klawatura.pdf

BASCOM College

Klawiatura szesnastkowa

do systemów mikroprocesorowych

2503

Do czego to służy?

Prawie każdy system mikroprocesorowy mu−

si posiadać wbudowane układy, które umoż−

liwiają mu komunikację ze światem zewnę−

trznym. Procesor musi skądś otrzymywać da−

ne, przetwarzać je i wysyłać dalej, najczę−

ściej do interfejsu czytelnego dla człowieka.

Najlepszym przykładem takiego systemu jest

komputer PC. Posiada on szereg układów

przechwytujących informację ze świata ze−

wnętrznego, czyli klawiaturę, myszkę, mo−

dem telefoniczny lub skaner. Informacja

przetworzona przez komputer przekazywana

jest jego użytkownikowi za pomocą monito−

ra, karty dźwiękowej, lub drukarki. O ile

jednak dodawanie dodatkowych układów ko−

munikacyjnych do komputera nie sprawia

prawie nigdy większych trudności, to inaczej

ma się sprawa z miniaturowymi komputerka−

mi jakimi są nasze systemy mikroprocesoro−

we. Przeszkodą jest tu przede wszystkim

ograniczona ilość wyprowadzeń nawet “naj−

większego” procesora. Na szczęście, projek−

tanci systemów mikroprocesorowych wymy−

ślili kilka standardów przekazywania infor−

macji pomiędzy elementami systemu, a także

do i ze świata zewnętrznego. Jednym z naj−

popularniejszych sposobów transmisji da−

nych jest dwuprzewodowa magistrala I 2 C.

Specyfikacją magistrali I 2 C zajmiemy się

w najbliższym czasie, a na razie zadowolimy

się tylko informacją, że w dwuprzewodowej

magistrali dane mogą być przekazywane

w obydwóch kierunkach: od układu nadrzęd−

nego (master) do układów podporządkowa−

nych (slave), a także w odwrotnym kierunku.

Magistrala I 2 C została tak zaprojektowana,

że w zasadzie nic nie ogranicza ilości dołą−

czonych do niej urządzeń. Warunek jest je−

den, a jego niespełnienie może prowadzić do

nieprawidłowej transmisji danych: każde

urządzenie dołączone do magistrali musi po−

siadać swój własny, niepowtarzalny adres.

Magistrala I 2 C jest szeroko stosowana w pro−

fesjonalnych systemach mikroprocesoro−

wych, m. in. w sterowanym cyfrowo sprzęcie

video i audio.

Jednym z najważniejszych elementów

umożliwiających wydawanie rozkazów

i przekazywanie informacji do procesora

przez człowieka, jest klawiatura. Nie musi

być to bynajmniej klawiatura typu “kompute−

rowego”. Niekiedy za klawiaturę uważamy

zespół kilku klawiszy, a nawet jeden klawisz.

Tak czy inaczej klawisze te muszą być jakoś

dołączone do procesora i w każdym wypad−

ku zajmują pewną ilość cennych wyprowa−

dzeń układu.

Na rysunku 1 pokazane zostały trzy

najpopularniejsze sposoby łączenia klawi−

szy z procesorem. Najprostszą metodą do−

łączenia klawiatury do procesora jest bez−

pośrednie połączenie klawiszy z wejściami

układu, pokazane na części rysunku ozna−

czonej “A”. Jest to także najprostsze roz−

wiązanie z punktu widzenia programisty,

ale posiada jedną, przy większej ilości kla−

wiszy dyskwalifikująca je wadę: na każdy

klawisz przypada jedno wyprowadzenie

procesora.

Rys. 1

Elektronika dla Wszystkich

BASCOM

Często stosowanym rozwiązaniem jest

klawiatura matrycowa, której schemat został

pokazany w części rysunku “B”. Zależność

pomiędzy ilością klawiszy, a ilością użytych

wyprowadzeń procesora jest tu nieco lepsza

niż w poprzednim przykładzie. Do obsługi

klawiatury 12 przyciskowej potrzebne jest

tylko 3+4 czyli 7 wyprowadzeń, klawiatura

16 przyciskowa wymagać będzie zaabsorbo−

wania 8 nóżek procesora. To już trochę le−

piej, ale w przypadku procesorów 89CX051

o 15 aktywnych wyprowadzeniach, też bar−

dzo dużo. Ponadto, programowa obsługa kla−

wiatury matrycowej (nie będziemy jej w tym

miejscu opisywać) jest znacznie bardziej

skomplikowana niż pojedynczych przyci−

sków i wymaga stałego zaangażowania ze

strony skanującego ją procesora.

Moim zdaniem, najlepszym sposobem

skonstruowania klawiatury o większej ilości

przycisków jest zastosowanie dekoderów

umożliwiających przesyłanie ośmiobitowego

słowa wejściowego do procesora za pomocą

dwuprzewodowej magistrali I 2 C (“C”). Naj−

lepszym przykładem takiej klawiatury jest

konsola komputera PC, z której dane przeka−

zywane są także za pomocą dwóch przewo−

dów (nie jest to jednak magistrala I 2 C, ale

idea pozostaje taka sama).

Układ, z którego budową zapoznamy się

za chwilę zaprojektowany został jako uzupeł−

nienie naszej płytki do testowania prototypo−

wych układów

procesorowych

i nauki progra−

mowania w sy−

stemie BA−

SCOM. Nic jed−

nak nie stoi na

przeszkodzie,

aby zastosować

go w układzie

praktycznym, ja−

ko moduł uła−

twiający budowę

systemu. Już te−

raz mogę odsło−

nić Wam rąbek

tajemnicy ota−

czającej czekają−

cą nas przy−

szłość. Na opu−

blikowanie jej

opisu czeka ko−

lejna uniwersal−

na płytka do bu−

dowy systemów

mikroprocesoro−

wych. Tym ra−

zem nie będzie

to jednak tablica

o sporych wy−

miarach, wygod−

na jedynie pod−

czas nauki i te−

stowania nowych pomysłów. Nowa płytka

ma wymiary typowego wyświetlacza LCD

(dokładnie), ale udało mi się zmieścić na niej

większość elementów potrzebnych do budo−

wy typowych układów procesorowych. Po−

służmy się prostym przykładem: dołączmy

do tej płytki znany już Wam moduł wyświe−

tlaczy siedmiosegmentowych LED, klawia−

turę i ... mamy gotowy zegar o zależnej tylko

od inwencji programisty ilości funkcji.

w stronę plusa zasilania. A zatem, aby cokol−

wiek z wejść układu PCF8574 odczytać, mu−

simy najpierw ustawić na nich stan wysoki.

W tym celu należy zainicjować transmisję

w magistrali I 2 C, przygotować odbiornik do

przyjęcia informacji, a następnie wysłać do

niego wartość 255, czyli binarnie 1111 1111.

Wygląda to dość skomplikowanie, ale na

szczęście dysponujemy naszym BA−

SCOM’em. W języku MCS BASIC wszyst−

kie wymienione operacje wykonywane są po

wydaniu tylko jednego polecenia:

Jak to działa?

Schemat elektryczny układu klawiatury zo−

stał pokazany na rysunku 2 . Dwoma podsta−

wowymi elementami układu są znane już

Wam terminale typu PCF8574A, umożliwia−

jące wymianę danych pomiędzy magistralą

I 2 C, a równoległą, ośmiobitową szyną da−

nych. W przypadku modułu wyświetlaczy

siedmiosegmentowych układy PCF przeka−

zywały informację z magistrali do dekode−

rów wyświetlaczy siedmiosegmentowych,

a teraz stoi przed nimi odwrotne zadania:

zbieranie informacji ze styków klawiszy

i przekazywanie jej w postaci szeregowej do

procesora. Zasadę działania układu najlepiej

będzie poznać na podstawie analizy metod

programistycznych stosowanych do jej

obsługi.

Każdy z układów PCF8574 posiada osiem

wejść − wyjść typu open collector, z wewnę−

trznymi rezystorami podciągającymi wejścia

I2CSEND [adres odbiornika],

[wartość, którą chcemy wysłać]

W naszym konkretnym przypadku pole−

cenie to będzie miało postać:

I2CSEND 112, 255

(dla układu PCF z wszystkimi wejściami

adresowymi w stanie niskim)

lub

I2CSEND 112, 255 (dla układu PCF

z wejściami adresowymi w stanie 001 (BIN) )

Po wydaniu tych poleceń wszystkie wej−

ścia układów IC1 i IC2 przyjmują stan

Rys. 2 Schemat ideowy

Elektronika dla Wszystkich

BASCOM

wysoki i układy te gotowe są do przyjęcia in−

formacji z klawiatury.

Programista piszący program ob−

sługujący naszą klawiaturę będzie miał teraz

dwie możliwości: albo procesor będzie nieu−

stannie sprawdzał stan wejść układów IC1

i IC2, albo wykorzysta sygnał przerwania

występujący na wyjściach INT przy jakiej−

kolwiek zmianie stanu wejść układów PCF.

Sprawa obsługi przerwań zostanie wyczerpu−

jąco omówiona w BASCOM College,

a w tym momencie wystarczy tylko wspo−

mnieć, że po wystąpieniu przerwania proce−

sor przestaje wykonywać jakiekolwiek czyn−

ności i natychmiast przystępuje do realizo−

wania obsługi przerwania, czyli wykonania

instrukcji zawartych w specjalnym podpro−

gramie (w naszym przypadku będzie to

sprawdzenie stanu klawiatury).

W każdym jednak wypadku odczytu da−

nych dokonujemy za pomocą polecenia:

jej analizy, a następnie ponownie ustawia na

wejściach układów PCF8574 stan wysoki

przygotowując je w ten sposób do oczekiwa−

nia na naciśnięcie kolejnego klawisza.

Warto zauważyć, że nasza klawiatura zo−

stała podzielona na dwie sekcje i wszystkie

opisane czynności muszą donosić się kolejno

do każdej z nich.

Należy jeszcze wspomnieć o roli jaką

pełnią jumpery S18 i S17. Za ich pomocą

ustawiamy adresy układów PCF tak, aby

procesor mógł je jednoznacznie zidentyfiko−

wać. Każdy z stosowanych w systemie ukła−

dów PCF musi mieć swój indywidualny ad−

res. Jeżeli więc będziemy używać naszej kla−

wiatury np. jednocześnie z modułem wy−

świetlaczy siedmiosegmentowych,w którym

także znajdują się trzy układy te−

go typu, to należy zwrócić bacz−

ną uwagę, aby każdy z ustawio−

nych adresów był inny.

sy umieszczone na płycie czołowej klawia−

tury odnoszą się jedynie do wartości licz−

bowej wprowadzanych danych. W wielu

zastosowaniach praktycznych trzeba bę−

dzie je zastąpić opisem czynności, jakie

procesor ma wykonać po naciśnięciu dane−

go klawisza.

Wykonany układ powinniśmy jeszcze

przetestować, co możemy uczynić za po−

mocą naszej płytki testowej. Nie musimy

w tym celu jeszcze programować proceso−

ra, ani nawet go posiadać. Piszemy w edy−

torze BASCOM’a program, którego listing

został zamieszczony poniżej, kompilujemy

go, a następnie po połączeniu płytki testo−

Rys. 3a Schemat montażowy

I2CRECEIVE [adres nadajnika],

[zmienna]

Montaż

i uruchomienie

Na rysunku 3 została pokazana

mozaika ścieżek płytki obwodu

drukowanego oraz rozmieszcze−

nia na niej elementów. Z uwagi

na znaczną komplikację połączeń

płytka została wykonana na lami−

nacie dwustronnym z metaliza−

cją. Montaż układu klawiatury

wykonujemy w typowy sposób,

rozpoczynając od wlutowania

w płytkę rezystorów i podstawek

pod układy scalone, a kończąc na

zamontowaniu przycisków mi−

croswitch. Te ostatnie elementy

musimy wlutować szczególnie

starannie, bacząc aby wszystkie

przyciski zostały ustawione ide−

alnie równo względem po−

wierzchni płytki.

Do dyspozycji mamy jeszcze

jedną płytkę, którą wprawdzie nie

sposób nazwać płyt−

ką obwodu druko−

wanego. Może ona

natomiast posłużyć

do wykonania

w miarę estetycznej

płyty czołowej kla−

wiatury, która po−

nadto stabilizuje po−

łożenie przycisków

i czyni cała kon−

strukcje odporną na

urazy mechaniczne.

Sposób połączenia

obydwóch płytek

jest wyraźnie wi−

doczny na fotogra−

fiach.

Warto jeszcze

zaznaczyć, że napi−

Czyli konkretnie:

I2CRECEIVE 66, [nazwa zmiennej]

(dla układu PCF z wejściami adresowymi

w stanie 001 (BIN))

lub

I2CRECEIVE 66, [nazwa zmiennej]

(dla układu PCF z wejściami adresowymi

w stanie 001 (BIN) )

Po odebraniu wartości innej niż 255, czy−

li w przypadku naciśnięcia przez użytkowni−

ka jakiegoś klawisza procesor przystępuje do

Wykaz elementów

F/10

C2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100nF

Rys.5

Rezystory

R1 ..... R6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10k ΩΩ

Półprzewodniki

IIC1,, IC2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .PCF8574A

Pozostałe

S1 ..... S16 . . . . . . . . . . . .przyciiskii typu miicroswiittch

S17,, S18 . . . . . . . . . . . . . .3x2 golldpiin + 3 jumpery

CON1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5x golldpiin

Komplet podzespołów z płytką jest

dostępny w sieci handlowej AVT jako

kit szkolny AVT−2503

Elektronika dla Wszystkich

Kondensatory

C1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100

BASCOM

wej z

klawiaturą i emulatorem sprzętowym, uru−

chamiamy. Jeżeli wszystko jest w porząd−

ku, to po naciśnięciu któregokolwiek klawi−

sza na wyświetlaczu LCD powinna okazać

się odpowiadająca mu wartość, wyrażona

w kodzie decymalnym i hexadecymalnym.

Te same wartości będą przekazywane także

na ekran monitora emulatora programowe−

go i do emulowanego programowo wyświe−

tlacza LCD, o ile emulacja programowa zo−

stanie także włączona ( rys. 5 ).

Sposób połączenia wszystkich elementów

potrzebnych do przetestowania klawiatury

został pokazany na rysunku 4 .

' ************** KONFIGURACJA SPRZĘTOWA ***************

$sim 'nie stosować w przypadku testowania programu z zaprogramowanym 'procesorem

Config Sda = P3.5

'konfiguracja sprzętowa I2C

Config Scl = P3.4

'konfiguracja sprzętowa I2C

'Config Lcd = 16 * 1a

'stosować w przypadku testowania programu z zaprogramowanym '

'procesorem

Config Lcd = 16 * 1 'stosować w przypadku testowania programu z emulatorem sprzętowym

Dim Value As Byte 'deklaracja zmiennej (wartości pobieranej z klawiatury)

Dim Valuehex As String * 2 'deklaracja ciągu znakowego o długości 2 znaków

Declare Sub Sekcja1

'deklaracja 1 podprogramu analizującego kod odebrany z klawiatury

Declare Sub Sekcja2

'deklaracja 1 podprogramu analizującego kod odebrany z klawiatury

' *************** PĘTLA GŁOWNA PROGRAMU ***************

'początek pętli programowej

I2csend 112, 255 'ustawienie stanów wysokich na wyjściach pierwszego układu PCF8574A

I2csend 114, 255 'ustawienie stanów wysokich na wyjściach drugiego układu PCF8574A

I2creceive 64 , Value 'odczytanie stanu wejść pierwszego układu PCF8574A

If Value <> 255 Then 'jeżeli naciśnięty został klawisz w sekcji 1 to:

Call Sekcja1 'idź do podprogramu analizującego sekcji 1

Valuehex = Hex(value) 'konwersja odczytanej wartości na kod HEX

Cls 'czyszczenie ekranu LCD

Lcd "DEC:" ; Value ; " HEX:" ; Valuehex 'wysłanie na wyświetlacz LCD otrzymanych wartości w formacie 'DEC i HEX

Print "DEC:" ; Value ; " HEX:" ; Valuehex 'wysłanie do portu RS otrzymanych wartości

Wait 1 'zwłoka 1 sek

End If 'zakończenie uwarunkowań

I2creceive 66 , Value 'odczytanie stanu wejść drugiego układu PCF8574A

If Value <> 255 Then 'jeżeli naciśnięty został klawisz w sekcji 2 to:

Call Sekcja2 'idź do podprogramu analizującego sekcji 2

Valuehex = Hex(value) 'konwersja odczytanej wartości na kod HEX

Cls 'czyszczenie ekranu LCD

Lcd "DEC:" ; Value ; " HEX:" ; Valuehex

'wysłanie na wyświetlacz LCD otrzymanych wartości

Print "DEC:" ; Value ; " HEX:" ; Valuehex

'wysłanie do portu RS otrzymanych wartości

Wait 1

'zwłoka 1 sek

End If

'zakończenie uwarunkowań

Loop

'zamknięcie pętli programowej

'*******PODPROGRAMY KONWERTUJĄCE KODY OTRZYMANE Z KLAWIATURY ************

Sub Sekcja1

If Value = 254 Then

Value = 0

End If

If Value = 253 Then

Value = 1

End If

If Value = 251 Then

Value = 2

End If

If Value = 247 Then

Value = 3

End If

If Value = 239 Then

Value = 4

End If

If Value = 223 Then

Value = 5

End If

If Value = 191 Then

Value = 6

End If

If Value = 127 Then

Elektronika dla Wszystkich

BASCOM

Value = 7

End If

End Sub

Sub Sekcja2:

If Value = 254 Then

Value = 8

End If

If Value = 253 Then

Value = 9

End If

If Value = 251 Then

Value = 10

End If

If Value = 247 Then

Value = 11

End If

If Value = 239 Then

Value = 12

End If

If Value = 223 Then

Value = 13

End If

If Value = 191 Then

Value = 14

End If

If Value = 127 Then

Value = 15

End If

End Sub

Rys.5

REKLAMA · REKLAMA · REKLAMA · REKLAMA · REKLAMA · REKLAMA · REKLAMA

Elektronika dla Wszystkich

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: