陜西凌云電器集團有限公司設(shè)計所 宋彥博 郭秋謀 范以訓(xùn)

1.引言

對于復(fù)雜多路多位旋轉(zhuǎn)或按鍵開關(guān)，傳統(tǒng)上使用微控制器（MCU）的I/O引腳對開關(guān)狀態(tài)進行監(jiān)測，這種方法需要占用MCU大量的I/O引腳，浪費了MCU有限的硬件資源，同時也給軟件編程帶來了諸多不便。TMS320F2812是TI公司的一款用于工業(yè)控制和數(shù)據(jù)處理的高性能、低功耗、具有較高性價比的DSP芯片。與傳統(tǒng)的MCU比較，TMS320F2812具有更快的速度、更高的效率和更強大的數(shù)據(jù)處理能力。它可在150MHz主頻下工作，提供56個通用GPIO引腳。本文結(jié)合工程應(yīng)用實際，使用矩陣電路連接形式，結(jié)合軟件編程，實現(xiàn)了TMS320F2812的GPIO總線對多路多位開關(guān)的動態(tài)監(jiān)測，減少了硬件資源的浪費，降低了軟件開銷。

2.硬件電路設(shè)計

TMS320F2812具有6組通用目的GPIO總線的數(shù)字量I/O引腳，它們大部分是多功能復(fù)用引腳，即這些I/O引腳既可以作為通用數(shù)字I/O口，也可以作為特殊功能口（如SCI、SPI、CAN等），可以根據(jù)設(shè)計需要，通過GPxMUX寄存器將各I/O引腳配置為數(shù)字I/O模式或者其他模式。如果引腳工作在數(shù)字I/O模式，還可以通過GPxDIR寄存器配置這些數(shù)字I/O引腳的方向，即是是輸入引腳還是輸出引腳。本文介紹對多路多位旋轉(zhuