基于MC33993的键盘控制接口电路设计

基于MC33993的键盘控制接口电路设计李　晖,曾　洁,郭永伟(大连铁道学院电信分院　辽宁大连　116028)

摘　要:主要介绍一种基于可编程多路开关检测接口芯片MC33993来实现AT89S52单片微处理器的键盘控制接口电路设计。该电路克服了传统的并行接口设计中占用I/O资源较多且键盘控制编程麻烦的缺点;尤其在多键盘微处理器应用系统中,应用MC33993检测键盘状态极具参考价值。关键词:MC33993;串行外设接口;多路开关检测接口;多键盘微处理器中图分类号:TP334.7 文献标识码:B 文章编号:1004373X(2004)2403202

DesignofKeyboardControlInterfaceCircuitBasedonMC33993LIHui,ZENGJie,GUOYongwei(SchoolofElectronicCommunincation,DalianRailwayInstitute,Dalian,116023,China)

Abstract:ThepapermainlyintroducesakindofinterfacecircuitdesigntorealizeAT89S52singlechipmicroprocessorkeyboardcontrolwithprogramablemultipleswitchdetectioninterfacechipMC33993.ThiscircuitovercomesshortageoftradionalparallelinterfacedesignwhichoccupiesmuchI/Osourceandistroubledwithprogramonkeyboardcontrol,toapplyMC33993todetectkeyboardstateisveryvaluable,especialinmultikeyboardmicroprocessorsystem.Keywords:MC33993;SPI;multipleswitchdetectioninterface;multikeyboardmicroprocessor

收稿日期:200406151　引　言键盘控制接口设计是单片机应用系统中常遇到的问题,传统键盘控制接口电路设计往往以总线方式外接8155,8255或8279芯片来扩展并行口。这些芯片因为体积大,管脚多,控制麻烦,占用单片机I/O口资源多,系统庞大且耗电。因此,为了节省系统有限的I/O口资源以利于实现系统更多的控制功能,同时使系统的硬件设计和软件设计更加简洁,本文的键盘管理系统设计是基于可编程多路开关接口电路芯片MC33993,通过他的SPI通信口与单片机AT89S52间的串行通信来实现的。在这里对键盘的状态变化检测通过MC33993多路开关检测接口芯片完成,在键盘没有键按下时,MC33993处于睡眠状态(即省电模式)。当有键盘按下时,MC33993被唤醒,立即向单片机产生中断请求,以使CPU读取键盘的状态变化。不难看出,采用MC33993检测键盘的状态变化一改传统的CPU对键盘的不断扫描方式,不但节省了CPU的I/O口资源和系统功耗,而且还提高了CPU在其他方面的利用率。

2　关于MC33993的介绍本键盘管理系统所使用的核心芯片是由美国Motorola

公司新近推出的可编程多路开关检测接口集成电路MC33993,他可检测多达22路开关量输入信号,并可将检测到的多路开关的状态(三态)信号通过该芯片的SPI(串

行外围接口)传送给单片机。该器件还具有22路模拟多路开关的功能,用以读取多路模拟输入信号,模拟输入信号经缓冲器由模拟多路开关输出以供单片机读取。除此之外,MC33993还有许多其他灵活的应用,诸如可为传感器提供电源、作为模拟传感器的输入、驱动MOSFET/LED和控制管理系统电源等功能。其如此灵活强大的功能因此被广泛应用于汽车与工业电子产品的开发中。其基本的开关检测功能同样也可以应用于键盘管理电路设计之中。而且通过实践,效果非常理想。在这里有必要先介绍一下MC33993芯片的结构、特性及其功能。MC33993的内部结构如图1所示,其主要特性如下:(1)工作电压:5.5～26V。(2)开关输入电压范围:-14～+40V。(3)与微控制器间的通信接口:采用3.3V/5VSPI协议。(4)8路可编程输入:开关可接电瓶正端,也可接地。(5)14路接地输入:开关只可接地。(6)自动唤醒功能:芯片的工作状态变化可把他从睡眠状态中随时唤醒。(7)中断:开关的状态变化引起中断。(8)器件主电源VPWR待机典型电流为100󰀁A,VDD电源的待机典型电流为20󰀁A。(9)可选择的湿电流:16mA或20mA。MC33993最基本的功能是检测多路开关状态和作为多路模拟开关,有关其基本功能的应用原理通过对其内部结构框图的分析就不难看出,单片机通过与MC33993的

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微电子技术李　晖等:基于MC33993的键盘控制接口电路设计SPI串行接口的通信,向MC33993送开关设置控制命令字,开关状态的变化引起中断,单片机又通过SPI接口读取开关状态。另外MC33993器件还具有两种工作模式:正常模式和睡眠模式。睡眠模式用以降低系统的静电流,只有当给MC33993输入睡眠控制命令时,MC33993才由正常工作状态进入睡眠状态,但芯片正常工作时所有控制寄存器的状态依然保持,以便随时被唤醒时仍恢复原来的正常工作状态。芯片在开关状态发生变化、中断信号的下降沿、片选信号的下降沿、唤醒信号的下降沿、定时器中断时可以使其退出睡眠状态进入正常工作状态。正常工作模式在作为监视开关状态之用时,微处理器可经SPI接口与MC33993通讯对其进行编程设定,既可为开关的触点提供上拉电流,又可为开关触点提供下拉电流。MC33993较低的功耗使得其成为有低睡眠状态电流要求的汽车与工业电子产品的理想选择。

