Dodatek D Układ współpracy z klawiaturą i wyświetlaczem 8279
Programowany układ współpracy z klawiatura i wyświetlaczem może być wykorzystywany do automatycznej obsługi matrycy klawiszy oraz zestawu wskaźników siedmiosegmentowych lub alfanumerycznych. Układ bezpośrednio dołączony do szyny systemu mikroprocesorowego zwalnia współpracujący mikroprocesor z wykonywania czasochłonnych procedur przeglądania klawiatury i sterowania wyświetlaczy. Wybór odpowiedniego rodzaju pracy układu jest dokonywany przez programowe zapisanie ciągu słów sterujących. Układ zawiera dwie równolegle pracujące sekcje: klawiatury i wyświetlaczy. Sekcja klawiatury może przeglądać matrycę 64 kluczy lub innego rodzaju zestyków, jak również może współpracować z klawiaturą wyposażoną w strobowane łącze równoległe. Sekcja wyświetlaczy może sterować zestawem zawierającym nie więcej niż 16 wskaźników LED lub zbiorem sygnalizatorów innego rodzaju. Schemat blokowy układu jest przedstawiony na rysunku 1. Układ zawiera bufor FIFO pamiętający 8 znaków ośmiobitowych z klawiatury oraz 16-bitową pamięć RAM zawierającą dane do wyświetlania. Zarówno pamięć jak i rejestr FIFO mogą być odczytane, a pamięć RAM również zapisywana przez mikroprocesor. DB7 - DB0 CS A0 RD WR CLK RESET IRQ Bufor danych Logika we/wy Słowo statusowe Szyna wewnętrzna Rejestr adresu wyświetlaczy Pamięć RAM wyświetlaczy 8 x 16 Rejestr sterujący Rejestr FIFO 8 x 8 Układ tłumienia drgań klawiatury Rejestr wyświetlaczy Sterowanie i zegar Licznik przegladania Rejestr zwrotny A3 - A0 B3 - B0 SL3 - SL0 SHIFT CNTL/S RL7 - RL0 Rys.1. Schemat blokowy układu 8279 1. Tryby pracy układu 1.1. Tryby pracy sekcji klawiatury 1.1.1. Przeglądanie klawiatury (ang. Scanned keyboard) Układ w tym trybie zapewnia ciągłe przeglądanie matrycy klawiszy Liniami S0, S1 i S2 w poszukiwaniu wciśniętego klawisza. W przypadku znalezienia aktywnej linii jej stan jest sprawdzany powtórnie po 10 ms, aby wyeliminować zakłócenia wynikłe z drgań zestyków. Po ponownym stwierdzeniu wciśniętego klawisza jego kod jest wpisywany do rejestru FIFO. W analogiczny sposób analizowany jest jednocześnie stan linii wejściowych SHIFT i CNTL. Ich stan jest również zapamiętywany w rejestrze FIFO, razem z kodem wciśniętego klawisza tworząc słowo: CNTL SHIFT S2 S1 S0 KR2 KR1 KR0 1
gdzie: S0, S1, S2 numer aktywnej linii wejściowej, KR0, KR1 i KR2 numer aktywnej linii zwrotnej R0 R7. Przy każdorazowym wykryciu wciśniętego klawisza jest generowane przerwanie na linii IRQ. Stan linii przerwania jest aktywny do chwili dokonania odczytu z rejestru FIFO i ponownie staje się aktywny, jeżeli w buforze są jeszcze dane do odczytania. Reakcja układu na jednoczesne wciśnięcie dwóch lub więcej klawiszy może być różna, w zależności od tego, jak układ został zaprogramowany. W trybie zabraniającym 2-krotnego wciśnięcia klucza (ang. 2-Key Lockout) (rys.2) wciśnięcie drugiego klawisza nie spowoduje jego wpisania do rejestru FIFO tak długo, aż wszystkie inne klawisze zostaną zwolnione. Jednoczesne wciśnięcie kilku klawiszy powoduje, że żaden kod nie zostanie wpisany do momentu, aż pozostanie tylko jeden klawisz. Niezależnie od tego, ile klawiszy zostało wciśniętych równolegle, tylko jeden kod zostanie wpisany do rejestru FIFO. W trybie