專利名稱：基于基本總線的鍵盤與led顯示器接口模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及微處理器接口模塊，特別是一種基于基本總線的鍵盤與LED顯示器的接口模塊。
背景技術(shù)：
鍵盤與LED顯示器是單片機或微機(以下稱為微處理器)控制系統(tǒng)常用的外設(shè)，某些微處理器控制系統(tǒng)往往需要大量的操作鍵盤進行系統(tǒng)控制和進行不同類型數(shù)據(jù)的顯示。如一些基于微處理器的教學(xué)與科研實驗用設(shè)備和復(fù)雜工業(yè)控制系統(tǒng)的控制與顯示儀表，這些實際系統(tǒng)往往希望器件的結(jié)構(gòu)緊湊，要求鍵盤與LED顯示器通過同一個接口模塊進行物理連接；有些系統(tǒng)希望操作者能與微處理器進行充分的人機信息交換，要求有數(shù)量多的鍵盤與LED顯示器，以滿足一些微處理器控制系統(tǒng)輸入/輸出數(shù)據(jù)量大的需要；同時要求在高速控制下鍵盤/顯示器與接口的連接線要少；要求接口有良好的通用性。因此，對于微處理器系統(tǒng)研制能控制多的操作鍵和LED顯示器的高效接口模塊是有實際應(yīng)用意義的。
目前微處理器系統(tǒng)應(yīng)用中，基于基本(Base)總線的鍵盤與LED顯示驅(qū)動接口存在支持的鍵盤數(shù)量與LED顯示器數(shù)量少的問題；鍵盤與LED顯示接口電路設(shè)計和運用得比較多的模塊只支持16～24鍵與4～8個LED顯示器；這種模塊采用通用并行接口芯片或數(shù)字邏輯電路芯片進行鍵盤/顯示器控制，因此接口控制的鍵盤與顯示器的數(shù)量受到很大限制；而且由于這些接口電路的芯片的鍵盤/顯示器控制中掃描信號由微機軟件發(fā)生，因此接口控制占用微機的計算時間多，使微機的工作效率降低，不利于微機系統(tǒng)的實時控制。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型目的在于提供一個基于基本總線的鍵盤與LED顯示器接口模塊，該模塊支持256鍵與16個LED顯示器控制，鍵盤/顯示器與接口模塊連接線少，接口有良好的通用性，接口控制過程占用微處理器的處理時間少。
要實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是按BASE總線標(biāo)準(zhǔn)，運用硬件可編程控制器芯片、譯碼電路、驅(qū)動電路進行鍵盤和顯示的編碼動態(tài)掃描，編碼動態(tài)掃描方式擴展了接口對鍵盤與LED的處理功能，提高了接口的處理效率，克服了在先技術(shù)接口受BASE總線信號線數(shù)量限制、受微處理器運行時間限制的缺點，使Base總線接口模塊控制的鍵盤數(shù)量與LED數(shù)量增多；同時，鍵盤控制中由可編程控制器芯片形成鍵盤二進制編碼，減少了接口模塊與鍵盤/顯示器之間的連接線數(shù)量，提高了接口的使用效率；最終完成對256個鍵盤與16位LED顯示的控制功能。本接口模塊，可以運用可編程中斷工作方式進行鍵盤/顯示器的控制工作，鍵盤與顯示器掃描控制過程幾乎不占用微處理器的工作時間，總的信號輸入/輸出占用微處理器時間極少。
有益效果本實用新型符合Base接口標(biāo)準(zhǔn)，能與Base總線進行接口，模塊具有驅(qū)動能力，不對Base系統(tǒng)總線造成負載，可以大量擴展；模塊化設(shè)計可以使微處理器系統(tǒng)組態(tài)靈活，可以使控制系統(tǒng)硬件開發(fā)周期縮短，微處理器系統(tǒng)故障診斷與維修方便，符合系統(tǒng)開放性和可擴展性的原則。對于控制用微處理器，不管是單片機還是其它控制微機，只要能與Base總線接口，就可以與本模塊進行接口。與一般器件設(shè)計的電路相比較，該接口模塊接口控制過程占用微機的時間少，鍵盤/顯示器與接口模塊的連接線少，具有結(jié)構(gòu)緊湊和效率高以及控制的鍵盤數(shù)量和LED顯示數(shù)量大的特點。


