I2C接口ZLG7289在數(shù)控信號源中的應(yīng)用

數(shù)控信號源除了要求可實現(xiàn)正弦波、方波、鋸齒波等常規(guī)波形的輸出外，還要求能輸出頻率可調(diào)、幅度可調(diào)、相位可調(diào)的任意波形，因此，在數(shù)控信號源中，需要通過鍵盤控制信號的頻率、幅度、相位等參數(shù)，同時需要顯示當(dāng)前所產(chǎn)生的信號的頻率及調(diào)制方式等。但是，由于人機(jī)界面中的鍵盤、顯示等慢速外設(shè)需占用系統(tǒng)太多的資源，從而造成處理速度下降，系統(tǒng)的可靠性降低。因此，本文采用具有串行接口的鍵盤顯示智能控制芯片ZLG7289，并以它為核心設(shè)計的鍵盤、顯示電路具有結(jié)構(gòu)簡潔，功能完備，可靠性高的特點，且使用方便，適于推廣。

1 ZLG7289 I2C接口簡介

ZLG7289 I2C鍵盤顯示與接口是廣州周立功公司研發(fā)的，具有SPI串行接口功能，可同時驅(qū)動8位共陰式數(shù)碼管(和64只獨立LED)的智能顯示驅(qū)動芯片。該芯片同時還可連接多達(dá)64鍵的鍵盤矩陣，單片即可完成LED顯示和鍵盤接口的全部功能，且不占用單片機(jī)系統(tǒng)資源。其技術(shù)特點為：

(1)串接口，MCU接口方便；

(2)無需外圍元件就可直接驅(qū)動LED；

(3)各位獨立控制譯碼／不譯碼及消隱和閃爍屬性；

(4)循環(huán))左移／(循環(huán))右移指令；

(5)具有段尋址指令，方便控制獨立LED；

(6)64鍵鍵盤控制器，內(nèi)含去抖動電路。

該芯片可方便地應(yīng)用于各種測試儀器儀表和工業(yè)的人機(jī)接口中。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 ZLG7289與微處理器的接口

ZLG7289A與微處理器的接口設(shè)計如圖1所示，ZLG7289的6～9腳分別與AT89C51的P0.1～P0.3及INT0相連。其中6腳為片選輸入端CS，低電平有效，可向芯片發(fā)送指令及讀取鍵盤數(shù)據(jù)；7腳為CLK，同步時鐘輸入端，向芯片發(fā)送數(shù)據(jù)及讀取鍵盤數(shù)據(jù)時，此引腳電平上升表示數(shù)據(jù)有效；8腳為串行數(shù)據(jù)輸入／輸出端，當(dāng)芯片接收指令時，此引腳為輸人端；當(dāng)讀取鍵盤數(shù)據(jù)時，此引腳在“讀”指令最后一個時鐘的下降沿變?yōu)檩敵龆耍?腳為按鍵有效輸出端KEY，平時為高電平，當(dāng)檢測到有效按鍵時，此引腳變?yōu)榈碗娖健?/p>

2.2 ZLG7289與鍵盤和LED數(shù)碼管的連接

ZLG7289A應(yīng)連接共陰式數(shù)碼管，應(yīng)用中無需用到的數(shù)碼管和鍵盤可以不連接，省去數(shù)碼管和對數(shù)碼管設(shè)置消隱屬性均不會影響鍵盤的使用。使用按鍵電路中須有相應(yīng)的下拉電阻如R6，阻值為100 kΩ，連接6個按鍵與位選線DIGO～DIG4的5只電阻R1～R5稱為位選電阻。芯片應(yīng)用中，下拉電阻與位選電阻應(yīng)遵從一定的比例關(guān)系，下拉電阻應(yīng)大于位選電阻的5倍而小于其50倍，典型值為10倍。圖中位選電阻取值10 kΩ。在不影響顯示的前提下，下拉電阻應(yīng)盡可能地取較小的值，這樣可以提高鍵盤部分的抗干擾能力。

2.3 其他外圍電路

其他外圍電路如圖1所示，ZLG7289A需要一外接晶體振蕩電路供系統(tǒng)工作。其典型值為f=12 MHz，C=15 pF。ZLG7289A的RESET復(fù)位端在一般應(yīng)用情況下，可以直接和Vcc相連，只有在需要較高可靠性的情況下，才需要連接一外部復(fù)位電路或直接由微處理器控制。因為芯片可直接驅(qū)動LED碼管顯示，電流較大，且為動態(tài)掃描方式。為盡量消除電源噪聲干擾，提高電路抗干擾能力，應(yīng)用時可在電源的正負(fù)極間并人一個100μF的電容。

3 ZLG7289在數(shù)控信號源中的應(yīng)用

3.1 硬件設(shè)計

該數(shù)控信號源的人機(jī)接口電路如圖1所示，由ZLG7289控制一個5×6的矩陣鍵盤和8個LED數(shù)碼管的顯示。該系統(tǒng)以AT89C51和DDS芯片AD9852為核心組成信號發(fā)生器的主體電路，由DDS輸出的信號經(jīng)過信號調(diào)理電路濾波、放大、衰減成為最終輸出信號，系統(tǒng)框圖如圖2所示。

AT89C51作為系統(tǒng)的主控制器與人機(jī)接口電路通過ZLG7289的SPI接口實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)通信，接收處理人機(jī)接口發(fā)來的各種控制信息，控制DDS及信號調(diào)理電路實現(xiàn)各種調(diào)制信號的輸出，再經(jīng)過低通濾波器得到頻譜純凈的波形，濾波器輸出的波形經(jīng)過乘法器、功放電路和衰減電路得到用戶所需的輸出波形。

3.2 程序設(shè)計

本數(shù)控信號源需要通過鍵盤的輸入最終實現(xiàn)對頻率、幅度、相位和波形等的數(shù)字調(diào)節(jié)及數(shù)字顯示，因此，根據(jù)設(shè)計的需要，鍵盤矩陣的設(shè)計如圖3所示。

當(dāng)有鍵按下時，KEY腳輸出低電平，并將KEY作為AT89C51的中斷輸入信號，調(diào)用中處理程序，從ZLG7289的DIO端口讀取鍵值，同時通過DIO端口向ZLG7289傳送指令和數(shù)據(jù)，ZLG7289對指令進(jìn)行譯碼并顯示數(shù)據(jù)，判斷鍵值并根據(jù)各鍵值執(zhí)行相應(yīng)的子程序，顯示相應(yīng)的內(nèi)容，并實現(xiàn)對DDS芯片的控制，以產(chǎn)生與鍵值相應(yīng)的各種信號，程序流程圖如圖4所示。

4 結(jié) 語

ZLG7289人機(jī)接口只需一片智能芯片即可很好地完成頻率、幅度等的數(shù)字顯示和鍵盤控制功能，且無需添加鎖存器、驅(qū)動和寄存器等，電路簡單、耗電較小，軟件設(shè)計也無需進(jìn)行顯示譯碼，從而省去了靜態(tài)顯示擴(kuò)展芯片，節(jié)省了CPU的占用時間。應(yīng)用ZLG7289設(shè)計的數(shù)控信號源具有良好的人機(jī)對話功能，在實際使用中取得了滿意的效果。