Microchip GPIO 扩展器键盘和 LCD 演示板使用指南

一、前言

在电子设计领域，各类开发板是工程师们进行技术验证和产品开发的重要工具。Microchip 的 GPIO 扩展器键盘和 LCD 演示板就是这样一款具有代表性的产品。本文将详细介绍该演示板的相关信息，包括产品概述、安装操作、原理图和布局以及物料清单等内容，希望能为电子工程师们在使用该演示板时提供帮助。

文件下载：GPIODM-KPLCD.pdf

二、文档相关说明

2.1 文档布局

本文档旨在指导如何使用 GPIO 扩展器键盘和 LCD 演示板作为开发工具。其布局如下：

• 第 1 章“产品概述”：介绍演示板的基本信息和套件内容。
• 第 2 章“安装和操作”：包含演示板的设置和操作说明。
• 附录 A“原理图和板布局”：展示演示板的原理图和布局图。
• 附录 B“物料清单（BOM）”：列出构建演示板所需的零件。

2.2 文档约定

文档使用了一些特定的约定来表示不同类型的信息，例如：

• Arial 字体：斜体字符表示参考书籍，如 MPLAB® IDE 用户指南；初始大写表示强调文本；引号表示菜单选择；直角括号表示菜单路径；粗体字符表示对话框按钮；特定格式表示数字等。
• Courier New 字体：普通字体表示示例源代码、文件名、文件路径、关键字、命令行选项、位值和常量；斜体表示可变参数；方括号表示可选参数；花括号和竖线表示互斥参数选择。

2.3 推荐阅读

对于独立 CAN 控制器、CAN I/O 扩展器和 CAN 收发器设备的更多信息，可参考相应的数据手册，这些文档可在 Microchip 的网站（www.microchip.com）上找到。

2.4 Microchip 网站

Microchip 通过其网站（www.microchip.com）提供在线支持，包含产品支持（数据手册、勘误表、应用笔记等）、一般技术支持（常见问题解答、技术支持请求等）以及公司业务相关信息（产品选择器、订购指南等）。

2.5 客户支持

用户可通过多种渠道获得 Microchip 产品的支持，包括分销商或代表、本地销售办公室、现场应用工程师、技术支持以及开发系统信息热线。技术支持可通过网站（http://support.microchip.com）获取。

2.6 文档修订历史

本文档于 2006 年 10 月首次发布，版本为 A。

三、产品概述

3.1 演示板简介

GPIO 扩展器键盘和 LCD 演示板允许系统设计师评估 MCP23X17 和 MCP23X08 通用 I/O（GPIO）扩展器的操作。该板通过键盘和 LCD 示例展示了 GPIO 扩展器的性能。

3.2 套件内容

该演示板套件包含以下内容：

• 演示板：一块 GPIO 扩展器键盘和 LCD 演示板（102 - 00116），安装有 MCP23008（I²C 接口）、MCP23S08（SPI 接口）、MCP23017（I²C 接口）和 MCP23S17（SPI 接口）GPIO 扩展器。
• CD - ROM：模拟和接口产品演示板 CD - ROM（DS21912），包含演示板用户指南（DS51636）、PIC® 微控制器固件和 PCB Gerber 文件。

四、安装和操作

4.1 特点

演示板具有以下特点：

• GPIO 扩展器：两个 8 位 GPIO 扩展器（MCP23008 - I²C 接口、MCP23S08 - SPI 接口）和两个 16 位 GPIO 扩展器（MCP23017 - I²C 接口、MCP23S17 - SPI 接口）。
• 键盘：4x4 键盘布局，包含 16 个瞬时按钮，有数字 0 - 9 和六个特殊功能按钮。
• LCD 模块：2x16 LCD 模块。
• 引脚头：MCP23X08 和 MCP23X17 引脚的引脚头，以及用于编程 PIC18F4550 的引脚头。

4.2 开始使用

演示板是一个功能齐全、已组装和测试的板子，用于演示 MCP23008、MCP23017（I²C 接口）和 MCP23S08、MCP23S17（SPI 接口）通用 I/O 扩展器。基本设置和操作步骤如下：

1. 连接 9V 电源到电源插孔（J2）或连接 5V 电源到 (V_{DD}) 和 GND 测试点。
2. 绿色电源 LED 亮起。
3. LCD 显示启动闪屏。
4. 相应的 LED（I²C 或 SPI）亮起，指示当前串行模式。
5. 按键操作：按下 0 - 9、#、* 键，LCD 会显示相应内容；按下 M 键切换通信模式（I²C 和 SPI）；按下 B 键为退格；按下 R 键为回车和清屏（第二次按下）；按下 S 键为空格。

4.3 演示板描述

4.3.1 主要板组件

• GPIO 块：包含 MCP23X17 和 MCP23X08 GPIO 扩展器。两个 MCP23X17 设备连接到 LCD 模块，两个 MCP23X08 设备连接到键盘矩阵。键盘上的按钮可在 I²C 和 SPI 模式之间切换。
• 控制块：包含 PIC18F4550，是系统的主要控制核心。
• 输入块：包含 4x4 键盘矩阵，MCP23X08 设备用于扫描按键。
• 输出块：包含 2x16 LCD，MCP23X17 设备控制显示。
• 引脚头块：MCP23X17 和 MCP23X08 的 I/O 和串行线路连接到引脚头，方便引脚探测。
• 编程块：包含 ICSP™ 引脚头，用于对 PIC18F4550 进行编程和调试。
• 电源块：包含 MCP1702 5V 电压调节器，板子可由 9V 电源（通过电源插孔连接）或直接施加 5V 电源供电。

4.4 固件描述

4.4.1 主函数流程

1. 固件首先配置 PIC 微控制器。
2. 配置 MCP23X08 和 MCP23X17 设备，默认先选择 I²C 设备，SPI 设备的 I/O 处于复位状态。
3. 显示 LCD 闪屏。
4. 等待 MCP23X08 的中断，当按键按下时会产生中断，四个输入配置为下降沿中断，用于键盘矩阵的“列”。
5. 中断发生后，调用 Scan_Buttons 例程。
6. 然后调用 Update_LCD 例程。

4.4.2 Scan_Buttons 函数

1. 读取 INTCAP 寄存器，该寄存器包含中断发生时端口状态的快照。
2. 交换输入和输出，以便读取行。
3. 读取 GPIO 寄存器并与包含 INTCAP 值的变量合并。
4. 通过查找表确定按下的按键。

4.4.3 Update_LCD 函数

根据按下的按键更新 LCD 显示。

五、原理图和板布局

附录 A 包含了演示板的原理图和 PCB 布局，包括 1 - 3 页的板原理图、顶层（带丝印）和底层布局图。这些图纸对于深入了解演示板的电路结构和布线非常有帮助。

六、物料清单（BOM）

附录 B 列出了构建演示板所需的零件，包括电容、电阻、LED、开关、芯片等。需要注意的是，列出的组件是 PCB 组装的代表，实际生产中使用的 BOM 采用了所有符合 RoHS 标准的组件。

七、总结

Microchip 的 GPIO 扩展器键盘和 LCD 演示板为工程师提供了一个实践平台，用于评估 GPIO 扩展器在键盘和 LCD 应用中的性能。通过详细了解其产品特点、安装操作、固件流程以及相关的原理图和物料清单，工程师们可以更好地利用该演示板进行开发和测试。大家在使用过程中是否遇到过类似演示板的一些特殊问题呢？欢迎在评论区分享交流。