I2C接口ZLG7289在数控信号源中的应用

电路

  数控信号源除了要求可实现正弦波、方波、锯齿波等常规波形的输出外，还要求能输出频率可调、幅度可调、相位可调的任意波形，因此，在数控信号源中，需要通过键盘控制信号的频率、幅度、相位等参数，同时需要显示当前所产生的信号的频率及调制方式等。但是，由于人机界面中的键盘、显示等慢速外设需占用系统太多的资源，从而造成处理速度下降，系统的可靠性降低。因此，本文采用具有串行接口的键盘显示智能控制芯片ZLG7289，并以它为核心设计的键盘、显示电路具有结构简洁，功能完备，可靠性高的特点，且使用方便，适于推广。
1 ZLG7289 I2C接口简介
ZLG7289 I2C键盘显示与接口是广州周立功公司研发的，具有SPI串行接口功能，可同时驱动8位共阴式数码管(和64只独立LED)的智能显示驱动芯片。该芯片同时还可连接多达64键的键盘矩阵，单片即可完成LED显示和键盘接口的全部功能，且不占用单片机系统资源。其技术特点为：
(1)串接口，MCU接口方便；

  (2)无需外围元件就可直接驱动LED；

  (3)各位独立控制译码／不译码及消隐和闪烁属性；

  (4)循环)左移／(循环)右移指令；

  (5)具有段寻址指令，方便控制独立LED；

  (6)64键键盘控制器，内含去抖动电路。
该芯片可方便地应用于各种测试仪器仪表和工业的人机接口中。
2 系统硬件设计
2.1 ZLG7289与微处理器的接口
ZLG7289A与微处理器的接口设计如图1所示，ZLG7289的6～9脚分别与AT89C51的P0.1～P0.3及INT0相连。其中6脚为片选输入端CS，低电平有效，可向芯片发送指令及读取键盘数据；7脚为CLK，同步时钟输入端，向芯片发送数据及读取键盘数据时，此引脚电平上升表示数据有效；8脚为串行数据输入／输出端，当芯片接收指令时，此引脚为输人端；当读取键盘数据时，此引脚在“读”指令最后一个时钟的下降沿变为输出端；9脚为按键有效输出端KEY，平时为高电平，当检测到有效按键时，此引脚变为低电平。

2.2 ZLG7289与键盘和LED数码管的连接
ZLG7289A应连接共阴式数码管，应用中无需用到的数码管和键盘可以不连接，省去数码管和对数码管设置消隐属性均不会影响键盘的使用。使用按键电路中须有相应的下拉电阻如R6，阻值为100 kΩ，连接6个按键与位选线DIGO～DIG4的5只电阻R1～R5称为位选电阻。芯片应用中，下拉电阻与位选电阻应遵从一定的比例关系，下拉电阻应大于位选电阻的5倍而小于其50倍，典型值为10倍。图中位选电阻取值10 kΩ。在不影响显示的前提下，下拉电阻应尽可能地取较小的值，这样可以提高键盘部分的抗干扰能力。
2.3 其他外围电路
其他外围电路如图1所示，ZLG7289A需要一外接晶体振荡电路供系统工作。其典型值为f=12 MHz，C=15 pF。ZLG7289A的RESET复位端在一般应用情况下，可以直接和Vcc相连，只有在需要较高可靠性的情况下，才需要连接一外部复位电路或直接由微处理器控制。因为芯片可直接驱动LED码管显示，电流较大，且为动态扫描方式。为尽量消除电源噪声干扰，提高电路抗干扰能力，应用时可在电源的正负极间并人一个100μF的电容。
3 ZLG7289在数控信号源中的应用
3.1 硬件设计
该数控信号源的人机接口电路如图1所示，由ZLG7289控制一个5×6的矩阵键盘和8个LED数码管的显示。该系统以AT89C51和DDS芯片AD9852为核心组成信号发生器的主体电路，由DDS输出的信号经过信号调理电路滤波、放大、衰减成为最终输出信号，系统框图如图2所示。
AT89C51作为系统的主控制器与人机接口电路通过ZLG7289的SPI接口实现双向数据通信，接收处理人机接口发来的各种控制信息，控制DDS及信号调理电路实现各种调制信号的输出，再经过低通滤波器得到频谱纯净的波形，滤波器输出的波形经过乘法器、功放电路和衰减电路得到用户所需的输出波形。

  3.2 程序设计
         本数控信号源需要通过键盘的输入最终实现对频率、幅度、相位和波形等的数字调节及数字显示，因此，根据设计的需要，键盘矩阵的设计如图3所示。

当有键按下时，KEY脚输出低电平，并将KEY作为AT89C51的中断输入信号，调用中处理程序，从ZLG7289的DIO端口读取键值，同时通过DIO端口向ZLG7289传送指令和数据，ZLG7289对指令进行译码并显示数据，判断键值并根据各键值执行相应的子程序，显示相应的内容，并实现对DDS芯片的控制，以产生与键值相应的各种信号，程序流程图如图4所示。

4 结语
ZLG7289人机接口只需一片智能芯片即可很好地完成频率、幅度等的数字显示和键盘控制功能，且无需添加锁存器、驱动和寄存器等，电路简单、耗电较小，软件设计也无需进行显示译码，从而省去了静态显示扩展芯片，节省了CPU的占用时间。应用ZLG7289设计的数控信号源具有良好的人机对话功能，在实际使用中取得了满意的效果。

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