基于PIC单片机的低功耗键盘接口设计.pdf

第9 卷第6 期 2 o 0 7 年 6 月 翟 黄 V o 1 9 N o 6 J u n e 2 o 0 7 基于P I C 单片机的低功耗键盘接口设计 童静(湖北工业大学电气与电子工程学院，湖北 武汉4 3 0 0 6 8)摘要：针 对低 功 耗 需求 下 的键 盘控 制 应 用，采 用 红外发 码 芯 片T C 9 1 4 8 作 为键 盘接 口芯 片 给出了基 I-Mi c r o c h i p 低功耗单片 t,P I C1 6 F 7 3 来实现低功耗应用的键盘接 口设计方法。详细 讨论 了T C 9 1 4 8 的发码波形，提 出了具有独创性的解码算法。关键词：P I C1 6 F 7 3；T C 9 1 4 8；解码；低 功耗；键 盘接 口 0 引言 目前，针对单片机应用的专用键盘接 口芯片 可谓种类繁多，但大多数都应用于对功耗没有严 格要求的场合，满足不 了一些小巧 的便携式设备(例如遥控器 的低功耗、低成本要求)。T C 9 1 4 8 是 一款应用广泛的红外发码专用芯片 一般与红外 接收芯片T C 9 1 4 9 配合使用来构成一套完整的遥控 发射、接收系统。而由于T C 9 1 4 8 具有功耗极低且 价格低廉 的特点，因而在许多要求有键盘控制的 低功耗、低成本应用 中可将其作为键盘接 口芯片 使用，并直接与微处理器连接实现复杂的键盘处 理。本文采用T C 9 1 4 8 作为键盘接 口芯片 给 出了 Mi c r o c h i p 公 司 的低 功耗 单 片机P I C 1 6 F 7 3 I I I 实 现 的低 功耗 键盘接 口设 计 方法。l T C 9 1 4 8 传送 波形分 析 T C 9 1 4 8 是一款功耗极低且价格低廉的红外发 码专用芯片。用T C 9 1 4 8 设计键盘接 口电路的关键 是对T C 9 1 4 8 的输出信号进行解码。下面就详细地 讨论一下T C 9 1 4 8 的传送波形。1 1 基 本传 送波 形 T C 9 1 4 8 的振荡频率 为4 5 5 k H z，传送的基 本波形是 图1 所示的1 2 位 串行码。其 中C 1 C 3 为 用 户码标 识，H、S 1 和 S 2 为连续 单发 码 标识，K1-K 6 为键输入 标识。根据T C 9 1 4 8 数据手 册介 收稿 日期：2 0 0 7 0 2 0 2 绍，这里：a-(1 1 9 2 4 2 O s。然而，通过 示波器观察及后续的程序调试发现，每位码的实 际位宽约为4 2 0 s，即图1 中的4 a 才等于4 2 0 I X S。_ _ 蛐 厂了 一 位 0 位1 图 1 基 本 传 送 波 形 1 2 载波 为了增加红外信号的发送和接收距离 一般 需要5 0 1 0 0 mA的电流通过红外发射二极管 所 以，从减少电池消耗考虑，需尽可能的减少红外 发光管的导通时间。T C 9 1 4 8 的发码信号采用占空 比为1：3 的载波调制波形，其载波频率为3 8 Hz。图2 和图3 所示为用示波器观察所得的脉冲调 制后 的传送波形。图2 是位码“0”和“1”的波 形表示。图3 则是发射一个完整码的实际波形。ll1 厂T 一 位 0 位 l 图2位“0”和 位“1”的波 形-lllllllll lllllr llllll llllllr llR IIRIIIIS I lIRIIr IIr 0 r II厂 一个 完整的发码：l 1 l 1 0 0 1 0 0 0 0 0 图3一 个 完 整 的发 码 波 形 由于应用 了载波调制 T C 9 1 4 8 的发射码波形 相对 比较复杂，采用常用 的定时读取高低电平的 方式解码有一定的难度，且误码率也比较高。本 设计考虑到载波调 制部分具有电平变化 的特点 因而采用P I C 1 6 F 7 3 单片机 的R B 端 口电平 变化 中 断来作为辅助判断。