CH452在ARM控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

引言

在原有的測控系統(tǒng)中，通常不僅需要顯示其工作狀態(tài)或測量的數(shù)據(jù)，而且要管理鍵盤，若采用常規(guī)的顯示方式，則需用的元器件多且控制復(fù)雜，從而導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性降低，成本增加。尤其在繁忙數(shù)據(jù)處理任務(wù)系統(tǒng)中的處理器不堪重負(fù)。因此，本文介紹一種基于ARM處理器的智能測量系

統(tǒng)的接口技術(shù)[1-3]。該系統(tǒng)采用具有I2C總線接口的顯示及鍵盤管理芯片CH452與處理器連接[4-5]，實(shí)現(xiàn)顯示和對鍵盤的管理，使系統(tǒng)簡單、可靠。在大量數(shù)據(jù)處理的系統(tǒng)中，其優(yōu)勢尤為突出。

系統(tǒng)構(gòu)成與功能

本系統(tǒng)主要由測量轉(zhuǎn)換電路、ARM控制器、顯示電路和鍵盤等組成。通過測量轉(zhuǎn)換電路把被測量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，然后輸入至由LM3S2110組成的ARM控制器處理所測量的被

測量數(shù)據(jù)，并將其送顯示器LED1、LED2、LED3、LED4顯示。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

系統(tǒng)整體硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件由測量轉(zhuǎn)換電路和信號控制電路兩部分組成。其中，信號控制電路由ARM處理器控制電路、顯示電路和鍵盤等組成[6]。信號控制電路如圖2所示。

CH452作為控制面板接口的連接器件，圖中的4位LED作為智能控制器面板的顯示部分，鍵盤矩陣完成智能控制器面板的參數(shù)設(shè)定、修改等功能按鍵，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交

互功能[7]。

ARM處理器

處理器控制電路的核心是LM3S2110。作為嵌入式處理器的LM3S2110采用為小封裝應(yīng)用方案而優(yōu)化的32位ARM?Cortex?-M3 v7M架構(gòu)，是德州儀器公司Stellaris?系列基于ARM Cortex-M3的處理器。其具有高性能的32位運(yùn)算能力。如圖2所示，ARM處理器控制電路的作用是協(xié)調(diào)信號控制電路的正常工作。

LM3S2110微控制器具有以下特點(diǎn)：32位RISC性能；看門狗定時(shí)器；內(nèi)部64KB單周期Flash；通用定時(shí)器；控制器局域網(wǎng)（CAN），比特率高達(dá)1Mbps；3個(gè)獨(dú)立的集成模擬比較器；脈沖寬度調(diào)制器（PWM）；I2C接口。

測量轉(zhuǎn)換電路

測量轉(zhuǎn)換電路對被測量進(jìn)行測量，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。測量轉(zhuǎn)換電路示意圖如圖3所示。

鍵盤顯示電路

鍵盤顯示部分采用數(shù)碼顯示，利用具有I2C總線接口的顯示及鍵盤管理芯片CH452與LM3S2110控制系統(tǒng)的I2C總線接口連接[8-9]，以顯示被測值

等信息，并對鍵盤進(jìn)行管理。如圖2所示。

CH452的特點(diǎn)

CH452具有以下特點(diǎn)：I2C接口；驅(qū)動能力大；鍵盤中斷；動態(tài)顯示掃描控制；可驅(qū)動8位共陰數(shù)碼管或64只獨(dú)立的LED和64個(gè)按鍵；可控掃描位數(shù)或任意數(shù)碼管的閃爍；內(nèi)置振蕩電路、上電復(fù)位和休眠電路。

CH452的工作原理

A 顯示的驅(qū)動

CH452內(nèi)部具有8個(gè)8位的數(shù)據(jù)寄存器，用于保存8個(gè)字?jǐn)?shù)據(jù)，分別對應(yīng)于CH452所驅(qū)動的8個(gè)數(shù)碼管或8組每組8個(gè)的發(fā)光二極管。

CH452

對數(shù)碼管和發(fā)光管采用動態(tài)掃描驅(qū)動，順序?yàn)镈IG0至DIG7，當(dāng)其中一個(gè)引腳灌入電流時(shí)，其它引腳則不灌入電流。段驅(qū)動引腳SEG6～SEG0分別對應(yīng)數(shù)碼管的段G～段A，段驅(qū)動引腳SEG7對應(yīng)數(shù)碼管的小數(shù)點(diǎn)，字驅(qū)動引腳DIG7～DIG0分別連接8個(gè)數(shù)碼管的陰極；也可驅(qū)動8×8矩陣的發(fā)光二級管LED陣列或者64個(gè)獨(dú)立發(fā)光管或64級光柱。

通過占空比設(shè)定可實(shí)現(xiàn)對亮度16級控制。CH452有兩種控制方式：不譯碼方式和BCD譯碼方式。

不譯碼方式時(shí)，8個(gè)數(shù)據(jù)寄存器中字?jǐn)?shù)據(jù)的位7～位0分別對應(yīng)8個(gè)數(shù)碼管的小數(shù)點(diǎn)和段G～段A，對于發(fā)光二極管陣列，則每個(gè)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)據(jù)位唯一地對應(yīng)一個(gè)發(fā)光二級管。當(dāng)數(shù)據(jù)位為1時(shí)，對應(yīng)的數(shù)碼管的段或者發(fā)光管就會點(diǎn)亮；當(dāng)數(shù)據(jù)位為0時(shí)，則對應(yīng)的數(shù)碼管的段或者發(fā)光管就會熄滅。

通過設(shè)定，CH452還可以工作于BCD譯碼方式，該方式主要應(yīng)用于數(shù)碼管驅(qū)動，單片機(jī)只要給出二進(jìn)制數(shù)BCD碼，由CH452將其譯碼后直接驅(qū)動數(shù)碼管顯示對應(yīng)的字符。BCD譯碼方式是指對數(shù)據(jù)寄存器中字?jǐn)?shù)據(jù)的位4～位0進(jìn)行BCD譯碼，控制段驅(qū)動引腳SEG6～SEG0的輸出，對應(yīng)于數(shù)碼管的段G～段A，同時(shí)用字?jǐn)?shù)據(jù)的位7控制段驅(qū)動引腳SEG7的輸出，對應(yīng)于數(shù)碼管的小數(shù)點(diǎn)，字?jǐn)?shù)據(jù)的位6和位5不影響B(tài)CD譯碼。

顯示器是共陰極四位連體紅光LED數(shù)字顯示器（TLR4125）。

B 鍵盤的管理

CH452的鍵盤掃描功能支持8×8矩陣的64鍵鍵盤。在鍵盤掃描期間，DIG7～DIG0引腳用于列掃描輸出，SEG7～SEG0引腳都帶有內(nèi)部下拉電阻，用于行掃描輸入。當(dāng)啟用鍵盤掃描功能后，4線串行接口中的DOUT引腳的功能由串行接口的數(shù)據(jù)輸出變?yōu)殒I盤中斷輸出以及按鍵數(shù)據(jù)輸出。

CH452定期在顯示驅(qū)動掃描過程中插入鍵盤掃描。在鍵盤掃描期間，DIG7～DIG0引腳按照DIG0至DIG7的順序依次輸出高電平，其余7個(gè)引腳輸出低電平；SEG7～SEG0引腳的輸出被禁止，當(dāng)沒有鍵被按下時(shí)，

SEG7～SEG0都被下拉為低電平。

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)充分利用芯片硬件資源與軟件配合，完成信號測量轉(zhuǎn)換、信號處理和顯示，這樣電路結(jié)構(gòu)簡單、體積小、可靠性高、穩(wěn)定性好。系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，由系統(tǒng)初始化、測量轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、顯示和鍵盤等組成[10-11]。系統(tǒng)程序控制框圖如圖4所示。

系統(tǒng)初始化包含對CH452的初始化。即對CH452的設(shè)置，如開顯示、鍵盤功能、設(shè)置BCD譯碼方式等。顯示部分對4個(gè)數(shù)碼管動態(tài)顯示，通過加載字?jǐn)?shù)據(jù)命令來顯示每個(gè)數(shù)碼管的數(shù)字。

結(jié)束語

采用鍵盤及顯示管理器件CH452與單片微處理器的連接，可以使硬件接口和軟件編程都簡化，有效地提高了系統(tǒng)的可靠性。運(yùn)用CH452與ARM的接口技術(shù)，可以充分利用ARM處理器強(qiáng)大的處理能力用于數(shù)據(jù)的處理，達(dá)到智能測控的目的。應(yīng)用此接口技術(shù)的系統(tǒng)，實(shí)際運(yùn)行穩(wěn)定可靠，達(dá)到預(yù)期。