圖1為本實用新型的電氣原理圖。
圖2為本實用新型與鍵盤/LED顯示器連接的電氣原理圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖，對本實用新型的具體實施進一步詳細描述。
參見圖1，接口模塊主要由基本總線、總線驅(qū)動、可編程控制、掃描譯碼驅(qū)動輸出和鍵盤與LED顯示器幾個部分組成。其中的組成是1為基本總線；2、3為雙向總線驅(qū)動芯片；4為單向總線驅(qū)動芯片；5為片選譯碼芯片；6為鍵盤與LED顯示器可編程控制芯片；7為顯示掃描譯碼芯片；8為鍵盤掃描譯碼芯片；9為位選信號驅(qū)動芯片；10為段選信號驅(qū)動芯片；11為鍵盤/LED顯示器外設(shè)連接插頭。
基本總線1的控制信號通過雙向控制線及驅(qū)動芯片2與控制芯片6的控制線口連接，該雙向控制線還與驅(qū)動芯片3，動態(tài)芯片4相連接。基本總線1的數(shù)據(jù)信號通過雙向數(shù)據(jù)線及驅(qū)動芯片3與控制芯片6的雙向數(shù)據(jù)線口連接。基本總線1的地址信號通過單向地址線與驅(qū)動芯片4連接，然后地址中的高位通過片選譯碼芯片5產(chǎn)生片選信號與控制芯片6的控制線口的片選信號線連接，地址中的低位信號直接連接到控制芯片6的地址線口?？刂菩酒?的鍵盤狀態(tài)端通過連接插頭11與兩個狀態(tài)鍵相連；控制芯片6的掃描輸出口通過動態(tài)掃描線與顯示掃描譯碼芯片7和鍵盤掃描譯碼芯片8連接，鍵盤掃描譯碼芯片8輸出鍵盤掃描信號，通過連接插頭11輸出到鍵盤列陣，控制芯片6的鍵盤掃描回歸口通過連接插頭11與鍵盤列陣相連。顯示掃描譯碼芯片7受控制芯片6的顯示控制信號控制，輸出顯示掃描信號；該掃描信號通過位選信號驅(qū)動芯片9、顯示掃描線和連接插頭11與16位LED顯示器的位選信號線連接?？刂菩酒?的顯示器段選輸出口通過段選碼線連接到段選信號驅(qū)動芯片10，再通過連接插頭11與16位LED顯示器的段選信號線連接。
參見圖2，鍵盤與LED顯示器外設(shè)通過連接插頭11與接口模塊相連接。
模塊的工作過程分為兩個部分接口模塊與總線的接口控制，可編程控制芯片6對鍵盤與LED顯示器的控制。
接口模塊與總線的接口工作過程如下模塊以基本總線1為基礎(chǔ)，三個驅(qū)動芯片2、3、4完成與基本總線的物理連接與功率驅(qū)動，使整個模塊不對總線造成負載，以便于模塊的大量擴展。接口控制中，基本總線的片選信號通過控制信號線選中雙向驅(qū)動芯片2、3和單向驅(qū)動芯片4使模塊工作；基本總線的模塊控制線通過雙向總線驅(qū)動2放大后到達控制芯片6的控制口，運用中斷請求與中斷響應(yīng)服務(wù)信號使接口模塊可以與微處理器進行中斷的應(yīng)答聯(lián)絡(luò)。數(shù)據(jù)傳輸中，基本總線由數(shù)據(jù)線通過雙向驅(qū)動芯片3和控制芯片6的雙向數(shù)據(jù)線口進行信息交換；使微處理器可以對控制芯片6進行初始化編程，以決定和改變接口模塊的控制工作方式；工作方式確定后，微處理器與鍵盤/LED顯示器可以通過數(shù)據(jù)線進行信息交換，完成鍵盤信號的輸入與顯示信號的輸出。地址控制中，基本總線的低位地址通過單向總線驅(qū)動芯片4驅(qū)動后作為地址信號選中控制芯片6，基本總線的高位地址通過驅(qū)動芯片4驅(qū)動后，再通過片選譯碼芯片5譯碼產(chǎn)生對控制芯片6的選中控制信號。