przeglądania wielokrotnego wciśnięcie klawisza (ang. N-Key Rollover) wciśnięcie każdego klawisza traktowane jest niezależnie od pozostałych. Kod każdego wykrytego klawisza wpisywany jest do rejestru FIFO w ten sposób, że jedno wciśnięcie klawisza odnotowane jest jeden raz (rys.2). W przypadku jednoczesnego wciśnięcia 2 lub więcej klawiszy o kolejności ich odnotowania decyduje kolejność, w jakiej układ przegląda matrycę. Klucz I Klucz II IRQ 2 - Key Lockout N - Key Rollover Rys.2. Działanie klawiatury w trybie zabraniającym dwukrotnego wciśnięcia klawisza i w trybie przeglądania wielokrotnego wciśnięcia klawisza W trybie przeglądania wielokrotnego wciśnięcia klucza możliwe jest ustawienie specjalnego trybu sygnalizacji błędu (ang. Special Error Mode). W tym przypadku jednoczesne wykrycie dwóch wciśniętych klawiszy powoduje ustawienie wskaźnika błędu i zablokowanie wpisywania kodów do rejestru FIFO. Jednocześnie generowane jest przerwanie na linii IRQ. Wskaźnik błędu może być skasowany programowo. 1.1.2. Przeglądanie matrycy czujników (ang. Sensor Matrix) W tym trybie układ przeciwzakłóceniowy na liniach R0 R7 jest wyłączony. Stan wejść jest bezpośrednio przepisywany do bufora działającego jak pamięć RAM, adresowanego liniami S2, S1, S0. Zawartość bufora odpowiada układowi sygnałów wejściowych: R7 R6 R5 R4 R3 R2 R1 R0 Stan linii CNTL i SHIFT jest nieistotny. Układ generuje przerwanie przy każdej zmianie zawartości bufora RAM. Zamiast matrycy czujników może być dołączony układ logiczny, multipleksowany sygnałami S2, S1 i S0 (rys.3 b). W obu opisanych przypadkach przeglądanie matrycy może być kodowane lub dekodowane. W przypadku kodowanego przeglądania stan linii S2, S1 i S0 zawiera numer przeglądanej linii i konieczne jest zastosowanie dekodera dla pobudzenia odpowiedniego fragmentu matrycy. W przypadku dekodowanego przeglądania linie S2, S1 i S0 są uaktywniane kolejno i mogą być bezpośrednio wykorzystane do przeglądania matrycy. 1.1.3. Wejście strobowane (ang. Strobed Input) Stan linii R0 R7 jest w tym trybie bezpośrednio wpisywany do bufora FIFO w kolejności takiej, jak w trybie 2, w momencie narastającego zbocza sygnału CNTL/STB. Dane mogą pochodzić z zewnętrznej klawiatury lub dowolnego układu logicznego. Linie S2, S1 i S0 nie są w tym przypadku wykorzystywane (rys.3 c). 2
a) A3 - A0 B3 - B0 8279 1 z n S3 - S0 NKB R7 - R0 SHIFT CNTL S3 - S0 b) c) 8279 R7 - R0 s 8279 CNTL /STB R7 - R0 Rys. 3. Tryby pracy sekcji klawiatury układu 8279: a) przeglądanie klawiatury, b) przeglądanie matrycy czujników, c) wejścia strobowane. Sekcja wyświetlaczy, w zależności od zaprogramowania, pozwala obsługiwać zespół 8 lub 16 wskaźników. Dane do wskaźnika są przekazywane w sposób multipleksowany z 16-znakowej pamięci RAM. Adres wskaźnika ustawiany jest na liniach S3 S0. Wyświetlana informacja (lub jej kod, w przypadku wykorzystania dekodera zewnętrznego) ustawiana jest na dwóch 4-bitowtch portach synchronicznie z taktami linii S3 S0. Porty mogą być kasowane niezależnie. 