基于CY8C21534的通用操作面板解析方案

引言

Cypress公司的CY8C21534是一个带有非常丰富感应按键功能的单片机芯片，多数IO口都可以配置为感应按键输入或普通TTL电平输入/输出的功能，并且有丰富的内部资源。

在产品设计中，操作面板是面向用户的最重要的交互界面，其操作性能的优劣直接影响产品的感观性能。良好的操作界面，可以使用户提高对产品的信心，并大大提高购买率。

另外，产品设计中，通用化的设计往往是提高产品设计速度和性能的最有效的方式。

为了满足上述要求，我们设计了一款通用的带有感应按键功能的面板，根据我们产品的需要，面板应提供9个感应按键，能驱动64段LED显示，有蜂鸣器驱动，并有与控制板进行信息交换的接口。

通用操作面板设计的基本思路主要集中在通用上，通用包括两个方面：一是硬件通用，设计一个操作面板可以适应很多的产品。二是软件的通用，通用板不关心按键具体功能和显示的具体内容，把程序设计成通用的。

因为面板最重要的功能就是感应按键功能，所以我们采用了高性能的CY8C21534，考虑到CY8C21534有效的IO口线只有24个，所以扩展了一片 74HC595来驱动显示段，这样需要至少2个IO口;还需要8个IO口来驱动显示行;操作面板与控制板通讯采用I2C方式，再增加一条按键有效指示线，则通讯接口需要3个IO;9个按键使用9个IO，这样方便以后其他的扩展;一个IO口驱动蜂鸣器;另外一个IO口做按键处理用，保证按键的抗干扰能力;这样24个IO刚好可以满足要求。

硬件设计

图1为通用操作面板原理图。图中，S1~S9为感应按键的感应区域，U101为显示组件(在设计中采用的是一体化的显示组件)，CN101为与控制板的接口，同时也是在线烧写程序的接口。

图1 通用操作面板原理图

只要按键对应口线不变，按键可以排列在通用操作面板任何位置。

显示组件可以是分离器件组成，连接关系只要满足图中COM1~8和SEG1～8对应就可以了，其中COM1~8是显示的行扫描端，SEG1~8是显示段码驱动端。64段可以组合成8段数码管，也可以是独立的LED指示灯按照行列方式连接。注意，在图中的连接关系中，显示部件必须是共阳结构的。

软件设计

软件分成如下几个主要部分：

显示扫描部分—负责把显示数据按照对应关系送出。

需要开辟一个显示缓冲区，用来保存接收到的显示内容，定义为Dis_buf[8]，共8个字节，64段需要8个字节，按照每行一个字节保存，规定Dis_buf[0] 对应COM1行，Dis_buf[1]对应COM2行，依此类推，Dis_buf[7]对应COM8行。

在定时扫描里，按照行列关系扫描显示即可，具体显示内容则由控制板通过通讯接口发来。

这部分程序流程比较简单，但操作要点需要特别注意：先关闭所有显示行，根据扫描行标志送出扫描段码，再打开对应的扫描行，点亮显示，最后扫描行标志加1。

按键扫描部分—负责扫描按键状态，并把扫描结果保存在缓冲区，以便控制板查询。

开辟一个2字节的按键缓冲区Key_buf[2]，每一位对应一个按键，例如规定Key_buf[0]的最低位对应S1……，Key_buf[0]的最高位对应S8，Key_buf[1]的最低位对应S9，其余保留备用。

CY8C21534定时对按键进行扫描，并把去抖动后的结果保存在按键缓冲区，规定“1”为按键按下，“0”为按键抬起。

需要说明的是，按键是否按下，是通过读CY8C21534内部寄存器的值来确定的，这与普通机械按键按下判断电平高低是不同的。

与控制板通讯部分—负责接收控制板的显示数据，同时接受控制板查询按键状态的指令，发出按键状态数据。

通讯采用I2C接口，并且通用操作面板上的CY8C21534工作在从模式，控制板上的单片机I2C接口工作在主模式。

我们规定通讯协议如下：

写显示数据

先写入地址(0xA2)。再依次写入显示数据1~显示数据8，蜂鸣器状态字节按照IIC协议模式，依次写入上述10个字节即可。

显示数据1~8分别对应COM1~8行，蜂鸣器状态字节表示蜂鸣器是否鸣响，当最低位为1时，蜂鸣器鸣响，为0时停止鸣响，其余的为保留备用。

读按键状态

先写入地址(0xA3)，再依次读出2个字节即可。

这部分程序的流程比较简单，属于CY8C21534内部功能，基本思路为：

I2C 收到数据后会产生中断，CY8C21534响应中断后，判断是写入显示数据还是读按键状态，如果是写数据，则读出I2C数据接收寄存器值，写入对应显示缓冲区Dis_buf[i]即可。全部接收完8个显示数据，则把显示缓冲区Dis_buf[i]的值转入Dis_buf_out[i]，供显示扫描程序用。

如果是读按键状态，则把按键状态Key_buf[0]写入发送寄存器，I2C模块自动发出数据发送完一个，再写入Key_buf[1]继续发送。

应注意的几个关键问题

·按键扫描中要有去抖动的过程，这个去抖动一般以20~50毫秒为宜，另外去抖动过程不仅在按键按下时要处理，按键抬起时最好也处理一下，这样可以保证按键操作的可靠性。

·感应按键处理时，CY8C21534提供了一个软件模块包，用来处理感应按键的功能，同时有利用P0(7)实现抗干扰的处理的功能，这样可以屏蔽水流冲击和手机的干扰。所以设计PCB时，P0(7)要与通用操作面板的覆铜地通过电阻R143连接在一起。

·显示扫描帧频率要超过60HZ，这样可以保证显示无抖动，由于显示亮度与扫描频率和占空比有直接关系，占空比不变时，帧频率越高，亮度会越低，所以建议使用60HZ的帧频率，没有必要提高帧频率。

结语

采用CY8C21534设计通用操作面板是非常方便也是非常简单的，而且操作面板还具有高可靠性的感应按键功能，这对提升产品性能和价值是非常有效的。

CY8C21534外围电路非常简单，内部的许多功能都有标准的软件模块可以调用，所以软件设计也非常简单，而且所附的仿真调试软件支持C编译，调试非常容易和方便，

本设计的基本思路应用于生产实践中已经带来了非常好的效益。