键盘显示专用器件HD7279A的接口设计

1 引言
    传统的键盘显示驱动器件(如INTEL8279)通常采用并行接口，占用单片机至少10个I/0端口，因此该键盘显示驱动器不适用于单片机资源紧张的应用。而改进的采用SPI(Serial PeripIleral Interface)串行总线的ZLG7289器件与采用I2C(Intel IC Bus)串行总线的ZLG7290器件均须接入独立的晶体振荡器才能工作，不能直接支持RC振荡器电路，复位端必须接RC复位电路才使器件可靠复位，且片选端CS一般不可直接接地，否则显示可能出现闪烁，软件延时调试比较困难。而键盘显示驱动专用器件HD7279A则不存在这样的问题，能够稳定可靠工作，外围电路简单，可广泛应用于仪器仪表、工业控制器、条形显示器、控制面板等。这里给出了HD7279A接口的典型应用设计。

2 HD7279A简介
    HD7279A是一款具有简单SPI串行接口的器件，可直接驱动8位共阴式数码管(或64个独立的LED)，管理多达64键键盘，单片即可完成LED显示和键盘接口的全部功能，大大简化电路设计，占用单片机资源极少(最少2线)，完全免调试，外围电路更简单。HD7279A内部含有译码器可直接接收BCD码或16进制码，也可不译码，并同时具有两种译码方式。此外，该器件还具有多种控制指令，诸如消隐，闪烁，左移，右移和段寻址等，显示控制方式灵活，其段寻址能力可用于独立的LED显示或信息指示灯控制。图l为HD729A的引脚配置，其各引脚功能描述如表1所列。HD7279A具有片选信号，可方便实现高于8位的显示或高于64键的键盘接口，采用多片级联，对片选信号进行译码即可实现。当应用系统中只有一片HD7279A时，片选端CS可直接接地，图2为其典型应用电路。

    应用中，未用的键盘或LED数码管均可省去，而且互不影响。如果不用键盘，典型电路中8只10 kΩ位选电阻和8只100 kΩ下拉电阻均可省去，如果仅接下一个按键，则8只100 kΩ下拉电阻必须全部连接。除非不接LED，否则8只200 Ω限流电阻均不能省去。外接RC振荡电路的典型值为：R=1．5 kΩ，C=15 pF。下拉电阻与位选电阻的阻值应遵循一定的比例关系。在不影响显示的情况下，下拉电阻应尽可能小，大大提高键盘抗干扰能力。驱动大功率的LED时需增加驱动电路，或尽量采用高亮度LED以简化设计。复位端RESET也可由单片机直接控制以增加可靠性，但需占用单片机资源，因此应根据实际应用要求选择最佳连接方式。因为HD7279A采用动态扫描方式，一般电流较大．故须在靠近电源端并联去耦电容以减少于扰，该电容典型值为100μF。

3 HD7279A的工作原理
    HD7279A最显著的优点是与单片机的接口简单，最多只需5条连接线，分别是复位端RESET，片选输入端CS，同步时钟输入端CLK，数据输入输出端DATA和按键有效输出端KEY。在一般应用系统中，RESET可直接接电源，当应用系统中只有一片HD7279A器件时，CS也可以直接接地，此时只需占用3条单片机的I／O端口线，如果应用系统中没有键盘，仅具有显示功能，或者即使有键盘，但单片机软件任务不复杂，均可不接KEY线，使用定时读取键盘键值代码的方法，则此时只需占用2条单片机的I/0端口线。

    HD7279A与单片机采用SPI串行接口方式连接，共有3种类型16条命令格式，即不带数据的纯指令，带数据的指令和读键盘键值代码指令。
    (1)复位(清除)指令A4H 该指令清除所有显示，所有设置的字符消隐、闪烁等属性也一并清除，实际上电和系统上电初始化后所处状态完全相同，相当于初始化命令。该指令为纯指令。
    (2)下载数据且按方式0译码指令该指令第一字节数据是命令，其中a2，al，a0是8位LED的某一位的二进制编码。第二字节数据(D0~D7)的第D7位DP表示是否显示LED的小数点，DP=l显示，否则不显示；D6～D7是X位，是无关位；D3~D0分别为d3，d2，d1，dO，这4位按照方式0译码规则在该位LED显示某个数字(0~9)或符号(H，E，L，P，一，空)。
    (3)读键盘键值代码指令15H该指令读取键盘键值代码，第一字节数据D7～D0是从单片机流向HD7279A的命令，第二字节数据D7~D0是从HD7279A流向单片机的键值代码，其值的范围是OOH～3FH：共64个，无有效按键时读出的键值代码是0FFH。其余指令均与上述3条指令类似。图3为SIP／串行接口时序。