1.2. Tryby pracy sekcji wyświetlaczy 1.2.1. Wprowadzanie od lewej strony (ang. Left Entry auto-increment) Wprowadzanie informacji od lewej strony jest formatem, w którym każda pozycja wyświetlacza odpowiada pozycji bajta w pamięci RAM. Lewemu skrajnemu położeniu odpowiada adres 0 pamięci RAM, prawemu skrajnemu położeniu wyświetlacza adres 15 pamięci RAM (przy kolejnym od lewej do prawej ułożeniu zdekodowanych linii S3 S0). Kolejne wprowadzane dane pojawiają się na kolejnych wskaźnikach. Po osiągnięciu ostatniego wskaźnika kolejna dana pojawi się na początku. Możliwe jest zaprogramowanie pozycji, od której dane będą się pojawiać. W tym przypadku również po osiągnięciu prawego skrajnego wskaźnika następne dane będą pojawiały się z lewej strony (rys.4 a). 1.2.2. Wprowadzanie od prawej strony (ang. Right Entry auto-increment) Wprowadzanie danych od prawej strony jest analogiczne jak w większości kalkulatorów. Nowy znak jest wprowadzany na prawą skrajną pozycję, a wprowadzone poprzednio znaki są przesuwane w lewo. Po przejściu 16 (lub 8) pozycji znak jest gubiony. 3
a) b) 0 7 1 Dana 1 0 7 1 Dana 2 Dana 5 2 1 6 Dana 6 6 6 7 8 Dana 8 5 6 7 8 3 4 6 7 8 9 2 Dana 9 6 7 8 9 2 Rys.4. Działanie sekcji wyświetlaczy po sekwencji rozkazów: a) 00000XXX, 10010100 (wprowadzanie od lewej strony), b) 00010XXX, 10010101 (wprowadzanie od prawej strony). Dane mogą być wprowadzane na dowolną pozycję. Następny znak zostanie wprowadzony na to samo miejsce, należy jednak pamiętać, że wszystkie znaki włącznie z poprzednimi będą przesunięte (rys.4 b). W tym trybie pracy adres pamięci RAM nie odpowiada miejscu wskaźnika w zespole. 1.2.3. Wprowadzanie adresowane (ang. Non auto-increment) W tym trybie pracy dane są przekazywane w miejsce pamięci RAM ustalone przez ostatni rozkaz wysłany do układu 8279. Kolejne znaki zostaną wysłane do tego samego wskaźnika, o ile nie zmieni tego odpowiedni rozkaz. Numer wskaźnika opowiada adresowi komórki pamięci RAM. 2. Sterowanie układem Komunikacja z układem 8279 odbywa się przez odpowiednie wysterowanie linii danych, przy jednoczesnym pobudzeniu linii sterujących. Do tego celu służą linie CS, A0, RD, WR. Funkcje, jakie układ ma wykonać, w zależności od stanu logicznego na liniach sterujących są przedstawione w tablicy. Tabela 1. Adresowanie rejestrów układu 8279 CS A0 RD WR 1 x x x 0 x 1 1 Układ nie wybrany 0 x 0 0 Niedozwolone 0 1 1 0 Zapis rozkazu 0 1 0 1 Odczyt statusu 0 0 1 0 Zapis danej do pamięci wyświetlaczy 0 0 0 1 Odczyt danej z pamięci wyświetlaczy lub FIFO 3. Programowanie układu Układ jest w stanie podjąć działania związane z obsługa klawiatury i wyświetlaczy po przesłaniu mu odpowiedniego rozkazu ustalającego jego tryb pracy lub informującego o czynności, jaka ma być wykonana. Rozkaz przesłany jest do rejestru rozkazu (linia A0 = 1). Trzy najstarsze bity rozkazu zawierają jego typ, a pozostałe bity zawierają parametr rozkazu. Istnieją następujące słowa rozkazowe przedstawione poniżej. 4
3.1. Ustawienie trybu pracy (ang. Keyboard/Display Mode Set) Rozkaz umożliwia wybranie jednego z uprzednio opisanych trybów pracy sekcji klawiatury i wyświetlaczy. 0 0 0 D D K K K Parametr DD dotyczy sekcji wyświetlaczy. W zależności od kombinacji ustawionej na bitach B4 i B3 wybrany jest jeden z czterech trybów: B4 B3 0 0 zestaw 8 wyświetlaczy, wprowadzanie od lewej strony 0 1 zestaw 16 wyświetlaczy, wprowadzanie od lewej strony 1 0 zestaw 8 wyświetlaczy, wprowadzanie od prawej strony 1 1 zestaw 16 wyświetlaczy, wprowadzanie od prawej strony Parametr KKK dotyczy sekcji klawiatury. Kombinacje bitów B2 i B1 określają jeden z czterech trybów pracy: B2 B1 0 0 przeglądanie klawiatury (2-Key Lockout) 0 1 przeglądanie klawiatury (N-Key Rollover) 1 0 przeglądanie matrycy czujników 1 1 wejście strobowane Ostatni bit B0 określa sposób przeglądania matrycy, a jednocześnie sposób wybierania wskaźników. B0 0 przeglądanie kodowane 1 przeglądanie dekodowane W przypadku wybrania dekodowanego sposobu przeglądania matrycy liczba wskaźników zostaje automatycznie ograniczona do 4. Po zewnętrznej inicjacji układu przez sygnał RESET wybrany jest automatycznie tryb pracy odpowiadający wysłaniu do układu rozkazu 00001000. 3.2. Ustalenie częstotliwości zegara (ang. Program clock) Rozkaz umożliwia dobranie dzielnika podziału zewnętrznego przebiegu zegarowego, dla uzyskania wewnętrznej podstawowej częstotliwości pracy sekcji klawiatury i wyświetlaczy. 0 0 1 P P P P P Parametr PPPPP może przyjmować wartości 2 31. Wskazane jest tak dobrać wartość PPPPP, aby uzyskać częstotliwość 100kHz. Przy tej częstotliwości spełnione są następujące zależności: czas przeglądania klawiatury: 5,1 ms, czas przeglądania jednego klucza: 80 µs, czas maskowania drgań: 10,3 µs, czas świecenia wskaźnika: 480 µs, czas wygaszania wskaźnika: 160 µs, czas przeglądania zestawu wskaźników: 10,3 ms. Po zewnętrznej inicjacji układu przez sygnał RESET parametr PPPPP ustawiany jest na wartość 31. 3.3. Odczyt rejestru FIFO/pamięci RAM czujników (ang. Read FIFO/Sensor RAM) Rozkaz przesyła informację do układu, ze będzie odczytywany rejestr FIFO klawiatury lub wybrana komórka pamięci RAM matrycy czujników. W przypadku odczytu pamięci RAM możliwe jest pobieranie informacji ciągle z jednej komórki lub automatyczne zwiększanie adresu komórki o 1. 5
Parametr AI określa: 0 1 0 AI X A A A B4 0 czytanie z komórki RAM o podanym adresie 1 zwiększenie adresu komórki po odczycie Parametr AAA określa adres komórki RAM. Jeśli dane czytane są tylko z rejestru FIFO (pamięci RAM), nie jest konieczne wysyłanie rozkazu odczytu przed każdym pobraniem informacji. Automatyczna inkrementacja adresu pamięci RAM matrycy czujników nie ma wpływu na działanie sekcji wyświetlaczy. 3.4. Odczyt pamięci wyświetlaczy (ang. Read Display RAM) Rozkaz przesyła informację do układu, że będzie odczytywana zawartość pamięci RAM wyświetlaczy. 0 1 1 AI A A A A Parametr AI określa, czy adres odczytywanej komórki będzie automatycznie zwiększany po każdym odczycie. W zależności od stanu logicznego AI następuje: B4 0 czytanie z komórki RAM o podanym adresie 1 automatyczne zwiększanie adresu po każdym odczycie Parametr AAAA określa adres komórki RAM. Po wykonanie rozkazu wszystkie kolejne odczyty rejestru danych układu 8279 dotyczyć będą pamięci RAM wyświetlaczy. Ponieważ układ ma jeden wskaźnik pozycji pamięci RAM wyświetlaczy, ustawienie opcji automatycznego zwiększania adresu przy odczycie, ustawia jednocześnie kolejny adres i opcję automatycznego zwiększania adresu dla zapisu do pamięci RAM. 3.5. Zapis do pamięci RAM wyświetlaczy (ang. Write Display RAM) Znaczenie rozkazu jest analogiczne jak rozkazu odczytu z pamięci RAM wyświetlaczy. 1 0 0 AI A A A A Parametr AAAA określa adres komórki RAM, do której dokonany będzie zapis. Parametr AI określa, czy po zapisie adres komórki ma być zwiększany. Rozkaz nie ma wpływu na to, z której komórki pamięci (wyświetlaczy czy FIFO) procesor będzie czytał informację (jest to zależne od ostatnio wykonanego rozkazu odczytu), natomiast wpływa na ustawienie opcji automatycznego zwiększana adresu dla odczytu z pamięci RAM wyświetlaczy, jeżeli ta pamięć jest źródłem pobieranych danych dla układu. 3.6. Zabronienie wpisu/wygaszanie wyświetlaczy (ang. Display Write Inhibit/Blanking) Rozkaz wykorzystywany jest do wygaszania wybranej połówki wskaźnika lub dla zabronienia zapisu do wybranej połówki. Szczególnie przydatny jest w sytuacji, gdy wyświetlacz pracuje jako podwójny 4-bitowy wskaźnik. 1 0 1 X IWA IWB BLA BLB Gdy parametr IW ma wartość logiczną 1, to zablokowany jest zapis do wybranej połówki wskaźnika. Wartość logiczna 1 bitu BL powoduje wygaszenie odpowiedniej połówki wskaźnika. 6
3.7. Zerowanie (ang. Clear) Rozkaz służy do zainicjowania pamięci klawiatury i wyświetlaczy. 1 1 0 CD CD CD CF CA Bit CF powoduje opróżnienie rejestru FIFO klawiatury oraz kasowanie przerwania. Jeżeli sekcja klawiatury pracuje w trybie przepatrywanej matrycy czujników, to wskaźnik pamięci ustawiany jest na zerowy wiersz matrycy. Parametry CD służą do inicjacji zawartości pamięci wyświetlaczy. Jeżeli bit B4 ma wartość logiczną 1, to pamięć wyświetlaczy ustawiana jest na wartość zależną od wartości bitów B3 i B2: B3 B2 0 X wszystkie bajty = 00H 1 0 wszystkie bajty = 20H 1 1 wszystkie bajty = FFH Inicjacja pamięci RAM trwa cały cykl przeglądania wskaźników. W tym czasie procesor nie może nic zapisywać do pamięci układu. Bit CA łączy w sobie funkcje parametrów CF i CD. Dodatkowo zeruje wewnętrzne układy zegarowe dla celów synchronizacji. 3.8. Blokada przerwania/ustawienie trybu sygnalizacji błędu (ang. End Interrupt/Set Error Mode) Znaczenie rozkazu zależy od tego, w jakim trybie pracuje klawiatura. Podczas pracy w trybie przepatrywanej matrycy czujników rozkaz pozwala na zablokowanie przerwań (generowanych przy każdej zmianie zawartości pamięci matrycy) na czas nadania wartości początkowych. Podczas pracy w trybie przepatrywanej klawiatury N-Key Rollover rozkaz ustawia opcję Special Error Mode. 1 1 1 E X X X X gdzie wartość logiczna E oznacza: B4 0 nic nie rób 1 blokuj przerwania lub ustaw Special Error Mode Dodatkowe informacje o stanie układu znajdują się w słowie statusowym. Słowo to może być odczytane prze mikroprocesor, jeżeli podczas odczytu linia A0 = 1. Znaczenie bitów słowa statusowego jest następujące: DU S/E O U F N N N NNN określa liczbę znaków w rejestrze FIFO podczas pracy sekcji klawiatury w trybie przepatrywanej klawiatury lub strobowanego wejścia, F określa, czy bufor FIFO jest całkowicie zapełniony, U określa, czy nastąpił błąd odczytu z pustego bufora FIFO, O określa, czy bufor FIFO został przepełniony, S/E określa podczas pracy w trybie przepatrywanej matrycy czujników, czy jest aktywne chociaż jedno wejście. Podczas pracy w trybie przepatrywanej klawiatury i ustawionym specjalnym trybie sygnalizacji błędu określa, czy nastąpiło wykrycie wciśniętego więcej niż jednego klawisza, DU określa, czy pamięć RAM wyświetlaczy jest dostępna, ze względu na wykonywany rozkaz zerowania. 7