在一些智能化仪表中，人机接口通常是LED数码管显示器和小型键盘。常见的工作方式有两种：一是直接使用系统中的CPU对显示器进行动态扫描和键盘检测，为保证显示的稳定和键盘的及时响应，CPU需要频繁的执行动态扫描程序，显然在CPU工作比较繁忙的情况下不太适用；二是用专用的显示、键盘芯片如8279、SAA1064等，这些芯片由于种种原因在实际应用中总有不便之处，如可显示的位数均较少，价格较高等。Phlips公司的P87LPC76X系列单片机属51系列，其体积小、功能强、价格低廉，有很高的性价比，本文介绍一种利用该系列单片机构成的具有一定通用性的显示、键盘电路。
图1 硬件电路图
P87LPC76X单片机简介
P87LPC76X单片机共有P87LPC760、P87LPC761、P87LPC762、P87LPC764、P87LPC767、P87LPC768等型号，该芯片采用加速的51内核，在相同的时钟频率下，其速度是标准51的2倍，它们除引脚数目、存储器容量和一些特殊的I/O功能外，其大部分功能均相同。下面以87LPC762为例进行说明。87LPC762为20脚封装，内有2KB的程序存储器，128B的数据存储器，两个16位定时/计数器，有一个标准串行通讯口，一个I2C接口，内部带有振荡器、上电复位和看门狗电路。在使用其内部振荡器和上电复位电路的情况下，可以有多达18根I/O线；特别值得一提的是，它的I/O口都可有上拉，其中P0口还专门设有键盘中断功能，若利用这些口线作为按键，则当有任一键按下时会产生相应的中断。
硬件设计
图2 寄存器的地址安排
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
D3-D0,显示的LED位数
D4 数据格式,0-ASCII码,1-BCD码
D6 键盘工作方式,0-简易按键,1-扫描键盘
D5,D7 保留
图3 控制寄存器格式
本设计用87LPC762组成一个最小的单片机系统。为使成本最低，结构最简单，再考虑到其可靠性要求不是太高，故使用单片机内部的振荡器、上电复位和看门狗电路，这样可以有18根I/O线可供使用。考虑到驱动的LED数码管的位数和单片机口线的驱动能力，通过87LPC762的串行接口，使用移位寄存器进行扩展。本应用中，由于显示的总位数为8位LED，故使用了2片移位寄存器74HC595，其中一片用作显示的位控，一片用作段控。根据74HC系列芯片的输出驱动特性，可以不使用限流电阻，直接用74HC595的输出驱动数码管的段和各位。使用结果表明在电源电压为5V，显示的数码管数目不是太多的条件下，有较好的亮度，并可长期稳定工作。按键可直接连接在87LPC762的P0口，这样其电路结构最为简单，工作时可使用87LPC762的按键中断方式，不用附加任何外部元件。但使用87LPC762在不用扫描方式时最多只可以有8个按键，这里利用P0.0~P0.7作为输入，可以有8个按键，这在一般情况下已经够用；如需要的按键数目较多，可以使用扫描式键盘。显示/键盘部分和系统中主CPU之间的数据交换使用I2C接口，87LPC762作为从器件；工作时，系统的主CPU只需将要显示的数据通过I2C接口，以标准的格式发送到87LPC762即可。另外87LPC762使用一根I/O线作为向系统主CPU发送中断申请的信号线，当有按键按下时，87LPC762分析识别后向系统主CPU发出中断申请，系统主CPU响应中断后，通过I2C接口，从87LPC762中读出键值即可。本设计的硬件电路如图1所示。
软件设计
软件设计主要包括显示驱动程序的设计、键盘识别分析程序及I2C接口程序的设计。显示程序设计比较简单，让87LPC762的串行接口工作在方式0，用一个定时/计数器工作在定时方式，按显示的位数和扫描频率确定定时常数，打开定时中断，P87LPC762进入中断后通过串行口送出显示的段控和位控码。键盘可利用P87LPC762的按键中断功能，在有按键按下时，进入中断服务程序进行按键的抗抖、识别等，此处不再赘述。
下面主要介绍I2C接口和驱动软件的接口设计及其考虑。87LPC762内部有完善的I2C接口部件，它可以工作在主方式，也可以工作在从方式，这里工作在从方式即可，其编程也较为简单。在从方式下87LPC762需要有一个从地址，这个地址可以根据我们的需要选择，但要注意不要和系统中其他的I2C器件地址相冲突。软件的接口设计的和标准的I2C器件完全一样，访问时先写入器件地址，然后是片内地址；访问时既可以对某一特定的单元，也可以连续访问若干单元。为方便系统中主CPU对键盘、显示电路的访问，该电路对外提供了一个标准的接口，即可以由主CPU通过I2C访问的10个寄存器，这些寄存器的地址安排如图2所示。注意，这只是通过I2C接口访问时使用的地址，并不是在87LPC762内部RAM中的真正地址。工作时，主CPU只须将要显示的数据按地址通过I2C接口写入，87LPC762即将其显示出来。同样当87LPC762识别到有按键按下，把该键的键码放入寄存器中，然后向主CPU发出中断申请，主CPU响应中断通过I2C接口从87LPC762中指定的地址读出键码即可。由此可见，我们完全可以把87LPC762作为一片专用的键盘、显示芯片来使用。为使该电路使用起来更为方便、灵活，还设置了一个控制寄存器，用来控制显示的位数和方式、键盘工作方式等如图3所示。在此基础上还可以增加一些其他功能，如让指定的位闪烁，长时间无键按下时关闭显示，进入保护模式等。控制寄存器用来控制显示/键盘电路的工作方式，其格式见图3。
系统中的主CPU既可以采用有I2C接口的单片机；也可以使用没有专用I2C接口的单片机，这种情况下可用软件模拟I2C接口。
结语
利用P87LPC762构成的显示、键盘电路具有结构简单、功能强、与系统主CPU的接口简单、使用方便、成本低等特点，在我们所研制的智能化仪表中已成功使用。实际上我们可以将P87LPC762、74HC595等芯片集成在一起做成一个专用的显示和键盘模块。