专利名称：船舶嵌入式微控制器的非编码键盘/led显示器接口的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及微控制器与键盘、显示器接口技术领域，具体地说，涉及 船舶嵌入式微控制器的非编码键盘/LED显示器接口，特别适用于船舶智能化 仪表的小键盘与LED显示器接口 。
背景技术：
键盘与LED显示器是单片微型计算机控制系统常用的人-机界面，如一些 教学与科研设备和船舶系统的控制与显示仪表，使用者借助面板上的键盘和显 示屏，可用对话方式选择测量功能，设置参数。智能化仪器仪表核心是单片机， 由于单片机主要应用于控制领域，习惯把单片机称为微控制器MCU (MicrControlerUnit)，微控制器用以实现各种测量和控制功能，单片机功能强、 体积小，在应用时通常是处于控制系统的核心地位并融入其中，所以又称嵌入 式微控制器。从结构上看单片机把微型计算机主要部件，集成在一块芯片上。 但组成微型计算机测量和控制系统还必须包括外围设备和通信设备，如键盘与 显示器。
这些实际系统往往希望器件的结构紧凑，要求占用较少的MCU I/O 口资 源，对于键盘与LED显示器要求通过一个接口进行连接；同时要求键盘/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，研制单片机系统 的键盘和LEi)显示器的高性能接口有实际的应用意义。
单片机系统外围电路设计一般的方法是用通用可编程接口芯片(如8255) 和标准集成芯片进行扩展，通过印刷电路板连接，搭建系统。这种设计方法， 所需芯片种类多、数量大，占有印刷线路板面积大，设计时几乎没有灵活性可 言，大大制约接口技术的发展。特别是嵌入式智能化仪表接口的发展。
中国专利ZL 200520046271.7提供了一种基于基本萄、线的键盘与LED显 示器接口模块，包含基本总线、键盘、显示器接口芯片8279,连接插头，其特 征在于a.基本总线的控制信号通过双向控制线及驱动芯片与控制芯片的控制 线口连接，该双向控制线还与驱动芯片，动态芯片相连接；基本总线的数据信 号通过双向数据线及驱动芯片与控制芯片的双向数据线口连接；基本总线的地 址信号通过单向地址线与驱动芯片连接，然后地址中的高位通过片选译码芯片 产生片选信号与控制芯片的控制线口的片选信号线连接，地址中的低位信号直 接连接到控制芯片的地址线口 ； b.控制芯片的键盘状态端通过连接插头与两个 状态键相连，控制芯片的扫描输出口通过动态扫描线与显示扫描译码芯片和键 盘扫描译码芯片连接，键盘扫描译码芯片输出键盘扫描信号，通过连接插头输 出到键盘列阵，控制芯片的键盘扫描回归口通过连接插头与键盘列阵相连，显 示扫描译码芯片受控制芯片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、显示扫描线和连接插头与16位LED显示器的位 选信号线连接，控制芯片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，再通过连接插头与16位LED显示器的段选信号线连接。从以上专利 说明可以看出由于采用通用芯片和传统的设计方法，所需芯片种类多、数量 大、控制和数据连线多，占有印刷线路板面积大，不能运用于智能化仪表的小 键盘与LED显示器接口。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种船舶嵌入式微控制器的非编码键盘/LED显示器接口，特别适用于智能化仪表的小键盘与LED显示器接口，以克服现有 的微控制器键盘接口所需芯片种类多、数量大，占有印刷线路板面积大，设计 时几乎没有灵活性的缺陷。
本实用新型所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现
一种船舶嵌入式微控制器的非编码键盘/LED显示器接口，包括可编程逻 辑器件构成的逻辑电路，其特征在于所述逻辑电路的输入端和输出端分别与
微控制器和显示器相连。
所述逻辑电路包括键盘与LED显示器连接的LED显示器键盘逻辑电路， 所述LED显示器键盘逻辑电路包括串入并出寄存器和三态缓冲器，串入并出 寄存器与微控制器串行接口连接，两引脚一个为作数据引线，另一个用作时钟 信号线，串入并出寄存器的输出脚连接LED显示器段码线；LED显示器的位 码扫描线通过三态缓冲器连接微控制器的输出端口。
本实用新型提供了一种基于新的基于芯片设计方法，用复杂可编程逻辑器 件设计成船舶嵌入式微控制器的非编码键盘/LED显示器接口，这种接口特别 适用于智能化仪表的小键盘与LED显示器。与一般设计方法的电路相比较， 仅用一片芯片提供一个基于单片机系统总线的键盘与LED显示器接口，该接 口不但不占用单片机系统资源，还扩展系统外接能力。非编码键盘与LED显 示器接口由复杂可编程逻辑器件CPLD XC9^72XL编程实现，减少了芯片的种 类、数量，又简化了电路板设计，使系统结构紧凑，系统的性能和可靠性提高。 系统设计充分运用单片机与大规模复杂可编程逻辑器件极强的互补性，由此两 类器件相结合的电路结构组成的高性能和高可靠性的嵌入式仪器仪表为仪器 仪表系统特别是船用仪器仪表系统提供一个新的途径。
图1为本实用新型LED显示器/键盘接口原理图。
图2为本实用新型LED显示器/键盘逻辑电路原理图。
具体实施方式
为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白 了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。
LED(Light Emitting Diode)发光二极管显示器是一种当外加电压加在发光 二极管上产生可见光的器件，具有体积小、重量轻、工作电压低、稳定、寿命 长、响应时间短(一般不超过O.lixS)、发光均匀、清晰、亮度高等优点，与 液晶显示器相比，更适于在光线暗的环境中使用。它的主要缺点是工作电流较 大。 一般芯片不能直接驱动，XilinxXC9500驱动负载能力强，每个输入/输出 端口的负载电流可达24mA，可直接驱动LED显示，常见LED显示器有LED 数码管和LED指示灯，在控制显示方面均有使用。
