1、第5章 嵌入式系统输入输出设备接口,5.1 GPIO（通用输入/输出接口）,5.1.1 GPIO原理与结构,GPIO（General Purpose I/O，通用输入/输出接口）也称为并行I/O（parallel I/O），是最基本的I/O形式，由一组输入引脚、输出引脚或输入/输出引脚组成，CPU对它们能够进行存取操作。有些GPIO引脚能够通过软件编程改变输入/输出方向。 一个双向GPIO端口（D0）的简化功能逻辑图如图5.1.1所示，图中PORT为数据寄存器和DDR（Data Direction Register）为数据方向寄存器。,图5.1.1 双向GPIO功能逻辑图,DDR设置端口的方向
2、。如果DDR的输出为1，则GPIO端口为输出形式；如果DDR的输出为零，则GPIO端口为输入形式。写入WRDDR信号能够改变DDR的输出状态。DDR在微控制器地址空间中是一个映射单元。这种情况下，如果需要改变DDR，则需要将恰当的值置于数据总线的第0位（即D0），同时激活WRDDR信号。读DDR，就能得到DDR的状态，同时激活RDDDR信号。 如果设置PORT引脚端为输出，则PORT寄存器控制着该引脚端状态。如果将PORT引脚端设置为输入，则此输入引脚端的状态由引脚端上的逻辑电路层来实现对它的控制。对PORT寄存器的写操作，需要激活WRPORT信号。PORT寄存器也映射到微控制器的地址空间。需
3、指出，即使当端口设置为输入时，如果对PORT寄存器进行写操作，并不会对该引脚产生影响。但从PORT寄存器的读出，不管端口是什么方向，总会影响该引脚端的状态。,5.1.2 S3C2410A输入输出端口编程实例,S3C2410A共有117个多功能复用输入输出端口（I/O口），分为端口A端口H共8组。为了满足不同系统设计的需要，每个I/O口可以很容易地通过软件对进行配置。每个引脚的功能必须在启动主程序之前进行定义。如果一个引脚没有使用复用功能，那么它可以配置为I/O口。注意：端口A除了作为功能口外，只能够作为输出口使用。 在S3C2410A中，大多数的引脚端都是复用的，所以对于每一个引脚端都需要定义
4、其功能。为了使用I/O口，首先需要定义引脚的功能。每个引脚端的功能通过端口控制寄存器（PnCON）来定义（配置）。与配置I/O口相关的寄存器包括：端口控制寄存器（GPACONGPHCON）、端口数据寄存器（GPADATGPHDAT）、端口上拉寄存器（GPBUPGPHUP）、杂项控制寄存器以及外部中断控制寄存器（EXTINTN）等。S3C2410A的I/O口配置情况请参考第3章如表3.4.13.4.7所列。,下面介绍一个通过G口的控制发光二极管LED1和LED2轮流闪烁I/O口编程实例徐英慧。 对I/O口的操作是通过对相关各个寄存器的读写实现的。要对寄存器进行读写操作，首先要对寄存器进行定义。有
5、关I/O口相关寄存器的宏定义代码如下：/Port A控制寄存器#definerGPACON （*（volatile unsigned*）0x56000000）/Port A数据寄存器#definerGPADAT （*（volati1e unsigned*）0x56000004）/Port B控制寄存器#definerGPBCON （*（volatile unsigned*）0x56000010） /Port B数据寄存器#definerGPBDAT （*（volatile unsigned*）0x56000014）/Port B上拉电阻禁止寄存器#definerGPBUP （*（volatil
6、e unsigned*）0x56000018）,/Port C控制寄存器 #definerGPCCON （*（volatile unsigned*）0x56000020） /Port C数据寄存器 #definerGPCDAT （*（volatile unsigned*）0x56000024） /Port C上拉电阻禁止寄存器 #definerGPCUP （*（volatile unsigned*）0x56000028） /Port D控制寄存器 #definerGPDCON （*（volatile unsigned*）0x56000030） /Port D数据寄存器 #definerGPDD
