专利名称：基于基本总线的键盘与led显示器接口模块的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及微处理器接口模块，特别是一种基于基本总线的键盘与LED显示器的接口模块。
背景技术：
键盘与LED显示器是单片机或微机(以下称为微处理器)控制系统常用的外设，某些微处理器控制系统往往需要大量的操作键盘进行系统控制和进行不同类型数据的显示。如一些基于微处理器的教学与科研实验用设备和复杂工业控制系统的控制与显示仪表，这些实际系统往往希望器件的结构紧凑，要求键盘与LED显示器通过同一个接口模块进行物理连接；有些系统希望操作者能与微处理器进行充分的人机信息交换，要求有数量多的键盘与LED显示器，以满足一些微处理器控制系统输入/输出数据量大的需要；同时要求在高速控制下键盘/显示器与接口的连接线要少；要求接口有良好的通用性。因此，对于微处理器系统研制能控制多的操作键和LED显示器的高效接口模块是有实际应用意义的。
目前微处理器系统应用中，基于基本(Base)总线的键盘与LED显示驱动接口存在支持的键盘数量与LED显示器数量少的问题；键盘与LED显示接口电路设计和运用得比较多的模块只支持16～24键与4～8个LED显示器；这种模块采用通用并行接口芯片或数字逻辑电路芯片进行键盘/显示器控制，因此接口控制的键盘与显示器的数量受到很大限制；而且由于这些接口电路的芯片的键盘/显示器控制中扫描信号由微机软件发生，因此接口控制占用微机的计算时间多，使微机的工作效率降低，不利于微机系统的实时控制。
发明内容
本实用新型目的在于提供一个基于基本总线的键盘与LED显示器接口模块，该模块支持256键与16个LED显示器控制，键盘/显示器与接口模块连接线少，接口有良好的通用性，接口控制过程占用微处理器的处理时间少。
要实现上述目的，本实用新型的技术方案是按BASE总线标准，运用硬件可编程控制器芯片、译码电路、驱动电路进行键盘和显示的编码动态扫描，编码动态扫描方式扩展了接口对键盘与LED的处理功能，提高了接口的处理效率，克服了在先技术接口受BASE总线信号线数量限制、受微处理器运行时间限制的缺点，使Base总线接口模块控制的键盘数量与LED数量增多；同时，键盘控制中由可编程控制器芯片形成键盘二进制编码，减少了接口模块与键盘/显示器之间的连接线数量，提高了接口的使用效率；最终完成对256个键盘与16位LED显示的控制功能。本接口模块，可以运用可编程中断工作方式进行键盘/显示器的控制工作，键盘与显示器扫描控制过程几乎不占用微处理器的工作时间，总的信号输入/输出占用微处理器时间极少。
有益效果本实用新型符合Base接口标准，能与Base总线进行接口，模块具有驱动能力，不对Base系统总线造成负载，可以大量扩展；模块化设计可以使微处理器系统组态灵活，可以使控制系统硬件开发周期缩短，微处理器系统故障诊断与维修方便，符合系统开放性和可扩展性的原则。对于控制用微处理器，不管是单片机还是其它控制微机，只要能与Base总线接口，就可以与本模块进行接口。与一般器件设计的电路相比较，该接口模块接口控制过程占用微机的时间少，键盘/显示器与接口模块的连接线少，具有结构紧凑和效率高以及控制的键盘数量和LED显示数量大的特点。
图1为本实用新型的电气原理图。
图2为本实用新型与键盘/LED显示器连接的电气原理图。
具体实施方式
以下结合附图，对本实用新型的具体实施进一步详细描述。
参见图1，接口模块主要由基本总线、总线驱动、可编程控制、扫描译码驱动输出和键盘与LED显示器几个部分组成。其中的组成是1为基本总线；2、3为双向总线驱动芯片；4为单向总线驱动芯片；5为片选译码芯片；6为键盘与LED显示器可编程控制芯片；7为显示扫描译码芯片；8为键盘扫描译码芯片；9为位选信号驱动芯片；10为段选信号驱动芯片；11为键盘/LED显示器外设连接插头。
