。

開(kāi)始信號：當SCL為高電平時(shí)，SDA由高電平向低電平跳變，開(kāi)始傳送數據。

結束信號：當SCL為低電平時(shí)，SDA由低電平向高電平跳變，結束傳送數據。如圖1所示。

注意：SDA線(xiàn)上的數據狀態(tài)僅在SCL為低電平的期間才能改變，SCL為高電平的期間，SDA狀態(tài)的改變會(huì )被識別為起始和停止條件。

應答信號：接收數據的IC在接收到8 b數據后，向發(fā)送數據的IC發(fā)出特定的低電平脈沖，表示已收到數據。CPU向受控單元發(fā)出1個(gè)信號后，等待受控單元發(fā)出1個(gè)應答信號，CPU接收到應答信號后，根據實(shí)際情況做出是否繼續傳遞信號的判斷。若未收到應答信號，由判斷為受控單元出現故障。如圖2所示。

3 具體實(shí)現

3.1 接口電路

如圖3所示MAX7347芯片電路示意圖。

其中11個(gè)腳為鍵盤(pán)陣列輸入連接到鍵盤(pán)外設，3行8列，最多可以控制24個(gè)不同按鍵。3個(gè)腳與PXA 270直接通信，INT為中斷腳，按鍵按下為低電平，SCL為I2C兼容串行時(shí)鐘輸入，SDA為I2C兼容串行I／O口。

當有鍵按下時(shí)，連接到鍵盤(pán)的11個(gè)腳會(huì )有電平的變化，芯片會(huì )根據電平的變化得到按下鍵的鍵值，然后存放在芯片內部的FIFO中，同時(shí)把INT腳下拉為低電平。此時(shí)鍵盤(pán)驅動(dòng)在檢測到INT變低之后會(huì )通過(guò)SDA向芯片發(fā)送一系列命令，芯片通過(guò)SDA傳回給驅動(dòng)相應的狀態(tài)及值。SCL和SDA的電平變化嚴格遵循2.2節介紹的I2C總線(xiàn)通信信號規律。

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