w w w e c d a c n 2 0 0 7 6 电子元 器 件 主用 3 9 维普资讯 http:/ 第9 卷第6 期 2 O 0 7 年6 月 电 子 元 器 件 丕 用 E l e c t r o n i c Co mp o n e n t&De v i c e Ap p l i c a t i o n s Vo 1 9 N o 6 J u n e 2 O 0 7 2 键盘接 口电路 本设计将T C 9 1 4 8 作为键盘接 口芯片使用，其 硬件电路 的设计 相对比较简单。其 电路如图4 所 示。图4中 T C 9 1 4 8的 串 行 输 出 端 T x O U T接 P I C 1 6 1 7 7 3 的R B 4 脚 其它外 围电路采用其典型连 接方法 键盘则应根据需要做一定裁减。另外，电路调试中，有时T C 9 1 4 8 会起振困难，因此应注 意合理设置晶振电路中的电容C 9 和C 8 的值，一般 的经验是：C 8 略小于C 9。可 见 键 盘 接 口设 计 的 关 键 就 是 实 现 P I C 1 6 1 7 7 3 对T C 9 1 4 8 传送 码的正确解 码。考虑 到 T C 9 1 4 8 传送波形的复杂性 P I C 1 6 F 7 3 的接入引脚 采用的是R B口的R B 4即加入 了R B 端 口电平变 化中断作为辅助判断。3 解码算法的设计 3 1 T C 9 1 4 8 发 码起始 的判 断 根据T C 9 1 4 8 的传送波形，无论“0”或“1”，起始处均为载波调制波形，这一点具有电平变化 的特点，因此，开R B 电平变化 中断后。一旦进 入该中断程序即认为开始发码。3 2 传送 波形 中“0”和“1”的判断 事实上，本设计中解码的难点是对传送波形 中“0”和“1”的判断。最初在考虑解码时，也 曾尝试过通过精确的延时、定时程序并按照时序 来读取波形 但通过大量的测试发现：T C 9 1 4 8 RA5 RB4 R 1 8 1 M 2 5 1 5 1 4 36 R1 7t CODE Tx oxt TC91 4 S TT T2 TEST K 1 K 3 K4 K5 金 K 6 0 数据手册上提供的波形与实际示波器上观察的波 形略有 出入 致使设计时无法得到精确的延 时数 值；另外，由于加入了载波，但载波调制部分的 低 电平保持时间较短，硬件无法灵敏反应，致使 误码率很高。故而只能再做其它的打算。仔细对位“0”和位“1”的波形进行分析和 比较后发现：由于加入载波。在前半周期 内，位“0”和位“l”的波 形均 会 发 生 电平 变化：而 在 后半周期 内只有位“1”的波形会产生 电平变 化。而位“0”的波形则保持高电平不变，具体 波形变化如图5 所示。有 电平变化2 a无 电平变化 有电平变化 2 a 有电平变化 1 丁 0I1 丁 一 位“0”位 1 图5位 0和位“1”的 波 形 比较 因此，通过适当的延 时和 电平变化的判 断。就可以很准确 的判断出位“0”和位“1”，问题 也就 迎刃 而解 了。3 3 基本传送波形的解码 T C 9 1 4 8 的键盘输 入可 以实现单键 和多重按 键 与之对应的有两种发射码的波形：一种是单 发码波形 另一种是连续码波形。这两种波形都 是基于传送的基本波形，只是加入了一定的延时 和校验部分 并且单发码波形只传送一次。而连 续码波形 是要重复传送 的。具体波形 图可参 考 T C 9 1 4 8 的数据手册。这里，由于设计中的算法并不是基于波形 的 D2 _一 D3 4 清除-开 图4键 盘控 制 部 分硬 件 电路 4 0 电 手元 嚣 件 主 明2 0 0 7 6 W W W e c d a c n X1 Q 一=厂 _=维普资讯 http:/ 第9 卷第6 期 2 0 0 7 年 6 月 避 V o 1 9 N o 6 J u n e 2 0 0 7 读取。而是直接对位“0”和位“1”波形进行判 断，因此，不论是单发码波形或连续码波形，都 可只读其中的基本传送波形部分即以得 到正确的 解 码，这在很 大程 度上 避免 了干 扰 的影 响。图6 所示是一个基本传送波形 的解码判断过 程图。其重复部分可以采用循环来实现。