Podstawy projektowania systemów mikroprocesorowych, cz. 8.pdf

K U R S

Podstawy projektowania systemów

mikroprocesorowych, część 8

Jednym z†podstawowych elementÛw interfejsu uøytkownika

w†systemach cyfrowych jest klawiatura. W†tej czÍúci

cyklu pokazujemy, w†jaki sposÛb do³¹czyÊ i†jak

obs³ugiwaÊ lokalne klawiatury o†stykach do³¹czanych

bezpoúrednio do portÛw mikrokontrolera.

Obs³uga klawiatury

Chociaø klawiatura bez w¹tp-

ienia naleøy do grupy omÛwionych

w†poprzednim odcinku elementÛw

stykowych, to jednak sposÛb obs³u-

gi duøej liczby przyciskÛw jest za-

gadnieniem nieco bardziej skompli-

kowanym (choÊ przy niewielkiej

liczbie przyciskÛw sposÛb obs³ugi

nie rÛøni siÍ od obs³ugi pojedyn-

czych elementÛw stykowych). Kla-

wiatura jest jednym z†najpopular-

niejszych urz¹dzeÒ wejúciowych

umoøliwiaj¹cych komunikacjÍ uøyt-

kownika z†systemem mikroproceso-

rowym i†wp³ywanie na sposÛb je-

go dzia³ania. W†zaleønoúci od fun-

kcji pe³nionej przez dany system

klawiatura moøe osi¹gaÊ rozmiary

uk³adu kilkunastu czy kilkudziesiÍ-

ciu klawiszy. W†zaleønoúci od licz-

by klawiszy zmienia siÍ takøe spo-

sÛb obs³ugi programowej, poczyna-

j¹c od bezpoúredniego odczytu sta-

nu portu, a†koÒcz¹c na rozbudowa-

nych procedurach obs³ugi klawia-

tur matrycowych. Obec-

nie w†uk³adach potrzebuj¹-

cych duøej liczby klawiszy co-

raz popularniejsze staje siÍ wyko-

rzystanie gotowych klawiatur

z†komputerÛw PC.

Jeøeli w†projektowanym systemie

nie jest potrzebna duøa liczba kla-

wiszy, wykorzystuje siÍ bezpoúred-

nie po³¹czenie mikrowy³¹cznikÛw

tworz¹cych klawiaturÍ do linii por-

tu mikrokontrolera. SytuacjÍ tak¹

przedstawiono na rys. 27 . Po³¹cze-

nie wykonano bezpoúrednio, bez

øadnych dodatkowych rezystorÛw

podci¹gaj¹cych (oczywiúcie, o†ile

wykorzystywane linie posiadaj¹ re-

zystory wewnÍtrzne), gdyø umiesz-

czona zazwyczaj w†pobliøu mikro-

kontrolera klawiatura nie jest na-

raøona na zak³Ûcenia oraz nie ma

koniecznoúci stosowania pr¹dÛw

gwarantuj¹cych samooczyszczanie

stykÛw (nastÍpuje ono w†sposÛb

mechaniczny, wskutek dzia³ania

znacznej si³y nacisku palca). Pros-

tota uk³adowa tego rozwi¹zania

wp³ywa rÛwnieø na prostotÍ oprog-

ramowania. Detekcja naciúniÍcia

przycisku odbywa siÍ na zasadzie

odczytu stanu konkretnej linii por-

tu - ì0î oznacza klawisz wciúniÍ-

ty. UwzglÍdniaj¹c zjawiska ³¹cze-

niowe (drgania stykÛw) obs³uga

programowa moøe byÊ identyczna

jak omÛwiona wczeúniej dla in-

nych elementÛw stykowych. Nale-

øy jedynie zwielokrotniÊ liczbÍ po-

mocniczych zmiennych odpowiada-

j¹cych liczbie stosowanych klawi-

szy. Wad¹ prezentowanego uk³adu

jest koniecznoúÊ zarezerwowania

jednej linii portu mikrokontrolera

dla jednego klawisza i†zwi¹zane

z†tym trudnoúci wygospodarowania

linii sygna³owych przy wiÍkszej

liczbie klawiszy i†innych urz¹dzeÒ

korzystaj¹cych z†portÛw mikrokont-

rolera.

