2018年03月31日 | NEC单片机的FIP显示控制/驱动器应用

    1 前言 

    日本NEC公司生产的μPD780208系列8位单片机属于78K/0家庭中功能较强的一种系列。根据内部集成的ROM和RAM容量的不同，μPD780208系列分为5个型号，μPD780208芯片是最高型号。该芯片内部集成了8位78K0CPU内核、60kB的ROM和2192B的RAM之外，还有1个FIP显示驱动/控制器、8位A/D转换器、2个串行I/O口、5个定时/计数器、3个定时器输出、1个可编程时钟输出、1个可编程蜂鸣器输出、4个外部中断源、12个内部中断源和1个测试输入。ΜPD780208支持双时钟，其电源电压范围为2.7～5.5V，可设定2种待机模式。其中的FIP(FluorescentInDICator Panel)显示控制/驱动器是μPD780208系列所特有的，它的主要功能有自动读取显示数据，以实现硬件自动显示刷新功能;控制显示9～40段和2～16位FIP;通过编程自由设定位信号输出时序;并可编程调节8级显示亮度。另外，μPD780208的显示时序中还包含有键盘扫描时序，可输出键盘扫描信号;并具有较高的驱动能力，可直接驱动FIP显示器。

    本文主要通过笔者在项目中的实际应用，给出将μPD780208中的FIP显示控制/驱动器用于显示和键盘扫描结合的应用方案。

    2 设计方案

    在笔者设计的项目中，要求μPD780208硬件平台有12位的9段VFD显示器和8×4的键盘输入，如果按照常规设计方案，由于显示控制与键盘扫描控制是相互独立的，键盘扫描需占有一个定时器。而本方案则使用显示控制/驱动器提供的键盘扫描时序来扫描键盘，因而不占用定时资源。这使是该设计方案的优点所在。(系统所用的晶振频率为4.9152MHz)。

    2.1 硬件连接

    图1所示是μPD780208的FIP显示电路的结构原理图。应用时将显示端口FIP0～FIP11接VFD显示器的位控制器T0～T11，FIP12和P80～P87接VFD显示器的段控制端S0～S8。μPD780208的显示驱动器的驱动能力很强，因而可以直接连接VFD而无需驱动电路。端口P110～P117接键盘的8根扫描线，端口P120～P123接键盘的4根回读线。

    2.2 初始化设置与资源分配

    合理地设置显示模式寄存器DSPM0和DSPM1可将显示方式设置为12位9段模式，这时FIP显示RAM地址为FA60H～FA6BH和FA70H～FA7BH。FIP控制器的时序图如图2所示。图中n=11，TDSP为1位显示周期(2048/4.9152MHz=416.7μs)，TKS为键盘扫描周期(TKS=TDSP)，TCYT为完整显示周期(TCYT=TDSP×(12+1)),TDIG为位信号脉冲宽度(可编程改变)。

    在FIP显示周期中，当处在键盘时序时，键盘扫描标志KSF被置1，其它时间被清零。当KSF置1时，将产生键盘扫描中断INTKS。在中断处理程序中进行键盘扫描和回读可用软件来设计。键盘扫描必须在KSF为1时进行，否则会造成显示混乱。1次INTKS的时间是416.7μs，这段时间可能来不及扫描完所有键。因此，该方案采用1次中断扫描一半键盘，2次中断完成一遍扫描的方式。

    键盘的消抖动问题在扫描中解决，方法是当同一位置连续3次检测到信号，即在4个TCYT间隔(4×TCYT=21.667ms)中信号一直有效时，才判断该键被按下，否则判为抖动干扰。

    3 软件设计

    3.1 相关的数据结构和变量

    使用的数据结构和变量的定义说明如下：

    char PreKeyStatus[8]; /*前一次8列键的状态存入数组的低4位*/

    char CurKeyStatus[8]; /*当有8列键的状态存入数组的低4位*/

    char SCANData; /*当前用于扫描的数据*/

    char RetData; /*临时存储回读的数据*/

    char KeyBuff[10]; /*键盘缓冲区*/

    char Khead; /*键盘缓冲区头指针*/

    char Krear; /*键盘缓冲区尾指针*/

    char ChatterCount; /*消抖动计数器*/

    char ScanEnd; /*一遍扫描结束标志*/

    char KeyChanged; /*按键改变标志*/

    3.2 程序初始化

    进行显示方式设置、I/O端口设置、中断系统设置始化的具体程序段如下：

    DI(); /*关中断*/

    DSPM0=0x00; /*9段显示，段显示方式，系统时钟4.9152MHz*/

    DSPM1=0xB3; /*23位显示，亮度为2/16，显示周期为416.7μs*/

    PM12=0x0F; /*P12端口的低四位用于键盘回读，设为输出模式*/

    KSIF=0; /*清除中断请求标志*/

    KSMK=0; /*清除中断屏蔽标志，允许INTKS中断*/

    Khead=9; /*初始化键盘缓冲区*/

    Krear=0; /*消抖动计数器置初值*/

    SCANdata=0x01; /*键盘扫描数据置初值*/

    ScanFinish=0; /*一遍扫描结束标志置初值*/

    KeyChanged=0; /*按键改变标志置初值*/

    EI(); /*开中断*/

    3.3 显示程序

    下面的程序可实现在指定位置显示一个数字的功能。其中能数digit为要显示的数字，范围是0～9;position为显示位置，从右向左与0～11相对应。

    void DisplayDigit(char digit,char position)

    {if((digit<10)&&(digit>=0)&&(position>=0)&&(position<12)

    /*在显示范围之内*/

    {pokeb(0xFA60+position,DisplayCode[digit][1]);

    /*编码的低字节*/

    {pokeb(0xFA70+position,DisplayCode[digit][0])};

    /*编码的高字节*/

    }

    中断处理程序流程如图3所示。

    4 小结

    在其他单片机系统中，通常由软件定时中断来逐位刷新显示和扫描键盘，这样将增加软件的复杂性，并且会占用较多的CPU资源。而μPD780208所具有的FIP显示控制/驱动器可实现硬件的自动显示刷新功能，在初始位置完成后，软件的工作只是将显示数据按要求的格式放入FIP显示RAM区而无需额外编程，由于定时刷新显示的作由硬件完成，因此在很大程序上降低了CPU的资源占用率。同时，由于FIP显示时序中提供有键盘扫描时序，从而进一步简化了软件编程，并且减少了定时中断占用。这样，在单片机的资源并不丰富的资源条件下，FIP显示控制/驱动器的优越性得到了充分体现。