电平变化：起始 延时 电平变化：位“1”；无电平变化：位 0 图6基 本 传 送 波 形 的 解码 判 断过 程 4程序代码 下面给出基于P I C 1 6 F 7 3 单片机 的解码部分的 程序代码和详细注释：s t a t i c v o i d i n t e r r u p t i s r f v o i d)中断子程序 i f f R B I F&R B I E)R B 电平中断入 口 f R B I F=0；清中断标志 r e v=0；接 收变 量清零 d e l a y u s(7 0)；延 E l 7 0 u s R B I F=0；清中断标志 d e l a y u s f 1 0)；i f(!R B I F)&T X O U 1 f)r e v&=0 x F F F E；若端 E l 无电平变化且为高电平 即为位“0”e l s e r e v l=0 x 0 0 0 1；否则，为位“1”r e v =1：读取第 1 位数据C 1 f o r(i=0；i l 1；i+)同上，循环判断读 取后1 1 位数据 d e l a y u s(9 5)；RBI F=0；d e l a y u s(1 0)；i f(!R B I F)&T X O U T)r e v&=0 x F F F E；e l s e r e v l=0 x 0 00 1；r e v =1；获得 的1 2 位传送码全部存入r e v 变量 中)5 结束语 本文针对低功耗应用场合。采用Mi c r o c h i p 公 司 的低 功 耗 单 片 机P I C 1 6 F 7 3和 红外 发码 芯 片 T C 9 1 4 8 完成了键盘接 口设计。并在设计过程 中实 现 了P I C 单片机对红外发码芯片 r C 9 1 4 8 的直 接解 码，从而拓展T C 9 1 4 8 芯片的应用领域。提升了产 品的性价比，具有一定 的创新意义。参考文献【1】P I C1 6 F 3 d a t a s h e e t 2 0 0 0 Mi c mc h i p T e c h n o l o g y I n c h t t p：w w1 mi c r o c h i p c o m d o w n l o a d s e n D e v i c e Do c 3 0 3 2 5 b p d f 【2】T C 9 1 4 8 d a t a s h e e t M a n u f a c t u r e r：T o s h i b a h t t p：w w w c h i p d o c s c o m d a t a s h e e t s d a t a s h e e t p T o s h i b a T C 91 4 8 h t mj (上接第3 8 页)事实上。本设计在X i l i n x 公司的XC 9 5 0 0 系列 C P L D(x c 9 5 1 0 8 p q l O 0 7)芯 片上 进 行 了实 现。并 针对其特点对设计进行 了最后的优化。该编解码 器 共 占用 了1 4 9 个逻 辑单 元。占总逻 辑资 源 的 8，因此，十分有利于今后对其进行完善 和功 能的添 加。4 结束语 本设计具有一定的通用性，它的逻辑大部分 只涉及到编、解码器本身；而它与外部的接 E l 十 分简单，只要对其读、写并对跳变沿信号进行有 效控制，就能使其正常工作。本设计十分独立，由于选用器件资源比较丰富。故对其进行功能添 加也十分方便。只需添加 电路设计而不必对原有 电路进行修改。参考文献【l】樊 昌信 通信原理【M】北京：国防工业 出版社，2 0 0 1 【2】候伯亨，顾新 V H D L 硬件描述语言与数字逻辑 电路设 计【M】西安：西安 电子科技 大学 出版社，1 9 9 9 【3】石红梅，姬 劳，谢 栓 勤 用F P G A实现 1 5 5 3 B总线接 口中 的曼码编解码 器 J】单 片机 与嵌入式 系统应 用，2 0 0 4，(4)：4 2 4 6 e c d a c n 2 0 0 7 6 电子元 器 件 主用 4 1 维普资讯 http:/