Miniklawiatura z podświetlaniem

Za obsługę miniklawiatury odpowiada ekspander I/O – układ typu PCA9531, który oprócz obsługi dwukierunkowych portów I/O jest rozbudowany o dwa konfigurowane generatory umożliwiające sterowanie częstotliwością migania podłączonych diod LED. Schemat wewnętrzny układu PCA9531 został pokazany na rysunku 1. Takie rozwiązanie umożliwia sprzętowe sterowanie diodami LED bez zbędnego obciążenia procesora sterującego.

Rysunek 1. Schemat wewnętrzny układu PCA9531

Budowa i działanie

Schemat modułu został pokazany na rysunku 2. Porty ekspandera zostały podzielone na dwie grupy. Pierwsza zawiera wyprowadzenia oznaczone LED0...LED3, które zostały skonfigurowane jako wejścia i służą do odczytu stanu przycisków SW1...SW4. Przyciski uzupełnione są w proste filtry RC eliminujące zakłócenia z drgań styków. Wyprowadzenia oznaczone LED4...LED7 sterują wbudowanymi w przyciski diodami LED. W układzie zastosowano popularne przyciski typu TACT-24N-F-Ix firmy NINIGI. W zależności od typu możemy wybrać, odpowiednio do aplikacji, jeden z pięciu kolorów podświetlenia (czerwony, zielony, żółty, niebieski, biały).

Rysunek 2. Schemat modułu miniklawiatury

Zasilanie i magistrala I2C doprowadzone są do złącza I2C w standardzie Grove. Trzy zworki A0...A2 służą do ustawienia adresu bazowego na magistrali, co pozwala na dołączenie ośmiu układów klawiatury na jednej magistrali (tabela 1). Moduł może być zasilany napięciami z zakresu 3,0...5,5 V. Po włączeniu zasilania wszystkie wyprowadzenia I/O są ustawione w stan wysokiej impedancji.

Układ PCA9531 posiada siedem rejestrów sterujących, które zestawiono w tabeli 2.

Zapis do rejestrów odbywa się w taki sposób, jak obrazuje to rysunek 3. Po adresie slave zapisywany jest bajt sterujący, adresujący rejestr do zapisu (B2, B1, B0) oraz określający tryb autoinkrementacji adresu AI (AI=1). Sposób odczytu rejestrów został pokazany na rysunku 4.

Rysunek 3. Procedura zapisu do PCA953

Rysunek 4. Procedura odczytu z PCA9531

Montaż i uruchomienie

Moduł został zmontowany na dwustronnej płytce drukowanej, której schemat wraz z rozmieszczeniem elementów został pokazany na rysunku 5. Sposób montażu jest klasyczny i nie wymaga dokładnego opisu.

Rysunek 5. Schemat płytki PCB wraz z rozmieszczeniem elementów

Do sprawdzenia modułu można użyć Raspberry Pi. Po podłączeniu modułu do zasilania 3,3 V i magistrali I2C należy wpisać polecenie 

którym sprawdzamy obecność układu na magistrali (w modelu został ustawiony adres 0x60 – wszystkie zwory A2, A1, A0=0). Efekt został pokazany na listingu 1.

Dla odczytu stanu przycisków należy w rejestrze LS0 ustawić wyjścia LED0...LED3 (SW1...SW4) w stan wysokiej impedancji LS0=00, za pomocą polecenia 

Odczyt stanu klawiszy z rejestru INPUT wykonujemy poleceniem 

Naciśnięty przycisk sygnalizowany jest stanem niskim odpowiadającego bitu 3...0.

Dla sterowania wyjściami z diodami LED (LED7...4) wystarczająca jest ich odpowiednia konfiguracja w rejestrze LS1, tabela 3. Przypisanie diod LED do rejestrów LS jest następujące: 

Dla sprawdzenia działania ustawiamy wyjścia w stan niski (załączenie LED) poleceniem:

oraz stan wysoki (wyłączenie LED) poleceniem:

W celu konfiguracji migania konieczne jest ustawienie rejestrów PSCx, PWMx, okres migania określony jest wzorem:

BLINK0=(PSC0+1)/152 oraz BLINK1=(PSC1+1)/152

Wypełnienie określa wzór:

BLINK0=PWM0/256 oraz BLINK1=PWM1/256

Dla przykładu ustalamy częstotliwość BLINK0 na 1 Hz (0x97) oraz wypełnienie na 50% (0x80), dla testu konfigurujemy układ następującymi poleceniami:

Ustawiamy sterowanie diod LED z BLINK0:

Diody powinny migać z częstotliwością 1 Hz. Bez zmiany parametrów PSC/PWM diody można wyłączyć (LSx=00), załączyć (LSx=01) lub zmienić częstotliwość migania (LSx=10/11) tylko przez zapis rejestru LS1, bez potrzeby ponownej konfiguracji układu. Stan LED można sprawdzić podczas odczytu rejestru INPUT na bitach B7...B4.

Adam Tatuś, EP