7、AT （*（volatile unsigned*）0x56000034） /Port D上拉电阻禁止寄存器 #definerGPDUP （*（volatile unsigned*）0x56000038）,/Port E控制寄存器 #definerGPECON （*（volatile unsigned*）0x56000040） /Port E数据寄存器 #definerGPEDAT （*（volatile unsigned*）0x56000044） /Port E上拉电阻禁止寄存器 #definerGPEUP （*（volatile unsigned*）0x56000048） /Port F控制
8、寄存器 #definerGPFCON （*（volatile unsigned*）0x56000050） /Port F数据寄存器 #definerGPFDAT （*（volatile unsigned*）0x56000054） /Port F上拉电阻禁止寄存器 #definerGPFUP （*（volatile unsigned*）0x56000058）,/Port G控制寄存器 #definerGPGCON （*（volati1e unsigned*）0x56000060） /Port G数据寄存器 #definerGPGDAT （*（volatile unsigned*）0x560000
9、64） /Port G上拉电阻禁止寄存器 #definerGPGUP （*（volatile unsigned*）0x56000068） /Port H控制寄存器 #definerGPHCON （*（volatile unsigned*）0x56000070） /Port H数据寄存器 #definerGPHDAT （*（volatile unsigned*）0x56000074） /Port H上拉电阻禁止寄存器 #definerGPHUP （*（volatile unsigned*）0x56000078）,要想实现对G口的配置，只要在地址0x5600 0060中给32位的每一位赋值就可以了
10、。如果G口的某个引脚被配置为输出引脚，在PDATG对应的地址位写入1时，该引脚输出高电平；写入0时该引脚输出低电平。如果该引脚被配置为功能引脚，则该引脚作为相应的功能引脚使用。 下面是实现LED1和LED2轮流闪烁的程序代码。,void Main（void）int flag，i；Target Init（）；/进行硬件初始化操作，包括对IO口的初始化操作for（；）if（flag = = 0）for（i = 0；i 1000000；i+）； /延时rGPGCON rGPGCON0xfff0ffff | 0x00050000；/配置第8、第/9位为输出引脚 rGPGDAT rGPGDAT0xeff
11、 | 0x200； /第8位输出为低电平/第9位输出高电平for（i = 0；i 10000000；i+）； /延时flag = 1； ,elsefor（i = 0；i 1000000；i+）； /延时rGPGCONrGPGCON0xfff0ffff（0x00050000；/配置第8、/第9位为输出引脚 rGPGDATrGPGDATOxdff | 0x100；/第8位输出为高电平/第9位输出低电平for（i = 0；i 1000000；i+）； /延时flag = 0； ,5.2 A/D转换器接口,5.2.1 A/D（模数）转换的方法和原理,A/D转换器（模数转换器）完成电模拟量到数字量的转换
12、。实现A/D转换的方法很多，常用的方法有计数法、双积分法和逐次逼近法等。 1计数式A/D转换器原理 计数式A/D转换器结构如图5.2.1所示。其中，Vi是模拟输入电压，VO是D/A转换器的输出电压，C是控制计数端，当C=1（高电平）时，计数器开始计数，C=0（低电平）时，则停止计数。D7D0是数字量输出，数字输出量同时驱动一个D/A转换器。,图5.2.1 计数式A/D转换器结构,计数式A/D转换器的转换过程如下： 首先/CLR（开始转换信号）有效（由高电平变成低电平），使计数器复位，计数器输出数字信号为00000000，这个00000000的输出送至8位D/A转换器，8位D/A转换器也输出0V
