ARM7的鍵盤與VFD顯示器接口技術

??? 在工業控制和產品設計中，一般都要求具有供操作的鍵盤和可視化界面。傳統顯示模塊的設計一般都是采用I/O口外擴驅動電路連接而成，顯示器一般都采用LED或LCD，要么成本低但實現起來比較復雜，要么實現起來簡單成本卻很高。筆者綜合考慮了成本、實現的難易程度、功能以及穩定性等方面的要求，提出了一種實現起來較容易且具有較高對比度和精度的VFD顯示的方法。

?儀表行業以及工業生產過程對實時性、處理速度、智能化等方面有了更高的要求，而ARM微處理器具有功耗低、指令吞吐量高、實時中斷響應、處理器宏單元性價比高等特點，因此，將ARM微處理器引入產品和工業生產的開發設計中已經成為一種必然趨勢。

1 硬件電路的實現
??? 考慮到未來市場對功耗、處理速度、實時性、多功能、多任務處理等方面會有更高的要求，本設計采用基于周立功公司MiniARM的M2020—FNU20嵌入式核心板(微處理器為LPC2220)及其M22A開發板。

M22A開發板的板上資源主要有：
??? ◆μC／OS—II實時操作系統；
??? ◆TCP／IP協議、FAT32文件管理系統；
??? ◆UART、I2C、SPI通信接口；
??? ◆JTAG接口支持在線調試；
??? ◆工業級10M以太網控制接口CSB900A—IQ；
??? ◆2MB NOR Flash程序存儲器等。

??? 另外，現代工業控制和產品生產大都需要可供操作的鍵盤以及可視化界面。本設計采用HTl6511芯片驅動鍵盤和顯示。考慮到工業生產中各種不利環境的影響，本設計采用具有較高對比度，且具有很好的可靠性與環境適應性的VFD(真空熒光顯示器)進行顯示。HTl6511是一個典型的VFD驅動芯片，由5個led輸出口、1個控制電路、1個顯示存儲器(內部)和1個按鍵掃描電路組成。微處理器通過三線串行接口對HTl6511進行串行數據輸入、輸出。圖1是系統硬件電路框圖，主要包括LPC2220與驅動芯片HTl6511的連接。HTl6511與VFD顯示器的連接，使用HTl6511外擴的12×4的按鍵掃描電路以及指示燈和開關電路。

2 軟件設計
??? 軟件采用模塊化設計方法，使用基于優先級的系統調度法來實現各個模塊。每個模塊設置為一個任務，如taskO為讀鍵值模塊，taskl為顯示模塊等。給每個模塊設置一個固定的優先級，當任務執行完后自動掛起，掛起的時間長短可以自己設定。任務掛起后進入等待狀態，掛起時間一到，任務自動進入就緒狀態。
??? 開發板內嵌了μC／0S—II實時操作系統。本設計采用可剝奪型內核。若系統正在執行一個優先級較低的任務，且有一個或多個優先級較高的任務就緒時，優先級較低的任務將被打斷，去執行優先級最高的任務。執行完成后，系統不會馬上返回中斷的地方，而是執行當前就緒任務中具有最高優先級的任務；當沒有更高優先級任務就緒時，系統才返回原來中斷的地方。若程序中某些模塊(如讀鍵值、推顯等)不希望被打斷，就需要在進入該模塊的開始處關閉中斷，執行完后再打開中斷。以下是各個功能模塊的實現。
2．1 HTl6511的讀／寫程序
??? 圖2為HTl6511的數據讀／寫時序。其中，tcw為時鐘脈沖寬度，最小值為400 ns；tsu為數據上傳時間，最小值為100 ns；th是數據保持時間，最小值為lOO ns；tcs為時鐘調整時間，最小值為1μs；tph1和tplh都是數據傳遞延遲時間，tph1最大值為300 ns，tplh最大值為100 ns。

??? 從圖2中可以看出，讀／寫數據時必須置CS為低；寫數據(D1)過程中，在時鐘(CLK)的下降沿往數據線上送數，送完數后需要將CLK置高，且要保持一個tcw的時間；在讀數據時，需要先將CLK置高一段時間，然后再拉低一段時間，才開始從數據線上讀取數據。
??? 以下程序為向HTl6511寫一個字符：

2．2 主要驅動程序
??? 驅動程序主要包括顯示驅動和按鍵驅動。
??? 圖3為HTl65l1的顯示驅動一般命令時序。圖中，命令1設置顯示模式；命令2設置讀／寫數據模式；命令3設置讀／寫數據的起始地址；數據1到n為需要讀／寫的數據；命令4設置VFD的顯示亮度。

??? 顯示驅動程序主要包括向HTl6511寫命令和寫控制顯示的數據；而按鍵驅動程序則主要是從HTl6511讀取鍵值，再拼接為有效鍵值。由圖3中時序可知，應先設置顯示模式，然后設置讀／寫數據模式和讀／寫數據的起始地址，再發送數據，最后設置顯示亮度。每發送一個命令或數據之后都需要一段延時。
??? 顯示驅動程序為：

結 語
??? 在實際應用中，只需要將HTCS、HTCLK、HTD0、HTDI定義為微處理器的一般雙向I／O口。根據使用的VFD真值表確定顯示數據或字母的字形碼。用一個數組disp口來存儲這些字形碼，并使用上述的update_disp()函數將數組發送到HTl6511驅動芯片，即可完成顯示。對于按鍵掃描，使用read_key()函數已經讀到按鍵值，并放在data寄存器中。

??? 本設計采用ARM微處理器實現了多功能鍵盤顯示，具有實現容易、性價比高、顯示精度高、顯示對比度高、反應速度快等優點。因此，該設計適用于很多要求較高的工業應用場合。HTl6511的驅動模塊適用于各種類型的微處理器。本設計采用ARM7微處理器來實現，主要是考慮到現代產品和工業過程設計中對功耗、處理速度以及功能的高要求。本設計具有一定的通用性，適應工業生產發展的總趨勢。