与LCD显示器不同，LED显示器的大小，位数有多种选择，电路相对LCD 来说简单， 一般不采用LED显示模块形式，这样，选择显示接口方案就有多 种。显示器显示接口按驱动方式可分成静态显示和动态显示两种显示方式，按 数码显示器接口是否带译码器可分成译码和非译码两种显示数据方式，微控制 器向显示器接口传送数据的方式通常采用并行传送方式.。
译码显示数据方式需译码/驱动芯片，且显示字符单调，优点软件简单， 非译码显示数据方式需软件译码。显示器静态显示时，除变更显示数据期间外， 各显示器均处于通电显示状态，每个显示器通电占空比约为100%。静态显示 的优点是显示稳定，亮度高；缺点是占用硬件电路(如I/O 口、驱动器等)多。
动态显示的扫描可由单片机软件或专门的硬件完成；动态显示时，N个显示器 共占用一个显示数据驱动器，每个显示器通电占空比时间最大为1/N。改变通 电时间可改变显示亮度，动态显示的优点是节省硬件电路(如I/0口、驱劝器等); 缺点是采用软件扫描时占用CPU时间多，如采用硬件扫描时将增加硬件成本。 现在流行的LED显示/键盘接口，采用通用可编程芯片设计LED显示器 接口一般是动态显示、非译码和并行传送显示数据传送方式，接口还需驱动芯 片
参见图1和图2，为本实用新型键盘与LED显示器进行连接，微控制器经 过CPLD逻辑与LED显示器连接，采用动态显示、非译码和串行传送显示数 据传送方式，可连接8个八段LED数码显示器或64个LED指示灯，图中只 示意了 4个八段共阳LED数码显示器和8个LED指示灯，可根据需要增减。 采用串行接口方式，它仅仅占用系统2个I / O 口 ， 一个作数据引线DK DATA， 另一个用作时钟信号线DK CLK，节省微控制器的I/O 口 。其中DK Q0 DK Q7 为LED显示器数据线即段码线，BIT0 BIT3为LED显示器的位码扫描线， 与微控制器Pl 口相连。由它们发送扫描信号，采取PCLD逻辑译码/驱动，节 省微控制器的I/O 口和驱动器。
串行方式LED动态显示的原理，首先以串行方式向LED显示器数据端口 发送第1个8位数据，此时由于BITO为高电平而其他口都为低电平，因此只 有LED1数码管显示该数码。这样可以发送第2个数据，同样应使其对应的位 码为高电平且保证其他位为低电平。依此类推，对各显示器进行扫描，显示器 分时轮流工作。虽然每次只有一个显示器显示，但由于人的视觉暂留现象，仍 会感觉所有的显示器都在同时显示。它的优点是占用较少的I/0口。
在LED显示器接口中，串入并出数据DK Q0 DK Q7兼作为键盘扫描线，
KEY0、 KEY1为键盘数据回送线，CPLD电路设计，采取编码技术，少许增加 KEY线即可增加键盘数。微控制器中使用的键盘一般是非编码键盘，因按键 相对来说较少，所以又称小键盘，图2有16个按键，组成行列结构，键盘扫 描时，先从DKQ0 DKQ7输出全低电平，检测KEY。如果KEY线为高电平 则表示无键闭合；若KEY等于O，表示有键按下，然后从DK QO DK Q7依 次输出低电平，检测KEY。如果KEY线为高电平则表示无键闭合；若KEY 等于0，将DK QO DK Q7上的数据经简单处理就得到各键对应的键值。
由接口图可知本专利信号组合，电路组成的特色采用串行接口方式， 它仅仅占用系统2个I / O 口 ，节省微控制器的I/O 口 。串并转换输出DK Q0 DK Q7为LED作为显示器数据线即段码线，PCLD译码输出BIT0 BIT3作为 LED显示器的位码扫描线，串入并出数据DKQ0 DKQ7兼作为键盘扫描线， 减少引线。PCLD输入/输出块IOB驱动连接，节省驱动器芯片。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优
点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实
施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神
和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入
要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书 及其等效物界定。
权利要求1.一种船舶嵌入式微控制器的非编码键盘/LED显示器接口，包括可编程逻辑器件构成的逻辑电路，其特征在于所述逻辑电路的输入端与输出端分别与微控制器与显示器相连。
2. 如权利要求1所述的船舶嵌入式微控制器的非编码键盘/LED显示器接 口，其特征在于所述逻辑电路包括键盘与LED显示器连接的LED显示器键 盘逻辑电路。
3. 如权利要求2所述的船舶嵌入式微控制器的非编码键盘/LED显示器接 口，其特征在于所述LED显示器键盘逻辑电路包括串入并出寄存器、译码 器、编码器和三态缓冲器，串入并出寄存器与微控制器串行接口连接，两引脚 一个作为数据引线，另一个用作时钟信号线，译码器的输出脚连接LED显示 器段码线；LED显示器的位码扫描线通过三态缓冲器连接微控制器的输出端 □。
专利摘要本实用新型提供一种船舶嵌入式微控制器的非编码键盘/LED显示器接口，特别适用于智能化仪表的小键盘与LED显示器接口，以克服现有的微控制器键盘所需芯片种类多、数量大，占有印刷线路板面积大，设计时几乎没有灵活性的缺陷。该接口，包括可编程逻辑器件构成的逻辑电路，所述逻辑电路的输入端与输出端分别与微控制器与显示器相连。
文档编号G05B19/042GK201188184SQ200820057440
公开日2009年1月28日 申请日期2008年4月18日 优先权日2008年4月18日
发明者夏永明 申请人:上海海事大学