13、模拟信号。 当/CLR恢复为高电平时计数器准备计数。此时，在比较器输入端上待转换的模拟输入电压Vi大于VO（0V），比较器输出高电平，使计数控制信号C为1。这样，计数器开始计数。 从此计数器的输出不断增加，D/A转换器输入端得到的数字量也不断增加，致使输出电压VO不断上升。在VOVi时，比较器的输出总是保持高电平，计数器不断地计数。 当VO上升到某值时，出现VOVi的情况时，此时，比较器的输出为低电平，使计数控制信号C为0，计数器停止计数。这时候数字输出量D7D0就是与模拟电压等效的数字量。计数控制信号由高变低的负跳变也是A/D转换的结束信号，表示已完成一次A/D转换。 计数式A/D转换器结构
14、简单，但转换速度较慢。,2双积分式A/D转换器原理 双积分式A/D转换器对输入模拟电压和参考电压进行两次积分，将电压变换成与其成正比的时间间隔，利用时钟脉冲和计数器测出其时间间隔，完成A/D转换。双积分式A/D转换器主要包括积分器、比较器、计数器和标准电压源等部件，其电路结构图如图5.2.2（a）所示。 双积分式A/D转换器的转换过程如下： 首先对输入待测的模拟电压Vi进行固定时间的积分； 然后转换到标准电压VR进行固定斜率的反向积分（定值积分 ），如图5.2.2（b）所示。反向积分进行到一定时间，便返回起始值。从图5.2.2（b）中可看出对标准电压VR进行反向积分的时间T2正比于输入模拟电压
15、，输入模拟电压越大，反向积分回到起始值的时间T越长，有Vi（T2/T1）VR。 用标准时钟脉冲测定反向积分时间（如计数器），就可以得到对应于输入模拟电压的数字量，实现A/D转换。 双积分式A/D转换器具有很强的抗工频干扰能力，转换精度高，但速度较慢。,图5.2.2 （a）双积分式A/D转换器电路结构图,双积分式A/D转换图,图5.2.2 （b）积分输出波形,3逐次逼近式A/D转换器原理 逐次逼近式A/D转换器电路结构如图5.2.3所示，其工作过程可与天平称重物类比，图中的电压比较器相当于天平，被测电压Ux相当于重物，基准电压Ur相当于电压法码。该方案具有各种规格的按8421编码的二进制电压法码
16、Ur，根据UxUr，比较器有不同的输出以打开或关闭逐次逼近寄存器的各位。输出从大到小的基准电压法码，与被测电压Ux比较，并逐渐减小其差值，使之逼近平衡。当Ux=Ur时，比较器输出为零，相当于天平平衡，最后以数字显示的平衡值即为被测电压值。 逐次逼近式A/D转换器转换速度快，转换精度较高，对N位A/D转换只需N个时钟脉冲即可完成，可用于测量微秒级的过渡过程的变化，是在计算机系统中采用最多的一种A/D转换方法。,图5.2.3 逐次逼近式A/D转换器电路结构,4A/D转换器的主要指标 （1）分辨率（Resolution） 分辨率用来反映A/D转换器对输入电压微小变化的响应能力，通常用数字输出最低位（
17、LSB）所对应的模拟输入的电平值表示。n位A/D转换能反应1/2n满量程的模拟输入电平。分辨率直接与转换器的位数有关，一般也可简单地用数字量的位数来表示分辨率，即n位二进制数，最低位所具有的权值，就是它的分辨率。 值得注意的是，分辨率与精度是两个不同的概念，不要把两者相混淆。即使分辨率很高，也可能由于温度漂移、线性度等原因，而使其精度不够高。 （2）精度（Accuracy） 精度有绝对精度（Absolute Accuracy）和相对精度（Relative Accuracy）两种表示方法。 绝对精度： 在一个转换器中，对应于一个数字量的实际模拟输入电压和理想的模拟输入电压之差并非是一个常数。把它
18、们之间的差的最大值，定义为“绝对误差”。通常以数字量的最小有效位（LSB）的分,数值来表示绝对精度，如1LSB。绝对误差包括量化精度和其他所有精度。 相对精度 是指整个转换范围内，任一数字量所对应的模拟输入量的实际值与理论值之差，用模拟电压满量程的百分比表示。 例如，满量程为l0V，10位A/D芯片，若其绝对精度为1/2LSB，则其最小有效位的量化单位为9.77mV，其绝对精度为4.88mV，其相对精度为0.048%。 转换时间（Conversion Time） 转换时间是指完成一次A/D转换所需的时间，即由发出启动转换命令信号到转换结束信号开始有效的时间间隔。 转换时间的倒数称为转换速率。例