基本总线1的控制信号通过双向控制线及驱动芯片2与控制芯片6的控制线口连接，该双向控制线还与驱动芯片3，动态芯片4相连接。基本总线1的数据信号通过双向数据线及驱动芯片3与控制芯片6的双向数据线口连接。基本总线1的地址信号通过单向地址线与驱动芯片4连接，然后地址中的高位通过片选译码芯片5产生片选信号与控制芯片6的控制线口的片选信号线连接，地址中的低位信号直接连接到控制芯片6的地址线口。控制芯片6的键盘状态端通过连接插头11与两个状态键相连；控制芯片6的扫描输出口通过动态扫描线与显示扫描译码芯片7和键盘扫描译码芯片8连接，键盘扫描译码芯片8输出键盘扫描信号，通过连接插头11输出到键盘列阵，控制芯片6的键盘扫描回归口通过连接插头11与键盘列阵相连。显示扫描译码芯片7受控制芯片6的显示控制信号控制，输出显示扫描信号；该扫描信号通过位选信号驱动芯片9、显示扫描线和连接插头11与16位LED显示器的位选信号线连接。控制芯片6的显示器段选输出口通过段选码线连接到段选信号驱动芯片10，再通过连接插头11与16位LED显示器的段选信号线连接。
参见图2，键盘与LED显示器外设通过连接插头11与接口模块相连接。
模块的工作过程分为两个部分接口模块与总线的接口控制，可编程控制芯片6对键盘与LED显示器的控制。
接口模块与总线的接口工作过程如下模块以基本总线1为基础，三个驱动芯片2、3、4完成与基本总线的物理连接与功率驱动，使整个模块不对总线造成负载，以便于模块的大量扩展。接口控制中，基本总线的片选信号通过控制信号线选中双向驱动芯片2、3和单向驱动芯片4使模块工作；基本总线的模块控制线通过双向总线驱动2放大后到达控制芯片6的控制口，运用中断请求与中断响应服务信号使接口模块可以与微处理器进行中断的应答联络。数据传输中，基本总线由数据线通过双向驱动芯片3和控制芯片6的双向数据线口进行信息交换；使微处理器可以对控制芯片6进行初始化编程，以决定和改变接口模块的控制工作方式；工作方式确定后，微处理器与键盘/LED显示器可以通过数据线进行信息交换，完成键盘信号的输入与显示信号的输出。地址控制中，基本总线的低位地址通过单向总线驱动芯片4驱动后作为地址信号选中控制芯片6，基本总线的高位地址通过驱动芯片4驱动后，再通过片选译码芯片5译码产生对控制芯片6的选中控制信号。
控制芯片6对键盘与LED显示器的控制过程为键盘扫描控制中，可编程芯片6发出动态扫描编码信号，该信号通过键盘扫描译码芯片8译码输出键盘动态扫描信号，再通过连接插头11向键盘列阵发出纵向定位扫描信号；当有键盘按下时，扫描信号将通过键盘传输到返回信号线返回，产生横向键盘定位信号，由连接插头11传输给控制芯片6的键盘扫描回归口，控制芯片6进行编码后最终与状态键的状态信号组合成键盘的八位二进制编码。这时控制芯片6经过逻辑判断后，通过控制线中的中断连接信号线向微处理器发出中断请求信号，微处理器就可以读取键盘编码了；结合两个状态键的按下或不按下情况可以产生四个状态，四个状态与8×8键盘列阵结合，产生256个键符信号；若对两个状态键进行2-4译码处理也可以产生独立的256键信号，由此明显减少与接口模块的连接线。动态显示控制中，微处理器只要将显示数字的代码通过数据总线输入到控制芯片6的数据口即完成了输出显示任务。控制芯片6利用与键盘处理发出的同一组动态扫描信号，通过显示扫描译码芯片7显示译码后输出显示用动态扫描信号，再通过位选驱动芯片9放大后输出，运用动态扫描信号轮流选中一位LED显示器位，因此这个信号是16位显示器的位选信号；另外，控制芯片6根据要显示数据的代码，通过控制芯片6的显示器段选输出端口显示数的段选编码，通过段选驱动芯片10放大后输出到显示器显示一定的字符；16位数据的整体显示是通过动态扫描周而复始地进行，利用发光二极管的显示余辉达到的。
根据Base总线的模块标准，可以将该电路设计在一块100mm×150mm的带有Base连接标准接头的双面印刷电路板上，最终插入Base总线的标准机箱内。当从Base总线引入电源信号到模块时，可以用100μF/16V的电容进行滤波处理，以保持电源信号的稳定。
具体实施方式
微处理器基本总线1可以采用复旦FD-Base总线，总线连接器为S-56信号标准，可以与各种微处理器兼容。电路设计中，双向总线驱动2、3可以采用245型号芯片，单向地址总线驱动4可以采用244型号芯片，片选译码芯片5根据接口地址的分配情况可以用3-8译码的138型号芯片或4-16译码的154型号芯片，完成高位地址信号的译码，以产生对控制芯片6的选中信号；控制芯片6可以采用8279型号控制芯片，8279型号控制芯片具有硬件键盘/LED显示器的处理功能；通过初始化编程，8279型号控制芯片能自动发出动态扫描信号，并能进行动态显示时的数据刷新和键盘坐标的确定功能，通过与返回线输入的信号组合，自动生成键盘信号的8位二进制编码值，8位二进制编码可以产生256个键的代码。8279型号控制芯片可以用中断方式进行工作，每处理完成一个键盘或显示控制，就向微处理器发出输入/输出的中断请求信号，以便进行下一次服务，中断工作方式可以使微处理器的工作效率明显提高，避免了键盘/LED显示接口对微处理器工作时间的不正当占用，以使微处理器有限的运算速度充分用于实时控制的需要。当采用8279型号控制芯片时，软件编程分为芯片的初始化编程和键盘/LED显示的中断服务编程两部分；初始化编程决定控制芯片的工作方式，中断服务程序完成键盘/LED显示器的输入/输出操作工作。由于在8279型号控制芯片内部设置了键盘信号的消抖动处理等键盘基本处理功能，故使用时不必考虑键盘的抖动因素，对键盘的连接要求非常低。根据需要的键数与LED显示器数，显示译码芯片7与键盘译码芯片8可以采用如3-8译码的138型号芯片和4-16译码的154型号芯片。位选与段选驱动芯片9、10可以用06型号驱动芯片，当选择的LED显示器为高亮度显示器时，驱动的电流控制在5mADC左右。11是键盘/LED显示器与模块进行连接的插头，根据连接到键盘/LED显示器信号线的数量可以选择不同大小的连接插头。
权利要求1.一种基于基本总线的键盘与LED显示器接口模块，包含基本总线(1)，可编程控制芯片(6)，连接插头(11)，其特征在于a.基本总线(1)的控制信号通过双向控制线及驱动芯片(2)与控制芯片(6)的控制线口连接，该双向控制线还与驱动芯片(3)，动态芯片(4)相连接；基本总线(1)的数据信号通过双向数据线及驱动芯片(3)与控制芯片(6)的双向数据线口连接；基本总线(1)的地址信号通过单向地址线与驱动芯片(4)连接，然后地址中的高位通过片选译码芯片(5)产生片选信号与控制芯片(6)的控制线口的片选信号线连接，地址中的低位信号直接连接到控制芯片(6)的地址线口；b.控制芯片(6)的键盘状态端通过连接插头(11)与两个状态键相连，控制芯片(6)的扫描输出口通过动态扫描线与显示扫描译码芯片(7)和键盘扫描译码芯片(8)连接，键盘扫描译码芯片(8)输出键盘扫描信号，通过连接插头(11)输出到键盘列阵，控制芯片(6)的键盘扫描回归口通过连接插头(11)与键盘列阵相连，显示扫描译码芯片(7)受控制芯片(6)的显示控制信号控制，输出显示扫描信号，该扫描信号通过位选信号驱动芯片(9)、显示扫描线和连接插头(11)与16位LED显示器的位选信号线连接，控制芯片(6)的显示器段选输出口通过段选码线连接到段选信号驱动芯片(10)，再通过连接插头(11)与16位LED显示器的段选信号线连接。
2.根据权利要求1所述的基于基本总线的键盘与LED显示器接口模块，其特征在于按基本总线的模块标准，接口模块电路设计在一块带有基本总线连接标准接头的双面印刷电路板上。
专利摘要本实用新型提供了一种基于基本总线的键盘与LED显示器接口模块，其特点是按基本总线标准，通过可编程控制器与译码电路、驱动电路进行256键动态扫描编码和16位LED动态扫描显示，键盘控制中键盘二进制编码自动形成；键盘/显示器与接口模块的连接线数量少；基本总线接口模块控制的键盘数量与LED显示器的数量多。运用可编程中断方式进行键盘/显示器的控制工作，键盘与显示器控制过程不占用微处理器的工作时间，总的输入/输出占用微处理器的时间极少。模块具有驱动能力，不对基本总线造成负载，可以大量扩展。与一般器件设计的电路相比较，具有结构紧凑、工作效率高，以及控制的键盘数量和LED显示器数量大的优点。
文档编号G06F13/40GK2919361SQ20052004627
公开日2007年7月4日 申请日期2005年11月4日 优先权日2005年11月4日
发明者施伟锋 申请人:上海海事大学