控制芯片6對鍵盤與LED顯示器的控制過程為鍵盤掃描控制中，可編程芯片6發(fā)出動態(tài)掃描編碼信號，該信號通過鍵盤掃描譯碼芯片8譯碼輸出鍵盤動態(tài)掃描信號，再通過連接插頭11向鍵盤列陣發(fā)出縱向定位掃描信號；當(dāng)有鍵盤按下時，掃描信號將通過鍵盤傳輸?shù)椒祷匦盘柧€返回，產(chǎn)生橫向鍵盤定位信號，由連接插頭11傳輸給控制芯片6的鍵盤掃描回歸口，控制芯片6進行編碼后最終與狀態(tài)鍵的狀態(tài)信號組合成鍵盤的八位二進制編碼。這時控制芯片6經(jīng)過邏輯判斷后，通過控制線中的中斷連接信號線向微處理器發(fā)出中斷請求信號，微處理器就可以讀取鍵盤編碼了；結(jié)合兩個狀態(tài)鍵的按下或不按下情況可以產(chǎn)生四個狀態(tài)，四個狀態(tài)與8×8鍵盤列陣結(jié)合，產(chǎn)生256個鍵符信號；若對兩個狀態(tài)鍵進行2-4譯碼處理也可以產(chǎn)生獨立的256鍵信號，由此明顯減少與接口模塊的連接線。動態(tài)顯示控制中，微處理器只要將顯示數(shù)字的代碼通過數(shù)據(jù)總線輸入到控制芯片6的數(shù)據(jù)口即完成了輸出顯示任務(wù)?？刂菩酒?利用與鍵盤處理發(fā)出的同一組動態(tài)掃描信號，通過顯示掃描譯碼芯片7顯示譯碼后輸出顯示用動態(tài)掃描信號，再通過位選驅(qū)動芯片9放大后輸出，運用動態(tài)掃描信號輪流選中一位LED顯示器位，因此這個信號是16位顯示器的位選信號；另外，控制芯片6根據(jù)要顯示數(shù)據(jù)的代碼，通過控制芯片6的顯示器段選輸出端口顯示數(shù)的段選編碼，通過段選驅(qū)動芯片10放大后輸出到顯示器顯示一定的字符；16位數(shù)據(jù)的整體顯示是通過動態(tài)掃描周而復(fù)始地進行，利用發(fā)光二極管的顯示余輝達到的。
根據(jù)Base總線的模塊標(biāo)準(zhǔn)，可以將該電路設(shè)計在一塊100mm×150mm的帶有Base連接標(biāo)準(zhǔn)接頭的雙面印刷電路板上，最終插入Base總線的標(biāo)準(zhǔn)機箱內(nèi)。當(dāng)從Base總線引入電源信號到模塊時，可以用100μF/16V的電容進行濾波處理，以保持電源信號的穩(wěn)定。
具體實施方式
微處理器基本總線1可以采用復(fù)旦FD-Base總線，總線連接器為S-56信號標(biāo)準(zhǔn)，可以與各種微處理器兼容。電路設(shè)計中，雙向總線驅(qū)動2、3可以采用245型號芯片，單向地址總線驅(qū)動4可以采用244型號芯片，片選譯碼芯片5根據(jù)接口地址的分配情況可以用3-8譯碼的138型號芯片或4-16譯碼的154型號芯片，完成高位地址信號的譯碼，以產(chǎn)生對控制芯片6的選中信號；控制芯片6可以采用8279型號控制芯片，8279型號控制芯片具有硬件鍵盤/LED顯示器的處理功能；通過初始化編程，8279型號控制芯片能自動發(fā)出動態(tài)掃描信號，并能進行動態(tài)顯示時的數(shù)據(jù)刷新和鍵盤坐標(biāo)的確定功能，通過與返回線輸入的信號組合，自動生成鍵盤信號的8位二進制編碼值，8位二進制編碼可以產(chǎn)生256個鍵的代碼。8279型號控制芯片可以用中斷方式進行工作，每處理完成一個鍵盤或顯示控制，就向微處理器發(fā)出輸入/輸出的中斷請求信號，以便進行下一次服務(wù)，中斷工作方式可以使微處理器的工作效率明顯提高，避免了鍵盤/LED顯示接口對微處理器工作時間的不正當(dāng)占用，以使微處理器有限的運算速度充分用于實時控制的需要。當(dāng)采用8279型號控制芯片時，軟件編程分為芯片的初始化編程和鍵盤/LED顯示的中斷服務(wù)編程兩部分；初始化編程決定控制芯片的工作方式，中斷服務(wù)程序完成鍵盤/LED顯示器的輸入/輸出操作工作。