19、如AD570的转换时间为25us，其转换速率为40kHz。 量程 量程是指所能转换的模拟输入电压范围，分单极性、双极性两种类型。 例如，单极性的量程为0+5V，0+10V，0+20V；双极性的量程为-5+5V，-10+l0V。,5.2.2 S3C2410A的AD转换器,1S3C2410A A/D转换器和触摸屏接口电路 S3C2410A包含一个8通道的A/D转换器，内部结构见图5.2.4，该电路可以将模拟输入信号转换成10位数字编码（10位分辨率），差分线性误差为1.0 LSB，积分线性误差为2.0 LSB。在A/D转换时钟频率为2.5 MHz时，其最大转换率为500 KSPS（Kilo Sam
20、ples Per Second，千采样点每秒），输入电压范围是03.3V。A/D转换器支持片上操作、采样保持功能和掉电模式。S3C2410A的A/D转换器和触摸屏接口电路如图5.2.4所示,图5.2.4 S3C2410A的A/D转换器和触摸屏接口电路,2与S3C2410A A/D转换器相关的寄存器 使用S3C2410A的A/D转换器进行模拟信号到数字信号的转换，需要配置以下相关的寄存器。 （1）ADC控制寄存器（ADCCON） ADC控制寄存器（ADCCON）是一个16位的可读写的寄存器，地址为0x5800 0000，复位值为0x3FC4。ADCCON位的功能描述如表5.2.1所列。,表5.2
21、.1 ADC控制寄存器（ADCCON）的位功能,（2）ADC触摸屏控制寄存器（ADCTSC） ADC触摸屏控制寄存器（ADCTSC）是一个可读写的寄存器，地址为0x5800 0004，复位值为0x058。ADCTSC的位功能描述如表5.2.2所列。在正常A/D转换时，AUTO_PST和XY_PST都置成0即可，其他各位与触摸屏有关，不需要进行设置。,表5.2.2 ADC控制寄存器（ADCTSC）的位功能,（3）ADC启动延时寄存器（ADCDLY ）ADC启动延时寄存器（ADCDLY）是一个可读写的寄存器，地址为0x5800 0008，复位值为0x00FF。ADCDLY的位功能描述如表5.2.3
22、所列。表5.2.3 ADC启动延时寄存器（ADCDLY）的位功能,（4）ADC转换数据寄存器（ADCDAT0和ADCDAT1） S3C2410A有ADCDAT0和ADCDAT1两个ADC转换数据寄存器。ADCDAT0和ADCDAT1为只读寄存器，地址分别为0x5800 000C和0x5800 0010。在触摸屏应用中，分别使用ADCDAT0和ADCDAT1保存X位置和Y位置的转换数据。对于正常的A/D转换，使用ADCDAT0来保存转换后的数据。 ADCDAT0的位功能描述如表5.2.4所列，ADCDAT1的位功能描述如表5.2.5所列，除了位9:0为Y位置的转换数据值以外，其他与ADCDAT0
23、类似。通过读取该寄存器的位9:0，可以获得转换后的数字量。,表5.2.4 ADCDAT0的位功能,表5.2.5 ADCDAT1的位功能描述,5.2.3 S3C2410A AD接口编程实例,下面介绍一个AD接口编程实例徐英慧，其功能实现从A/D转换器的通道0获取模拟数据，并将转换后的数字量以波形的形式在LCD上显示。模拟输入信号的电压范围必须是02.5V。程序如下： 1定义与AD转换相关的寄存器 定义如下： #define rADCCON（*（volatile unsigned*）0x58000000） /ADC控制寄存器 #define rADCTSC（*（volatile unsigned*
24、）0x58000004） /ADC触摸屏控制寄存器 #define rADCDLY（*（volatile unsigned*）0x58000008） /ADC启动或间隔延时寄存器 #define rADCDAT0（*（volatile unsigned*）0x5800000c） /ADC转换数据寄存器0 #define rADCDAT1（*（volati1e unsigned*）0x58000010） /ADC转换数据寄存器,2对A/D转换器进行初始化 程序中的参数ch表示所选择的通道号，程序如下： void AD_Init（unsigned char ch）rADCDLY=100; /ADC