Na rys. 28 przedstawiono nie-

co bardziej ekonomiczne rozwi¹za-

nie. Linie jednego portu s¹ wyko-

rzystywane przez dwa urz¹dzenia

- w†tym przypadku jednym urz¹-

Rys. 27

Rys. 28

Elektronika Praktyczna 10/2003

K U R S

List. 10. Procedura obługująca prostą klawiaturę pokazaną na rys. 28

;KLAWISZE - zmienna bajtowa przechowująca stan klawiszy (1 - naciśnięty)

;BUFOR - zmienna bajtowa przechowująca daną do wysłania do zatrzasku

Na rys. 29 przedstawiono spo-

sÛb do³¹czenia klawiatury do mik-

rokontrolera z†wykorzystaniem

wspÛlnych linii z†innym urz¹dze-

niem, ktÛrym jest... rÛwnieø kla-

wiatura! Przedstawiony na rysun-

ku uk³ad pod³¹czenia przyciskÛw

tworzy klawiaturÍ matrycow¹. Cha-

rakterystyczn¹ cech¹ takiego roz-

wi¹zania jest moøliwoúÊ wyrÛønie-

nia na schemacie wierszy i†ko-

lumn, na przeciÍciu ktÛrych znaj-

duj¹ siÍ elementy zwieraj¹ce

(przyciski). Moøliwa do obs³uøenia

liczba klawiszy jest zaleøna od

liczby wierszy i†kolumn matrycy,

i†jest rÛwna iloczynowi tych

dwÛch wartoúci.

Zasada dzia³ania uk³adu jest

nastÍpuj¹ca: odczytywanie stanu

klawiszy odbywa siÍ w†sposÛb

grupowy, tzn. jednoczeúnie odczy-

tywany jest stan jednego rzÍdu

klawiszy (jeden wiersz lub jedna

kolumna) - za³Ûømy, øe w†naszym

uk³adzie bÍdziemy klawiaturÍ

sprawdzaÊ odczytuj¹c stan klawi-

szy pogrupowanych w†wiersze

(zgodnie z†kolejn¹ numeracj¹ na

schemacie). W†takiej konfiguracji

linie P1.4 do P1.7 bÍd¹ pracowa-

³y jako wejúcie, natomiast linie

P1.0 do P1.3 jako wyjúcie (nie

jest konieczne stosowanie rezysto-

;sekwencje napisano jako podprogramy wywoływane rozkazem LCALL

KLAWIATURA:

MOV P1,#0FFH ;ustawienie linii portu P1

CLR P3.0

;zerowanie linii P3.0

MOV A,P1

;odczyt stanu linii

CPL A

;negacja bitów (aby uzyskać 1 dla naciśniętego klawisza)

MOV KLAWISZE,A ;zapamiętanie stanu klawiatury

SETB P3.0

;ustawienie linii P3.0 (aby naciskanie klawiszy nie

;wpływało na stan linii portu P1

RET

;powrót do programu głównego

ZATRZASK:

MOV P1,BUFOR ;przesłanie danych do portu P1

SETB P3.7

;generacja sygnału strobującego

CLR P3.7

;(należy pamiętać o wyzerowaniu linii P3.7 po resecie

;mikrokontrolera - w części programu inicjującej

;zmienne i rejestry)

RET

;powrót do programu głównego

dzeniem jest klawiatura, natomiast

drugim uk³ad zatrzaskowy ( latch )

74LS573 (moøe to byÊ takøe do-

wolny inny uk³ad posiadaj¹cy wej-

úcie zezwalaj¹co/strobuj¹ce i†pozo-

staj¹cy obojÍtny na stan linii, gdy

wejúcie to jest nieaktywne). Przed-

stawiony schemat uwzglÍdnia je-

dynie klawiaturÍ czteroprzyciskow¹

(dla zachowania czytelnoúci rysun-

ku), ale nic nie stoi na przeszko-

dzie, aby pod³¹czona klawiatura

wykorzystywa³a wszystkie osiem

linii portu.

Uk³ad ten dzia³a nastÍpuj¹co:

jeøeli chcemy przesy³aÊ dane do

rejestru zatrzaskowego, wÛwczas

konieczne jest ustawienie linii

P3.0 w†stan wysoki. NastÍpnie

wysy³amy do portu P1 bajt prze-

znaczony do przes³ania, a†potem

generujemy sygna³ strobuj¹cy (im-

puls): ustawiamy i†zerujemy liniÍ

P3.7 - zbocze opadaj¹ce powoduje

zatrzaúniÍcie informacji w†rejestrze

i†pamiÍtanie jej gdy P3.7=0. Gdy

chcemy obs³uøyÊ klawiaturÍ, nale-

øy wpisaÊ do portu P1 wartoúÊ

0xFF (ustawienie wszystkich linii

w†stan wysoki w†celu wykorzysta-

nia ich jako wejúcia), a†nastÍpnie

wyzerowaÊ liniÍ P3.0. Jeøeli ktÛ-

ryú z†klawiszy zostanie wciúniÍty,

to odpowiednia linia portu P1 zo-

stanie wprowadzona w†stan niski

(wskutek po³¹czenia z†lini¹ P3.0

pozostaj¹c¹ w†stanie niskim). Od-

czytuj¹c stan portu P1 odczytuje-

my zatem stany klawiszy (ì0î -

klawisz wciúniÍty) - po dokonaniu

odczytu naleøy z†powrotem usta-

wiÊ liniÍ P3.0 w†stan wysoki.

