怎样去设计一种智能仪表面板接口？

　　1 引言
　　I2C总线接口的显示及键盘管理器件ZLG7290广泛应用于智能仪表的接口设计当中，在具体应用过程中，它接收所要显示的数据并将其显示在LED显示器上，动态地扫描管理着显示过程，该器件本身只需2根线就可与单片机实现接口，硬件连接简便，软件编程容易。尤其用在单片机担负繁忙数据处理任务的系统中，可节省单片机用于显示扫描的时间，更显出其优越性。
　　2 ZLG7290的特点及工作原理
　　2．1 ZLG7290的特点
　　如图1所示，ZLG7290是一种多位LED显示及键盘管理器件，采用流行的I2C总线接口，可与各种带I2C总线的单片机方便接口，并可同时驱动8位LED。其内部具有15×8 RAM的功能控制寄存器，可方便寻址。对每位数字可单独控制、刷新。显示亮度可数字控制，每位都具有闪烁使能控制功能。无需任何外部元件便可多路复用自动扫描。
　　
　　ZLG7290的特点有：采用I2C串行接口；提供键盘中断信号，方便与处理器接口；可驱动8位共阴数码管或64只独立的LED和64个按键：可控制扫描位数，可控制任意数码管的闪烁：提供数据译码和循环移位段寻址等控制；8个功能键均可检测任意键的连击次数；无需外接元件即直接驱动LED，可扩展驱动电流和驱动电压。
　　2．2 ZLG7290的工作原理
　　2．2．1键盘的管理与控制
　　ZLG7290可采样64个按键或传感器，可检测每个按键的连击次数，并具有如下功能：键盘去抖动处理；双键互锁处理，即当有两个以上按键被同时按下时，ZLG7290只采样优先级高的按键：连击按键处理，即当某个按键按下输出一次键值后。如果该按键还未释放，该键值连续有效，就像连续压按该键一样，这种功能称为连击。连击次数计数器RepeatCnt可区别出单击（某些功能不允许连击如开关）或连击，判断连击次数，可以检测被按下时间。以防止某些功能的误操作。
　　2．2．2显示的管理与控制
　　在每个显示刷新周期，ZLG7290按照扫描位数寄存器（ScanNum）指定的显示位数 N，把显示缓存DpRam0-DpRamN的内容按先后顺序送入LED驱动器以实现动态显示，减小N值可提高每位显示扫描时间的占空比，以增强LED亮度，显示缓存中的内容不受影响。修改闪烁控制寄存器（FlashOnOff）可改变闪烁频率和占空比亮、灭的时间。
　　ZLG7290有两种控制方式，即寄存器映像控制和命令解释控制。如上述对显示部分的控制，寄存器映像控制是指直接访问底层寄存器，实现基本控制功能，这些寄存器须字节操作。命令解释控制是通过解释命令缓冲区CmdBuf0-CmdBuf1 中的指令间接访问底层寄存器，实现扩展控制功能，如对寄存器的位操作。
　　2．2．3内部寄存器的定义
　　ZLG7290内部可通过I2C总线访问的寄存器地址范围为00H-17H，任意寄存器都可按字节直接读写，也可以通过命令接口间接读写或按位读写。ZLG7290的控制和状态查询均通过读／写寄存器实现，用户只需像读写24C02内的单元一样操作即可实现对ZLG7290的控制。
　　（1）系统寄存器（SystemReg）：地址00H，复位值11110000B，系统寄存器可以保存ZLG7290系统状态并可对系统运行状态进行配置。
　　（2）键值寄存器（Key）：地址01H，复位值00H，Key表示被按下键的键值，当Key=0时表示没有键被按下。
　　（3）连击次数计数器（RepeatCnt）：地址02H。复位值00H，RepeatCnt=0时表示单击键，RepeatCnt大于0时表示键的连击次数，用于区别出单击键或连击键，判断连击次数可以检测被按下时间。
　　（4）闪烁控制寄存器（FlashOnOff）：地址0CH，复位值 0111B／0111B，高4位表示闪烁时“亮”的时间，低4位表示闪烁时“灭”的时间，改变其值同时改变了闪烁频率，也能改变“亮”和灭“的占空比。 FlashOnOff的1个单位相当于150 ms～250ms（”亮“和”灭“的时间范围为1-160000B相当1个单位时间），所有像素的闪烁频率和占空比相同。
　　（5）扫描位数寄存器（ScanNum）：地址0DH，复位值7，用于控制最大的扫描显示位数（有效范围为0～7，对应的显示位数为18），减小扫描位数可提高每位显示扫描时间的占空比。以增强LED的显示亮度。不扫描显示时，显示缓存寄存器则保持不变，如ScanNum=3时，只显示DpRam0-DpRam3的内容。
　　（6）显示缓存寄存器（DpRam0-DpRam7）：地址10H-17H，复位值00H，00H缓存中一位置1表示该像素亮，DpRam7-DpRam0的显示内容对应Dig7-Dig0引脚。
　　2．2．4 I2C通信
　　ZLG7290的I2C接口传输速率可达32 kbit／s，容易与处理器接口，并提供键盘中断信号，提高了主处理器的时间效率。有效的按键动作、普通键的单击、连击和功能键状态的变化都会令系统寄存器SystemReg的KeyAvi位置1。INT引脚信号信号为低电平有效，用户的键盘处理程序可由INT引脚低电平中断触发，以提高程序效率，也可以不采样INT引脚信号，节省系统的I／O数而采取轮询系统寄存器KeyAvi位的方式，在读键值寄存器时会使KeyAvi位清0，并会使INT引脚信号无效，为确保某个有效的按键动作及所有参数寄存器的同步性．可利用I2C通信的地址自动递增功能。连续读取RepeatCnt FunctionKey和Key寄存器。
　　3 仪表面板接口的硬件连接
　　图2所示是ZLG7290作为仪表面板接口的硬件连接，图中的8位LED作为智能仪表面板的显示部分，键盘矩阵完成智能仪表面板的参数设定、修改按键，实现人机交互功能。
　　
　　使用ZLG7290驱动数码管显示有两种方法，一是向命令缓冲区（07H-08H）写入复合指令，向07H写入命令并选通相应的数码管，向08H写入所要显示的数据，这种方法每次只能写入一个字节的数据，多字节数据的输出可在程序中用循环写入的方法实现；二是向显示缓存寄存器（10H-17H）写入所要显示的数据的段码。段码的编码规则为从高位到低位为abcdefgdp，每次可写入1～8个字节数据。
　　4 仪表面板接口中的软件设计
　　下面是P89LPC932单片机的I2C接口部分的主程序：
　　
　　图3是ZLG7290在仪表面板应用中的键盘扫描及显示程序流程图。该流程实现的功能是：上电复位后，数码管显示初值0-7，若有键按下，判断是普通键还是功能键，若为功能键，则保持原来的显示不变，使8个数码管同时闪烁；若为普通键，则将键值显示在第一个和第二个数码管并同时闪烁，其他数码管不闪烁，原有的显示左移两位。
　　
　　5 结束语
　　ZLG7290作为键盘及显示管理器件与单片微处理器的连接，无论是硬件接口还是软件编程都非常简单。该器件本身具有扫描显示功能，不需要单片机进行动态扫描，以使其将更多的时间用于数据处理。笔者已将ZLG7290应用在所设计的产品当中，并取得了较为满意的效果。