25、启动或间隔延时rADCTSC=0; /选择ADC模式rADCCON=（114）|（496）|（ch3）| （02）|（01）|（0）; /设置ADC控制寄存器3.获取A/D的转换值 程序中的参数ch表示所选择的通道号，程序如下：,int Get_AD（unsigned char ch）int i；int val= 0;i f （ch7） return 0; /通道不能大于7for（i=0; i 4）; /为转换准确，除以16取均值 ,4.主函数 实现将转换后的数据在LCD上以波形的方式显示，程序如下： void Main（void）int i，P0;unsigned short bufferL
26、ength; / 显示缓冲区Target_Init（）；GUI_Init（）； / 图形界面初始化Set_Color （GUI_BLUE）； /画显示背景界面Fill_Rect（0,0,319,239）；Set_Color（GUI_RED）；Draw Line（0,119,319,119）；Set_Font（GUI_Font 8x16）； /设定字体类型APISet_Color（GUI_WHITE）；Set_BKColor（GUI_BLUE）； /设定背景颜色APIFill_Rect（0,0,319,3）；,Fill_Rect（0,0,3,239）； Fill_Rect（316,0,319,2
27、39）； Fill_Rect（0,236,319,239）； Disp_String（“ADC DEMO”，（320 8*8）2, 30）；for（i0；i Length；i+）bufferi0； while（1）p0；for（i0；i Length；i +）bufferp =Get _AD（0）; /从通道获取转换后的数据Delay（20）；p+；p0；for（i0；i（Length；i+）Uart _Printf（“dn”，bufferp）；,P+；P0；for（i0；i（ Length；i+） buffer pAD2Y（bufferp）；P+；P = 0；for（i0; iLength；
28、i+） Uart _Printf（“量化后：dn“，bufferp）；P+；ShowWavebuffer（buffer）; /在LCD上显示A/D转换后的波形Delay（1000）； ,5.3 D/A转换器接口,5.3.1 D/A（数模）转换器的工作原理,将数字信号转换成模拟信号的过程称为数/模转换。能够完成这种转换的电路叫做数/模转换器，简称为D/A转换器，简记为DAC(Digital to Analog Converter)。D/A转换器将输入的数字量转换为模拟量输出，数字量是由若干数位构成的，例如一个8位的二进制数D0D7，每个数位都有一定的权值。当Dn（n=07）=1就表示具有了这一位
29、的权值，例如第3位D2的权值为22=4，最高位D7的权值为27=128。D/A转换器把一个数字量变为模拟量，就是把每一位上的代码按照权值转换为对应的模拟量，再把各位所对应的模拟量相加，所得到各位模拟量的和便是数字量所对应的模拟量。 在集成化的D/A转换器中，通常采用电阻网络实现将数字量转换为模拟电流，然后再用运算放大器完成模拟电流到模拟电压的转换。目前D/A转换集成电路芯片大都包含了这两个部分，如果只包含电阻网络的D/A芯片，则需要连接外接运算放大器才能转换为模拟电压。根据电阻网络的结构可以分为权电阻网络DAC 、T型电阻网络DAC、倒T型电阻网络DAC、权电流DAC等形式。,1T型电阻网络D
30、AC 一个4位T型电阻网络DAC如图5.3.1所示。电路由R-2R电阻解码网络、模拟电子开关和求和放大电路构成，因为R和2R组成T型，故称为T型电阻网络DAC。图中电阻网络中只有R和2R两种电阻值，显然克服了上面权电阻网络DAC存在的缺点。,图5.3.1 4位T型电阻网络DAC,由图可知，根据等效电源定理不难看出，每经过一个电阻并联支路，等效电源电压减少一半，而等效电阻不变，且均为R。电路中的信号传递过程如图5.3.2所示。当传递至最左边时，运放的输入端等效内阻仍为R，而等效电压经过N级则减为VREF/2n。当传递到运放的输入端时，其运放的等效内阻也是R，而等效电压则为VREF/2n-1。根据
