基于PIC單片機的低功耗鍵盤接口設計

十年單片機開發方案公司深圳英銳恩分享基于PIC單片機的低功耗鍵盤接口設計。

引言

目前，針對單片機應用的專用鍵盤接口芯片可謂種類繁多，但大多數都應用于對功耗沒有嚴格要求的場合，滿足不了一些小巧的便攜式設備(例如遙控器的低功耗、低成本要求)。TC9148是一款應用廣泛的紅外發碼專用芯片，一般與紅外接收芯片TC9149配合使用來構成一套完整的遙控發射、接收系統。而由于TC9148具有功耗極低且價格低廉的特點，兇而在許多要求有鍵盤控制的低功耗、低成本應用中可將其作為鍵盤接口芯片使用，并直接與微處理器連接實現復雜的鍵盤處理。本文采用TC9148作為鍵盤接口芯片，給出了基于Microchip公司的低功耗單片機PIC16F73實現的低功耗鍵盤接口設計方法。

1 TC9148傳送波形分析

TC9148是一款功耗極低且價格低廉的紅外發碼專用芯片。用TC9148設計鍵盤接口電路的關鍵是對TC9148的輸出信號進行解碼。下面就詳細地討論一下TC9148的傳送波形。

1.1 基本傳送波形

TC9148的振蕩頻率fosc為455 kHz，傳送的基本波彤是圖1所示的12位串行碼。其中C1～C3為用戶碼標識，H、S1和S2為連續／單發碼標識，K1～K6為鍵輸人標識。根據TC9148數據手冊介紹，這里：a=(1／fosc)×192≈420μs。然而，通過示波器觀察及后續的程序調試發現，每位碼的實際位寬約為420μs，即圖1中的4a才等于420μs。

1.2 載波

為了增加紅外信號的發送和接收距離，一般需要50～100 mA的電流通過紅外發射二極管，所以，從減少電池消耗考慮，需盡可能的減少紅外發光管的導通時間。TC9148的發碼信號采川占空比為1：3的載波調制波形，其載波頻率為38 Hz。

圖2和圖3所示為用示波器觀察所得的脈沖凋制后的傳送波形。圖2是位碼“0”和“1”的波形表示。圖3則是發射一個完整碼的實際波形。

由于應用了載波調制，TC9148的發射碼波形相對比較復雜，采用常用的定時讀取高低電平的方式解碼有一定的難度，且誤碼率也比較高。本設計考慮到載波調制部分具有電平變化的特點，因而采用PIC16F73單片機的RB端口電平變化中斷來作為輔助判斷。

2 鍵盤接口電路

本設計將TC9148作為鍵盤接口芯片使用，其硬件電路的設計相對比較簡單，其電路如圖4所示。圖4中，TC9148的串行輸出端TxOUT接PIC16F73的RB4腳，其它外圍電路采用其典型連接方法，鍵盤則應根據需要做一定裁減。另外，電路調試中，有時TC9148會起振困難，因此應注意合理設置晶振電路中的電容C9和C8的值，一般的經驗是：C8略小于C9。

可見，鍵盤接口設計的關鍵就是實現PIC16F73對TC9148傳送碼的正確解碼?？紤]到TC9148傳送波形的復雜性，PIC16F73的接入引腳采用的是RB口的RB4，即加入了RB端口電平變化中斷作為輔助判斷。

3 解碼算法的設計

3.1 TC9148發碼起始的判斷

根據TC9148的傳送波形，無論“0”或“1”，起始處均為載波調制波形，這一點具有電平變化的特點，因此，開RB電平變化中斷后，一旦進入該中斷程序即認為開始發碼。

3.2 傳送波形中“0”和“1”的判斷

事實上，本設計中解碼的難點是對傳送波形中“0”和“1”的判斷。最初在考慮解碼時，也曾嘗試過通過精確的延時、定時程序并按照時序來讀取波形，但通過大量的測試發現：TC9148數據手冊上提供的波形與實際示波器上觀察的波形略有出入，致使設計時無法得到精確的延時數值；另外，由于加入了載波，但載波調制部分的低電平保持時間較短，硬件無法靈敏反應，致使誤碼率很高。故而只能再做其它的打算。

仔細對位“0”和位“1”的波形進行分析和比較后發現：由于加入載波，在前半周期內，位“0”和位“1”的波形均會發生電平變化；而在后半周期內，只有位“1”的波形會產生電平變化，而位“0”的波形則保持高電平不變，具體波形變化如圖5所示。

因此，通過適當的延時和電平變化的判斷，就可以很準確的判斷出位“0”和位“1”，問題也就迎刃而解了。

3.3 基本傳送波形的解碼

TC9148的鍵盤輸入可以實現單鍵和多重按鍵，與之對應的有兩種發射碼的波形：一種是單發碼波形，另一種是連續碼波形。這兩種波形都是基于傳送的基本波形，只是加入了一定的延時和校驗部分，并且單發碼波形只傳送一次，而連續碼波形是要重復傳送的，具體波形圖可參考TC9148的數據手冊。

這里，由于設計中的算法并不是基于波形的讀取，而是直接對位“0”和位“1”波形進行判斷，因此，不論是單發碼波形或連續碼波形，都可只讀其中的基本傳送波形部分即以得到正確的解碼，這在很大程度上避免了干擾的影響。

圖6所示是一個基本傳送波形的解碼判斷過程圖，其重復部分可以采用循環來實現。

5 結束語

本文針對低功耗應用場合，采用Microchip公司的低功耗單片機PIC16F73和紅外發碼芯片TC9148完成了鍵盤接口設計，并在設計過程中實現了PIC單片機對紅外發碼芯片TC9148的直接解碼，從而拓展TC9148芯片的應用領域，提升了產品的性價比，具有一定的創新意義。

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