由于在8279型號控制芯片內(nèi)部設(shè)置了鍵盤信號的消抖動處理等鍵盤基本處理功能，故使用時不必考慮鍵盤的抖動因素，對鍵盤的連接要求非常低。根據(jù)需要的鍵數(shù)與LED顯示器數(shù)，顯示譯碼芯片7與鍵盤譯碼芯片8可以采用如3-8譯碼的138型號芯片和4-16譯碼的154型號芯片。位選與段選驅(qū)動芯片9、10可以用06型號驅(qū)動芯片，當(dāng)選擇的LED顯示器為高亮度顯示器時，驅(qū)動的電流控制在5mADC左右。11是鍵盤/LED顯示器與模塊進行連接的插頭，根據(jù)連接到鍵盤/LED顯示器信號線的數(shù)量可以選擇不同大小的連接插頭。
權(quán)利要求1.一種基于基本總線的鍵盤與LED顯示器接口模塊，包含基本總線(1)，可編程控制芯片(6)，連接插頭(11)，其特征在于a.基本總線(1)的控制信號通過雙向控制線及驅(qū)動芯片(2)與控制芯片(6)的控制線口連接，該雙向控制線還與驅(qū)動芯片(3)，動態(tài)芯片(4)相連接；基本總線(1)的數(shù)據(jù)信號通過雙向數(shù)據(jù)線及驅(qū)動芯片(3)與控制芯片(6)的雙向數(shù)據(jù)線口連接；基本總線(1)的地址信號通過單向地址線與驅(qū)動芯片(4)連接，然后地址中的高位通過片選譯碼芯片(5)產(chǎn)生片選信號與控制芯片(6)的控制線口的片選信號線連接，地址中的低位信號直接連接到控制芯片(6)的地址線口；b.控制芯片(6)的鍵盤狀態(tài)端通過連接插頭(11)與兩個狀態(tài)鍵相連，控制芯片(6)的掃描輸出口通過動態(tài)掃描線與顯示掃描譯碼芯片(7)和鍵盤掃描譯碼芯片(8)連接，鍵盤掃描譯碼芯片(8)輸出鍵盤掃描信號，通過連接插頭(11)輸出到鍵盤列陣，控制芯片(6)的鍵盤掃描回歸口通過連接插頭(11)與鍵盤列陣相連，顯示掃描譯碼芯片(7)受控制芯片(6)的顯示控制信號控制，輸出顯示掃描信號，該掃描信號通過位選信號驅(qū)動芯片(9)、顯示掃描線和連接插頭(11)與16位LED顯示器的位選信號線連接，控制芯片(6)的顯示器段選輸出口通過段選碼線連接到段選信號驅(qū)動芯片(10)，再通過連接插頭(11)與16位LED顯示器的段選信號線連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于基本總線的鍵盤與LED顯示器接口模塊，其特征在于按基本總線的模塊標(biāo)準(zhǔn)，接口模塊電路設(shè)計在一塊帶有基本總線連接標(biāo)準(zhǔn)接頭的雙面印刷電路板上。
專利摘要本實用新型提供了一種基于基本總線的鍵盤與LED顯示器接口模塊，其特點是按基本總線標(biāo)準(zhǔn)，通過可編程控制器與譯碼電路、驅(qū)動電路進行256鍵動態(tài)掃描編碼和16位LED動態(tài)掃描顯示，鍵盤控制中鍵盤二進制編碼自動形成；鍵盤/顯示器與接口模塊的連接線數(shù)量少；基本總線接口模塊控制的鍵盤數(shù)量與LED顯示器的數(shù)量多。運用可編程中斷方式進行鍵盤/顯示器的控制工作，鍵盤與顯示器控制過程不占用微處理器的工作時間，總的輸入/輸出占用微處理器的時間極少。模塊具有驅(qū)動能力，不對基本總線造成負載，可以大量擴展。與一般器件設(shè)計的電路相比較，具有結(jié)構(gòu)緊湊、工作效率高，以及控制的鍵盤數(shù)量和LED顯示器數(shù)量大的優(yōu)點。
文檔編號G06F13/40GK2919361SQ20052004627
公開日2007年7月4日 申請日期2005年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月4日
發(fā)明者施偉鋒 申請人:上海海事大學(xué)