31、叠加原理，运放总的等效电压是各支路等效电压之和，即,（5.3.1）,图5.3.2 T型网络信号传递,若取RF3R，运放的输入端电流为运放的输出电压Vo为可见，输出模拟量VO与输入数字量成正比。,（5.3.2）,（5.3.3）,2数模转换器的分类 （1）电压输出型电压输出型D/A转换器虽有直接从电阻阵列输出电压的，但一般采用内置输出放大器以低阻抗输出。直接输出电压的器件仅用于高阻抗负载，由于无输出放大器部分的延迟，故常作为高速D/A转换器使用。例如TLC5620。 （2）电流输出型电流输出型D/A转换器（如THS5661A）直接输出电流，但应用中通常外接电流一电压转换电路得到电压输出。电流一电压
32、可以直接在输出引脚上连接一个负载电阻，实现电流一电压转换。但多采用的是外接运算放大器的形式。另外，大部分CMOS D/A转换器当输出电压不为零时不能正确动作，所以必须外接运算放大器。由于在D/A转换器的电流建立时间上加入了外接运算放入器的延迟，使D/A响应变慢。此外，这种电路中运算放大器因输出引脚的内部电容而容易起振，有时必须作相位补偿。 （3）乘算型D/A转换器中有使用恒定基准电压的，也有在基准电压输入上加,交流信号的，后者由于能得到数字输入和基准电压输入相乘的结果而输出，因而称为乘算型D/A转换器（如AD7533）。乘算型D/A转换器一般不仅可以进行乘法运算，而且可以作为使输入信号数字化地
33、衰减的衰减器及对输入信号进行调制的调制器使用。 3数/模转换器(DAC)的主要技术指标描述DAC技术性能有许多技术指标，这里主要介绍几个主要技术指标。 （1）分辨率（Resolution） DAC电路所能分辨的最小输出电压与满量程输出电压之比称为DAC的分辨率。最小输出电压是指输入数字量只有最低有效位为1时的输出电压，最大输出电压是指输入数字量各位全为1时的输出电压。DAC的分辨率可用下式表示：分辨率1/（2n1）式中，n表示数字量的二进制位数。 DAC产生误差的主要原因有： 基准电压VREF的波动，运放的零点漂移，电组网络中电阻阻值偏差等原因。,（2）转换误差 转换误差常用满量程FSR(Fu
34、ll Scale Range)的百分数来表示。例如，一个DAC的线性误差为0.05%，就是说转换误差是满量程输出的万分之五。有时转换误差用最低有效位LSB(Least Significant Bit)的倍数来表示。例如，一个DAC的转换误差是LSB/2，则表示输出电压的绝对误差是最低有效位(LSB)为1时输出电压的1/2。 DAC的转换误差主要有失调误差和满值误差。 失调误差是指输入数字量全为0时，模拟输出值与理论输出值的偏差。在一定温度下的失调误差可以通过外部电路调整措施进行补偿，也有些DAC芯片本身有调零端进行调零。对于没有设置调零端的芯片，可以采用外接校正偏置电路加到运放求和端来消除。
35、满值误差又称增益误差，是指输入数字量全为1时，实际输出电压不等于满值的偏差。满值误差通过调整运放的反馈电阻加以消除。 DAC的分辨率和转换误差共同决定了DAC的精度。要使DAC的精度高，不仅要选择位数高的DAC，还要选用稳定度高的参考电压源V REF和低漂移的运算放大器与其配合。,（3）建立时间（Setting Time） 建立时间是描述DAC转换速度快慢的一个重要参数，一般是指输入数字量变化后，输出模拟量稳定到相应数值范围所经历的时间。DAC中的电阻网络，模拟开关等是非理想器件，各种寄生参数及开关延迟等都会限制转换速度。实际上建立时间的长短不仅与DAC本身的转换速度有关，还与数字量变化范围有
36、关。输入数字量从全0变到全1(或者从全1变到全0)时，建立时间最长，称为满量程变化建立时间。一般产品手册上给出的是满量程变化建立时间。 根据建立时间的长短，DAC可分为以下几种类型： 低速DAC，建立时间100s；中速DAC，建立时间为10100s；高速DAC，建立时间为110s；较高速DAC，建立时间为100ns1s；超高速DAC，建立时间为100ns。显然转换速率也可以用频率来表示。 其他指标还有线性度（Linearity）、转换精度、温度系数漂移等。,5.3.2 S3C2410A与D/A转换器的接口电路,1MAX5380与S3C2410A的连接电路MAX5380是电压输出型的8位D/A转
37、换芯片，使用I2C串行接口，转换速率高达400 kHz，其输入数字信号和输出模拟信号的对应关系如表5.3.1所列。MAX5380与S3C2410A的连接电路如图5.3.3所示。表5.3.1 MAX5380数字输入与模拟输出对照表,图5.3.3 MAX5380与S3C2410A的连接电路,图5.3.3中，MAX5380的时钟SCL和数据输入SDA连接到S3C2410A的IICSCL（GPE15） 和IICSDA（GPE14），CON2的1、2两端输出转换后的模拟信号值，其输出电压范围为02V。S3C2410A通过I2 C接口向MAX5380发送数据，MAX5380将接收I2C总线的数据，并将其转
