显示和键盘智能控制zlg7289A的原理及其应用

摘  要: 本文详细介绍了数码管及键盘智能芯片zlg7289A的基本原理、特点与使用原则，最后给出了以此芯片为核心设计的人机接口电路实例。
引言
键盘、显示电路是现代数字式智能仪器不可或缺的组成部分，在单片机应用系统中键盘、显示接口技术已经比较成熟，典型的有8255和串行口扩展的键盘、显示电路；由8155并行扩展口构成的键盘、显示电路；以及使用较多的以Intel8279(一种通用的可编程的键盘、显示接口器件)为核心的译码键盘、显示电路等。
本文介绍一种全新的键盘、显示电路，它以一片具有串行接口，可同时驱动8位共阴式数码管(或64只独立LED)的智能显示驱动芯片zlg7289A为核心，芯片设计的独到之处使电路在硬件上较为简单，无需添加锁存器、驱动器、寄存器等，耗电较小，软件设计中也无需进行显示译码,省去了静态显示扩展芯片,大大节省了CPU的占用时间,因而使用更方便，适于推广。

图1  zlg7289A的应用电路

图2 程序框图

芯片介绍
zlg7289A是具有串行接口，可同时驱动8位共阴式数码管(或64只独立LED)的智能显示驱动芯片，该芯片同时还可连接多达64键的键盘矩阵，单片即可完成LED显示、键盘接口的全部功能。
zlg7289A具有片选信号，可方便地实现多于8位的显示或多于64键的键盘接口，其技术特点为：(1)串行接口，无需外围元件可直接驱动LED；(2)各位独立控制译码/不译码及消隐和闪烁属性；(3)(循环)左移/(循环)右移指令；(4)具有段寻址指令，方便控制独立LED；(5)64键键盘控制器，内含去抖动电路。

典型电路
图1 为zlg7289A的应用电路，增加相应的下拉电阻和位选电阻即可扩展为控制64键键盘矩阵的典型应用。
zlg7289A与数码管及键盘的连接
zlg7289A应连接共阴式数码管，应用中无需用到的数码管和键盘可以不连接，省去数码管和对数码管设置消隐属性均不会影响键盘使用。使用按键电路中须有相应的下拉电阻如R5，阻值为100K，连接4个按键与位选线DIG0~DIG3的4只电阻R1~R4称为位选电阻。芯片应用中，下拉电阻与位选电阻应遵从一定的比例关系，下拉电阻应大于位选电阻的5倍而小于其50倍，典型值为10倍。这里位选电阻取值10K。在不影响显示的前提下，下拉电阻应尽可能取较小的值，这样可以提高键盘部分的抗干扰能力。
zlg7289A与微控制器的连接
如图1，zlg7289A的6~9脚分别与AT89C52的P0.1~P0.4相连。其中6脚为片选输入端CS，低电平有效，可向芯片发送指令及读取键盘数据；7脚CLK，同步时钟输入端，向芯片发送数据及读取键盘数据时，此引脚电平上升表示数据有效 ；8脚为串行数据输入/输出端，当芯片接收指令时，此引脚为输入端；当读取键盘数据时，此引脚在“读”指令最后一个时钟的下降沿变为输出端；9脚为按键有效输出端KEY，平时为高电平，当检测到有效按键时，此引脚变为低电平。
其它外围电路
如图1，zlg7289A需要一外接晶体振荡电路供系统工作。其典型值为F=12MHz，C=15PF。
zlg7289A的RESET复位端在一般应用情况下，可以直接和VCC相连，在需要较高可靠性的情况下，可以连接一外部复位电路，或直接由微控制器控制。
因为芯片可直接驱动LED数码管显示，电流较大，且为动态扫描方式。为尽量消除电源噪声干扰，提高电路抗干扰能力，应用时可在电源的正负极并入一100μF的电容。

程序设计
zlg7289A采用串行方式与微控制器通讯，串行数据从DATA引脚送入芯片，并由CLK端同步。当片选信号变为低电平后，DATA引脚上的数据在CLK引脚的上升沿被写入zlg7289A的缓冲寄存器。
zlg7289A的指令结构有三种类型：(1) 不带数据的纯指令，指令宽度为8个BIT，即微控制器需发送8个CLK脉冲；(2) 带有数据的指令，宽度的16个BIT，即微控制器需发送16个CLK脉冲。(3) 读取键盘数据指令，宽度为16个BIT，前8个为微控制器发送到zlg7289A的指令，后8个BIT为zlg7289A返回的键盘代码，执行此指令时，zlg7289A的DATA端在第9个CLK脉冲的上升沿变为输出状态，并与第16个脉冲的下降沿恢复为输入状态，等待接收下一个指令。
硬件连接如图1示，微控制器AT89C52是ATMEL公司生产的高兼容性的微控制器，其主要技术特点是8KbFlash，256×8-bit内部RAM；32位I/O总线；三个16位定时/计数器，8中断源等等。AT89C52主要实现向显示驱动芯片发送指令传输数据。程序中延时时间以zlg7289A外接12 MHz晶体振荡器为准。程序框图如图2：

应用实例
图1为zlg7289A在一精密低频信号发生器中的应用。该仪器的特点是可以根据设定输出一定频率、幅度、占空比的方波、正弦波、三角波、锯齿波等信号，具有幅度、占空比准确、频率稳定，各参数可以精确数字调节，实时数字显示等特点。其中人机接口电路设计的优劣直接影响到整台仪器的使用效果。
如图1 中的电路，根据需要，我们设计了四个按键，其功能分别为K1波形选择(可选波形有方波、正弦波、三角波等)；K2调节参数选择(可调参数为幅度、频率、占空比等)；K3为+1键，K4为-1键，当K2选定后，由K3、K4确定输出信号的参数大小，开机时信号发生器有一预设值，通过数码管可以看出为幅度为50、频率为50、占空比为50的方波输出。
在精密低频信号发生器的显示驱动电路中我们选用了8个高亮型的共阴数码管，数码管的尺寸，这里也不会过大。如图1示，D1为波形选择显示，显示“1”代表方波；“2”代表正弦波；“3”代表三角波。D2为参数调节选择显示，“A”为振幅调节，即此时按K3、K4键改变的是振幅大小，振幅可调范围是在一实验值(见参考文献)基础上0~99%；“F”代表频率调节，即此时K3、K4增减的是频率大小1~99Hz；“D”为占空比调节，其调节范围是1~99%。

结语
以zlg7289A为核心的人机接口电路只需一片智能芯片很好地完成了数字显示和键盘控制功能，电路简单，功能完备，结果了然。应用这一电路实现了精密低频信号发生器的人机对话，在实际应用中取得了良好的效果。