串行接口键盘控制器SK5278及其在单片机系统中的应用

发布时间：2010-11-1 21:16 发布者：eetech

对于以单片机为核心构成的智能仪器、仪表、工控设备及家用电器而言，构成人机交互的键盘接口电路是必不可少的，而相应的键盘管理软硬件设计却比较麻烦。简单的矩阵键盘存在着占用CPU软硬件资源多、响应速度慢、监控软件编制复杂等问题，专用的键盘接口器件如INTE8279、HD7219又往往具有LED数码管显示电路，如果仅使用其键盘管理功能，则存在硬件资源浪费，接口电路复杂，造价较高等问题，SK5278即是为解决上述键盘管理问题而推出的一款键盘控制芯片。

1 特点及引脚功能

SK5278是福州贝能科技有限公司推出的采用PIC内核的键盘控制器。该芯片采用4线串行接口，可与任何种类的单片机接口；它具有按键有效指示输出，可用中断方式管理键盘；其行线X0～X3与列线Y0～Y3可构成4%26;#215;4键盘矩阵；SK5278的16键键盘控制器内含去抖动处理电路，因而可直接输出键值；此外，该器件的工作电源电压范围宽达4～6V；SK5278采用18脚双列直插DIP封装形式。其管脚排列如图1所示，管脚说明如表1所列。

表1 SK5278管脚说明

管脚号
管脚名称
管脚类型

功能

1
DIO
O
数据输出端，读取键盘数据时，此脚在CLK上升沿输出数据

2
KEY
O
按键有效输出端，平时为低电平，当检测到有效按键时，此引脚变为高电平。读取键盘后，此引脚重新变为低电平

3，14
VDD
　
正电源

4
RST
　
复位端

5
VSS
　
电源地

6～9
X0～X3
I
矩阵键盘行线输入端

10～13
Y0～Y3
O
矩阵键盘列线输出端

15
OSCO
O
振荡输出脚，输出频率为RC振荡频率四分之一

16
RC
　
外接振荡器连接端，R=3.3kΩ,C=20pF时，振荡频率为4MHz

17
CS
I
片选端，该脚为低时，可芯片读取键盘数据

18
CLK
I
时钟输入端，读取键盘数据时，此脚电平的上升沿表示数据有效

2 工作原理

SK5278可用行线X0～X3和列线Y0～Y3构成4矩阵键盘。同时在芯片内部可自动完成扫描、译码、去抖动处理等任务。当SK5278检测到有效的按键时，按键有效指示“KEY”引脚将从低电平变为高电平，并一直保持到按键代码被读取为止。在“KEY”为高电平期间，如果SK5278接收到“读键盘数据”命令，（即“CS”管脚变低），则输出当前按键的键盘代码，SK5278键盘代码的范围为00H-0FH。如果在接收到“读键盘数据”时没有按键按下，SK5278将输出FFH。在一次读键盘过程完成后，按键有效指示“KEY”将变为低电平。利用按键有效指示“KEY”与单片机的外部中断端相连，可完成具有中断的键盘监控功能，从而提高CPU的工作效率，减少按键响应时间。

SK5278工作时需要外接RC振荡电路以供系统工作，RC元件的典型值为R=3.3kΩ,C=20pF，此时的振荡频率约为4MHz，由于此振荡频率较高，故在印制电路板布线时，所有元件尤其是振荡电路的元件应尽量靠近芯片，并尽量使电路连线最短。

SK5278的RESET复位端在一般应用情况下，可以直接与正电源连接，在需要较高可靠性的情况下，可以连接外部RC复位电路，在上电或接收到RESET端的复位信号后，SK5278大约需要经过25ms的复位时间才会进入到正常工作状态。程序中应尽可能地减少CPU对SK5278的访问次数，以提高程序的效率。

值得注意的是，如果有2个键同时被按下，则SK5278只能给出其中一个按键的代码，因此SK5278不适合应用于需要2个或2个以上按键同时被按下的应用场合。如确实需要双键组合使用或组合增加键盘数量，可在单片机的某I/O脚接入一键与SK5278共同组双键键盘监控电路。

3 串行接口及时序

SK5278采用串行方式与单片机或微处理器接口，串行数据从“DIO”引脚输出，并由“CLK”端发出同步时钟脉冲。当SK5278检测到有键按下时，按键有效指示“KEY”变高，单片机检测到“KEY”信号变高后，便将片选端“CS”拉低，从而使得SK5278将取得的键盘数据在“CLK”引脚的上升沿从“DIO”脚依次送出。在单片机发出8个时钟脉冲后，即可从“DIO”端读取8位键值编码，该编码值的D7为最高位，D0为最低位，然后单片机再使片选“CS”变高，并使“KEY”端重新输出低电平，至此，读键值过程结束。SK5278的串行接口时序如图2所示。图中，T1表示从“CS”下降沿至第一个CLK上升沿的延时，典型值为15μs;T2为CLK脉冲宽度，典型值为10μs；T3为CLK脉冲时间间隔，典型值为10μs。

4 应用电路

利用SK5278串行接口占用单片机口线少及无键按下时无须CPU干预的特点，可以很容易地构成单片机的键盘接口电路，图3所示是AT89C2051单片机与SK5278构成的键盘及接口电路。图中，AT89C2051的P1.2、P1.3、P1.4口线分别与SK5278的“CS”、“CLK”、“DIO”端相连。为了提高按键的响应速度并减少单片机的干预。本方案将SK5278的按键有效指示端“KEY”与AT89C2051的外中断端INT0相连，由于INT0为低电平中断，故而加入了一级非门以使“KEY”反相后与其相连。与图3电路对应的键盘处理程序如下：

；位定义
COUNT DATA 70H
RXBUF DATA 20H
；I/O定义
DIO BIT P1.4
CS BIT P1.2
CLK BIT P1.3
；主程序
MAIN：MOV SP，#50H
MOV P1，#0FFH ；将P1口置为输入
SETB IT0 ；INT0为边沿触发
SETB PX0 ；INT0为高优先级中断
SETB EX0 ；开INT0中断
SETB EA ；CPU开中断
LCALL DL25ms ；延时25ms等待SK5278复位
；INT0键盘中断程序
INT0：LCALL RECEIVE ；读键值
MOV A，RXBUF ；键值送A
CJNE A，#00H，KEY-1 ；K0键未按下转下键
LJMP KEY0 ；K0键按下，转入相应键值处理子程序
KEY1：CJNE A，#01H，KEY-2；
LJMP KEY1 ；K1键按下，转入相应键值处理子程序
KEY2：…
……
KEY15：CJNE A，#0FH，KEYFH ；K15键未按下，中断返回
LJMP KEY15 ；KEY15键按下，转入相应键值处理程序
KEYFH：RET；无键按下时中断返回读键盘值程序
RECEIVE：CLR CS ；读键盘数据有效
SETB DIO ；将DIO置为高电平输入状态
ACALL DL 15μs ；T1延时
MOV COUNT，#08H ；共八位数据
LOOP：SETB CLK
ACALL DL 15μs ；T2延时
MOV A，RXBUF
RL A ；数据左移一位
MOV RXBUF，A
MOV C，DIO ；读取一位数据
MOV RXBUF.0，C
CLR CLK
ACALL DL 15μs ；T3延时
DJNZ COUNT，LOOP
SETB DIO ；将DIO重置为高电平输入
ACALL DL 15μs
SETB CS ；读键盘数据无效
RET