38、换为模拟电压信号输出到CON2。 2MAX5380的软件编程 MAX5380的编程动作通过函数void iic_write_max5380（U32 slvAdd，U8 data）完成，其中slvAddr为从设备地址，MAX5380使用0x60；data为待写入的数据，即发送给MAX5380的数字值；iic_write_max5380的代码请参考6.2节（I2C部分）。 通过调用该函数可以实现给CON2输出各种波形信号。,（1）输出三角波for(j=0;j=0;i-)iic_write_max5380(0x60,(u8)i);,（2）输出锯齿波for(j=0;j20;j+)for(i=0;i25
39、6;i+)iic_write_max3580(0x60,(U8)i); （3）输出方波for(j=0;j20;j+)for(i=0;i256;i+)iic_write_max3580(0x60,(U8)0);for(i=0;i256;i+)iic_write_max3580(0x60,(U8)0xff); ,5.4 键盘与LED数码管接口,5.4.1 键盘与LED数码管接口基本原理与结构,1键盘的分类 键盘按与微控制器的连接方式，其结构可分为线性键盘和矩阵键盘两种形式。线性键盘由若干个独立的按键组成，每个按键的一端与微控制器的一个I/O口相连。有多少个键就要有多少根连线与微控制器的I/O口相连
40、，适用于按键少的场合。 矩阵键盘的按键按N行M列排列，每个按键占据行列的一个交点，需要的I/O口数目是N+M，容许的最大按键数是NM。矩阵键盘可以减少与微控制器I/O接口的连线数，是常用的一种键盘结构形式。根据矩阵键盘的识键和译键方法的不同，矩阵键盘又可以分为非编码键盘和编码键盘两种。 非编码键盘主要用软件的方法识键和译键。根据扫描方法的不同，可以分为行扫描法、列扫描法和反转法3种。 编码键盘主要用硬件（键盘和LED专用接口芯片）来实现键的扫描和识别，例如使用8279专用接口芯片。 键盘的按键实际上就是一个开关，常用的按键开关有机械式按键、电容式按键、薄膜式按键、霍耳效应按键等。,（1）机械式
41、按键 机械式按键开关的构造有两种。一种是内含两个金属片和一个复位弹簧，按键时，两个金属片便被压在一起；另一种机械式按键是用底面带一小块导电橡胶的成型泡沫硅橡胶帽做的，压键时，导电橡胶将印制电路板上的两条印制线短路。 机械式按键的主要缺点是在触点可靠地接触之前会通断多次，即容易产生抖动；另外，触点变脏或氧化，使导通的可靠性降低。但机械式按键价格较低，手感好，使用范围较广。 （2）电容式按键 电容式按键由印制电路板上的两小块金属片和在泡沫橡胶片下面可活动的另一块金属片构成。压键时，可活动的金属片向两块固定的金属片靠近，从而改变了两块固定的金属片之间的电容。此时，检测电容变化的电路就会产生一个逻辑电
42、平信号，以表示该键己被按下。显然，该类按键没有机械触点被氧化或变脏的问题。,（3）薄膜式按键 薄膜式按键是一种特殊的机械式按键开关，由三层塑料或橡胶夹层结构构成。上层在每一行键下面有一条印制银导线，中间层在每个键下面有一个小圆孔，下层在每一列键下面也有一条印制银导线。压键时将上面一层的印制银导线压过中层的小孔与下面一层的印制银导线接触。薄膜式按键可以做成很薄的密封形式。 （4）霍耳效应按键 霍耳效应按键利用活动电荷在磁场中的偏转效果。参考电流从半导体晶体的两个相对面之间流过，压键时，晶体便在磁力线垂直于参考电流方向的磁场中移动。晶体在磁场中移动会在晶体另外两个相对的表面之间产生一个小电压，该电
43、压经过放大之后用来表示键已被压下。该类按键是一种无机械触点的按键开关，密封性很好，但价格较高。,2LED数码管 LED（Light Emitting Diode，发光二极管）数码管（也称为七段数码管）价格低廉、体积小、功耗低，而可靠性又很好，在嵌入式控制系统中应用非常普遍。 如图5.4.1（a）所示，LED数码管一般由8个发光管组成，分别称为a、b、c、d、e、f、g 7个字段和一个小数点段DP。通过7个字段的不同组合，可以显示09和AF共16个字母数字，从而实现十六进制的显示。例如，控制a、b、c、d、e、f段亮，g段不亮，就显示出数字零。,（a） LED器件 （b）共阳极接法 （c）共阴极
44、接法,图5.4.1 7段LED显示器,LED数码管可以分为共阳极和共阴极两种结构，如图5.4.1（b）、（c）所示。 在共阴极结构，各字段阴极控制端连接在一起接低电平，各字段阳极控制端连接到高电平时，则该段发光。例如，要显示b字母，只要使c、d.、e、f、g阳极接高电平即可实现。 在共阳极结构，各字段阳极控制端连接在一起接高电平，各字段阴极控制端连接到低电平时，则该段发光。例如，要显示b字母，只要使c、d.、e、f、g阳极接低电平即可实现。 在多个LED数码管显示电路中，通常把阴（阳）极控制端连接到一个输出端口，称为位控端口；而把各字段（数据显示段）连接到一个输出端口，称为段控端口。段控端口处
45、应输出十六进制数的7段代码。 将一个4位的BCD码译为LED的7位显示代码，可以采用专用译码芯片，如7447即采用专用的带驱动器的LED段译码器，可以实现对BCD码的译码。另一种常用的办法是软件译码法，将0F共16个数字（也可以为09）对应的显示代码组成一个表，直接输出7段码。,5.4.2 用I/O口实现键盘接口,一个用I/O口实现的16个按键的键盘接口电路如图5.4.2所示。在本例中，采用了节省口线的“行扫描法”方法来检测键盘，与44的矩阵键盘接口只需要8根口线，设置PF0PF3为输出扫描码的端口，PF4PF7为键值读入口。,图5.4.2 ARM微处理器实现的键盘接口电路,一个用I/O口实现
46、的键盘接口，为了识别键盘上的闭合键，常采用行扫描法。行扫描法是使键盘上某一行线为低电平，而其余行接高电平，然后读取列值，如果列值中有某位为低电平，则表明行列交点处的键被按下；否则扫描下一行，直到扫描完全部的行线为止。 在图5.4.2所示电路中，按键设置在行、列交叉点上，行、列分别连接到按键开关的两端。列线通过上拉电阻接到+5V上。平时无按键动作时，列线处于高电平状态；而当有键按下时，列线电平状态将由通过此按键的行线电平决定：行线电平如果为低，列线电平为低；行线电平如果为高，则列线电平亦为高。通过这一点来识别矩阵式键盘是否被按下。因各按键之间相互发生影响，所以必须将行、列线信号配合起来并作适当的
47、处理，才能确定闭合键的位置。 根据行扫描法的原理，识别矩阵键盘按键闭合分两步进行： （1）识别键盘哪一行的键被按下：让所有行线均为低电平，检查各列线电平是否为低，如果有列线为低，则说明该列有键被按下，否则说明无键被按下。 （2）如果某列有键被按下，识别键盘哪一行的键被按下：逐行置低电平，并置其余各行为高电平，检查各列线电平的变化，如果列电平变为低电平，则可确定此行此列交叉点处按键被按下。,5.4.3 采用专用芯片实现键盘及LED接口,一个54键盘及8位LED显示电路如图5.4.3所示，该电路采用支持I2 C总线协议的ZLG7290芯片。ZLG7290是一个采用I2C接口的键盘及LED驱动器芯片
48、，I2C串行接口提供键盘中断信号方便与处理器接口，I2C接口传输速率可达32kbit/s，可驱动8位共阴数码管或64只独立LED和64个按键，可控扫描位数可控任一数码管闪烁，提供数据译码和循环移位段寻址等控制，8个功能键可检测任一键的连击次数，无需外接元件即直接驱LED，可扩展驱动电流和驱动电压，提供工业级器件多种封装形式PDIP-24和SO-24，引脚端功能如表5.4.1所示。,表5.4.1 ZLG7290引脚端功能,（a）ZLG7290控制电路,（b）八段数码管连接电路,（c）键盘及LED显示电路 图5.4.3 54键盘及8位LED显示电路 （图与表中的引脚端符号统一，以表为准）,1.键盘控制初始化程序,/* *名称：keyboard_test *功能：测试八段数码管 *参数：无 *返回：无 * Oid keyboard_test(void) UINT8T ucChar;UINT8T szBuf40;uart_printf(“n Keyboard Test Examplen”);uart_printf(“Press any key to exitn”);Keyboard_init();,