Uk³ad dzia³a³by rÛwnieø popra-

wnie, gdyby pominiÍto zastosowa-

ne diody w³¹czone szeregowo

z†przyciskami, jednak mog³yby wy-

st¹piÊ przek³amania przy zapisie

do rejestru, gdyby w†czasie trans-

misji kilka przyciskÛw by³o naciú-

niÍtych rÛwnoczeúnie. Dlatego teø

lepiej wspomniane diody zastoso-

waÊ. Przyk³adow¹ sekwencjÍ roz-

kazÛw obs³uguj¹cych wspomniany

uk³ad zamieszczono na list. 10 .

List. 11. Program obsługi klawiatury matrycowej (schemat na rys. 29)

;KLAW1_8 - pomocnicza zmienna bajtowa pamiętająca stan klawiszy SW1

; do SW8 (najmłodszy bit oznacza stan SW8, “1” oznacza

; klawisz wciśnięty)

;KLAW8_16 - pomocnicza zmienna bajtowa pamiętająca stan klawiszy SW8

;

do SW16 (najmłodszy bit oznacza stan SW16, “1” oznacza

;

klawisz wciśnięty)

CZYTAJ_KLAWISZE: ;procedura wywoływana przez LCALL

MOV P1,#0FFH ;ustawienie linii portu P1 w stan wysoki

CLR P1.3 ;wyzerowanie linii P1.3

MOV A,P1 ;odczyt stanu linii portu P1 (czytamy 1 wiersz)

SETB P1.3 ;ustawienie linii P1.3 (bo stan już odczytaliśmy)

CPL A ;negacja (aby 1 oznaczała wciśnięty klawisz)

ANL A,#0F0H ;maskowanie młodszych 4 bitów - interesują nas starsze

MOV KLAW1_8,A ;zapamiętanie stanu 4 klawiszy

CLR P1.2 ;wyzerowanie linii P1.2

MOV A,P1 ;odczyt stanu linii portu P1 (czytamy 2 wiersz)

SETB P1.2 ;ustawienie linii P1.2

CPL A ;negacja

ANL A,#0F0H ;maskowanie

SWAP A ;zamienienie miejscami połówek bajtu (bo wiersz 2 to 4

;młodsze bity KLAW1_8)

ORL A,KLAW1_8 ;połączenie informacji o obu wierszach

MOV KLAW1_8,A ;zapamiętanie stanu wszystkich ośmiu klawiszy

CLR P1.1 ;wyzerowanie linii P1.1

MOV A,P1 ;odczyt stanu linii portu P1 (czytamy 3 wiersz)

SETB P1.1 ;ustawienie linii P1.1

CPL A ;negacja

ANL A,#0F0H ;maskowanie

MOV KLAW8_16,A ;zapamiętanie stanu 4 klawiszy (SW9-SW12)

CLR P1.0 ;wyzerowanie linii P1.0

MOV A,P1 ;odczyt stanu linii portu P1 (czytamy 4 wiersz)

SETB P1.0 ;ustawienie linii P1.0

CPL A ;negacja

ANL A,#0F0H ;maskowanie

SWAP A ;zamienienie miejscami połówek bajtu

ORL A,KLAW8_16 ;połączenie informacji o obu wierszach

MOV KLAW8_16,A ;zapamiętanie stanu wszystkich ośmiu klawiszy

RET

;powrót do programu głównego

Elektronika Praktyczna 10/2003

K U R S

rÛw podci¹gaj¹cych dla linii P1.0

i†P1.1 mikrokontrolerÛw

AT89Cx051, gdyø stan wysokiej

impedancji i†stan wysoki s¹ tu

nierozrÛønialne - na pracÍ uk³adu

wp³ywa tylko stan niski). WstÍp-

nie naleøy do portu P1 wpisaÊ

same jedynki (ustawiÊ wszystkie

linie), nastÍpnie moøemy przejúÊ

do odczytu pierwszego wiersza.