图1　MC33993的内部结构图图2　MC33993与AT89S52的接口电路3　MC33993与AT89S52的接口设计及工作原理MC33993具有WAKE输出,他可以控制系统电源的工作模式。在正常模式下,WAKE

输出低电平,使系统电源有输出,反之系统电源就没有输出。当不使用WAKE功能时,需要在WAKE端接一个上拉电阻到VDD电源。在睡眠模式下,当有开关闭合时会使WAKE变成低电平,从而引起MC33993回到正常模式,系统主电源将被激活,给VDD脚、微处理器、MC33993提供电源,微处理器通过读取中断标志来判断MC33993被唤醒的根源。在本电路设计中,如图2所示,由于没有使用MC33993的WAKE功能,故此MC33993的WAKE端通过一个上拉电阻接VDD即可。MC33993与单片机AT89S52的接口电路设计如图2所示,22路按键开关分别与MC33993的SP0SP7及SG0SG13共22个输入端口连接,MC33993的SPI通信口的SI,SO,CS,SCLK分别与AT89S52的P1.2,P1.3,P1.0,P1.1相连接。MC33993的中断输出INT与AT89S52的INT0中断输入口连接。MC33993的WAKE端控制通过上拉电阻接VDD,平时MC33993等处于睡眠模式。多键盘检测工作原理是这样的,首先单片机通过与MC33993的SPI口的通信对MC33993进行初始化,将MC33993的22个检测输入口全部设置为高电位,当有键盘按下,使相应输入口平由高被(下转第38页)　33

《现代电子技术》2004年第24期总第191期　󰀁集成电路󰀁有,则R2减1。如果此时R2为0,则定时时间到,转到出错子程序ERROR进行相应处理。 MOV R2//0FFHJUMP00:JBCRI,JUMP01DJNZR2,JUMP00LCALLERROR文件传送是否结束以文件末尾的结束标志来判断,一般以需要传送文件中没有的4个连续字节作为结束标志,假设为ABCD。在发送一个数据的时候,首先判断他是不是A,如果不是,则直接发送;如果是,则判断下一个字节是不是B;如果不是,则连续发A和当前不为B的两个字节。还有一种做法是判断第2个字节的时候将第1个字节暂时存起来,然后在依据第2个字节是不是B的判断决定是比较第3个字节还是从暂存字节中取出数据发送。但这样做条理不如前一种方法清晰,实现起来也比前一种复杂。在实现中还有一点需要注意的是发送数据的速率。可以在发送数据子程序中间插一些nop命令用于时延,以避免速率过快话机接收时出现新数据在缓冲区里冲掉尚未取走的数据。在开发的过程中有时候发送了相应的数据却等不到返回信号,可以在发送数据前多加几个时间delay,使单片机能比较从容的工作。

3　结　语本文设计的下载盒已经实现,并且在工作中稳定可靠。下载盒的使用极大地方便了公司技术支持人员外出对公司无线商务话机和接入设备的软件和参数的升级维护,节约了售后服务成本,同时支持了工厂大规模升级终端设备软件,具有很大的实用价值。

参　考　文　献[1]李广第.单片机基础[M].北京:北京航空航天大学出版社,1994.

(上接第33页)电拉低,由于键盘的按下使得MC33993的输入口状态发生变化,MC33993从睡眠模式中被唤醒,并即可向单片机AT89S52产生读取数据的中断请求,单片机通过MC33993的SPI通信口读取键盘的状态变化。由此看出,MC33993的应用使得系统硬件电路设计及其键盘控制程序都十分简单。而且使系统省去了CPU对键盘的不断扫描,扩展的多键盘系统仅占用了微处理少量的I/O口资源,因此极大地提高了CPU的利用率。多键盘管理的软件部分很简单,包括AT89S52对MC33993的初始化程序及因MC33993输入开关状态发生变化而引起中断的中断服务子程序。初始化程序主要是AT89S52通过MC33993的SPI接口完成对MC33993内部的相关控制寄存器的命令字的设置。中断服务子程序主要完成当有按键按下时,微处理器同样通过MC33993的SPI接口对MC33993的开关输入口的状态进行读操作。4　结　语在此向读者推荐的多键盘控制接口电路采用多路开关检测接口芯片MC33993与单片机通过SPI总线接口方式,改变了通常需要大量键盘控制接口的系统往往由许多分离器件组成,较好地解决了多键盘接口电路占用大量并行I/O口资源等问题,而且避免了编写键盘扫描、读键值等烦琐的程序,使得键盘控制系统编程更加简洁。除此之外,MC33993还具有睡眠工作模式,大大降低了系统的功耗。像这样用利用MC33993仅凭较少的CPU资源、简洁的电路设计、简单的编程来实现多键盘的管理,既极大地提高了CPU的利用率,又减小了系统功耗。由此可见MC33993是多键盘管理中非常理想的选择。