4 HD7279A典型应用
4．1 硬件设计
    以基于单片机的医疗设备控制系统中的键盘显示模块为例，该模块中HD7279A器件与单片机AT89C52只有3条线相连，如图4所示，其中3引脚插座J1是单片机AT89C52与HD7279A的连接线．占用单片机的3条I／0端口线：P1．7／CLK是单片机产生的控制同步时钟，P1．6／CS是HD7279A的片选线；P1．5/DATA是命令数据输出／输入线。键盘中断线KEY悬空，CS端由单片机控制是基于省电考虑，也可接地。HD7279A器件控制4个LED数码管动态显示，并监测16键键盘。CLK时钟频率约100 kHz，由单片机编程延时决定。在CLK的同步时钟作用下，控制命令、显示数据以及采用查询方式读取键盘键值代码数据等均由DATA端输入／输出。采用查询方式读取键值代码可节省一条单片机的I／0端口线，但需占用较多软件资源，由于该实例中单片机的任务并不复杂，因此每间隔30 ms读取一次键值代码。
    图4中DIG4～DIG7既是4位共阴式数码管位选控制线，又是键盘列扫描线。SSA~SSG,SDP共8条线是4位数码管的段选控制线，分别通过200Ω的限流电阻与HD7279A器件的SA～SG，DP相连接，其中SSD~SSG同时为键盘的行扫描线。排电阻RX1是8×lO kΩ的下拉电阻，不可省去。连接到HD7279A器件RC端的振荡电路中，电阻R13=1．5 kΩ，电容C2=15 pF都是必须的，且R13在1~2 kΩ的阻值范同内变化，C2在10P～20 pF范围内变化时，该电路均能稳定工作，而在此范围之外有可能导致LED意外闪烁或响应键盘不灵敏，需要注意的是R13与C2必须尽量靠近HD7279A器件的RC端放置，以防止相互干扰。Cl=100μF，为滤波电容，有利于降低LED大电流工作对电源的冲击。LDl~LD4选用4位独立共阴式高亮度数码管LED，HD7279A采用动态扫描方式控制LED的显示，因此应该将4位不显示位全部消隐，进一步提高亮度。为了使4位LED全亮并保证足够的亮度，整个显示模块的工作电流降低到50 mA，可以将8个限流电阻增大到250~270Ω。需要注意的是HD7279A不具有双键锁定功能，因此在需要双键锁定功能的应用场合，可利用另外的单片机的I／O线与HD7279A器件联合判定。

    由于HD7279A与单片机采用串行接口(最少2线)，对键盘的行列监控扫描线与显示控制的位选段选线共用，外围元件少，元件取值范围较宽，工作电流较小，工作稳定可靠，因此接口电路设计简单简洁，操作方便，性价比极高。
4．2 软件设计
    针对图4中的键盘显示模块，给出了图5所示的软件编程流程图。常规任务是指单片机应用系统需要执行的其他任务，一次执行时间不超过20 ms；显示任务是指单片机发送给HD7279A器件的显示或控制命令，执行时间不超过5 ms；键盘一次按下保持时间一般在60 ms以上，而定时读取键值代码的时间间隔大约为30 ms，因此只要合理安排软件执行时序，则常规任务、显示任务和键盘操作就不会产生任何冲突，而且不会漏掉任何一次按键动作。

5 结语
    键盘显示专用器件HD7279A与单片机的连接采用串口方式，占用资源很少，与键盘和显示器件的连接简单，控制命令丰富，显示方式多样，易于线路板布局，价格低廉，软件结构清晰易学，是一款性价比极高的器件，因此广泛应用于仪器仪表开发。