Dokonujemy tego zeruj¹c progra-

mowo liniÍ P1.3 (linie P1.0 do

P1.2 pozostaj¹ w†stanie wysokim)

i†odczytuj¹c stan wyprowadzeÒ

P1.4...P1.7 - stan tych linii od-

zwierciedla stan klawiszy w†pier-

wszym wierszu (SW1...SW4) -

przyk³adowo stan niski na linii

P1.6 oznacza wciúniÍcie SW2.

W†podobny sposÛb postÍpujemy

dla pozosta³ych wierszy, kolejno

zeruj¹c pojedynczo linie P1.2,

P1.1 i†P1.0 (pozosta³e linie w†sta-

nie wysokim) i†odczytuj¹c stan

czterech starszych linii portu.

Rozwi¹zanie programowe bÍdzie

polegaÊ na jednorazowym odczy-

taniu stanu wszystkich klawiszy,

a†nastÍpnie przekazaniu informacji

o†naciúniÍciach do programu g³Ûw-

nego (przez zapamiÍtanie w†po-

mocniczej zmiennej). Przyk³adow¹

procedurÍ obs³ugi klawiatury mat-

rycowej zamieszczono na list. 11 .

Gdyby zaistnia³a potrzeba od-

czytywania stanu klawiatury ko-

lumnami, to zmieni¹ siÍ jedynie

funkcje wyprowadzeÒ: kolejno ze-

rowaÊ bÍdziemy wyprowadzenia

P1.4...P1.7, a†odczytywaÊ P1.0...P1.3

(tym razem konieczne bÍd¹ rezys-

tory podci¹gaj¹ce dla P1.0 i†P1.1

mikrokontrolerÛw AT89Cx051).

Rys. 29

W†przypadku naciúniÍcia wiÍcej

niø jednego klawisza istnieje niebez-

pieczeÒstwo odczytania przez uk³ad

dziwnej kombinacji naciúniÍtych kla-

wiszy (podobna cecha jak w†uk³a-

dzie z†rys. 28, choÊ tutaj nie zosta-

n¹ przek³amane øadne transmitowa-

ne dane - tylko klawiatura korzysta

z†tych linii portu). Aby temu zapo-

biec moøna zastosowaÊ diodÍ szere-

gowo w³¹czon¹ z†kaødym klawiszem

(patrz rys. 28). W†naszym przypad-

ku (odczytywane wiersze klawiatu-

ry) diody naleøy w³¹czyÊ katodami

w†kierunku linii wierszy

(P1.0...P1.3). Gdybyúmy klawiaturÍ

chcieli odczytywaÊ kolumnami, to

naleøy diody pod³¹czyÊ odwrotnie.

Zastosowanie klawiatury matry-

cowej w†systemie mikroprocesoro-

wym pozwala na zaspokojenie na-

wet bardzo rozbudowanych potrzeb

dotycz¹cych klawiatury. Istniej¹ jed-

nak aplikacje, w†ktÛrych zastosowa-

nie rozbudowanego uk³adu klawia-

tury jest niemoøliwe ze wzglÍdu na

wykorzystanie w†innych celach li-

nii portÛw mikrokontrolera - po

prostu brakuje nam wolnych linii

niezbÍdnych do obs³ugi duøej

liczby klawiszy. Rozwi¹zania prob-

lemu s¹ dwa: moøna zastosowaÊ

specjalizowany uk³ad scalony lub

lepiej odpowiednio oprogramowany

drugi mikrokontroler (rozwi¹zanie

niejednokrotnie taÒsze i†elastyczniej-

sze) odpowiedzialny tylko i†wy³¹cz-

nie za wykrywanie faktu naciska-

nia klawiszy i†komunikuj¹cy siÍ

z†g³Ûwnym mikrokontrolerem za po-

moc¹ niewielkiej liczby linii (jed-

na, gÛra dwie linie) lub zastoso-

waÊ to samo rozwi¹zanie w†goto-

wej postaci dostarczanej przez wie-

lu producentÛw sprzÍtu komputero-

wego - standardow¹ klawiaturÍ

komputera PC-AT. Zastosowanie

klawiatury PC ma tÍ zaletÍ, øe jest

stosunkowo tanie, a†takøe bardzo

³atwe w†adaptacji i†estetyczne - od-

pada koniecznoúÊ borykania siÍ

z†rozwi¹zaniami mechanicznymi

i†obudow¹ klawiatury. Jedyn¹ wad¹

takiego rozwi¹zania jest koniecznoúÊ

zapoznania siÍ z†doúÊ nietypowym

sposobem komunikacji klawiatury

z†mikroprocesorem. SzczegÛ³y przed-

stawimy za miesi¹c.

Pawe³ Hadam, AVT

pawel.hadam@ep.com.pl

Elektronika Praktyczna 10/2003

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: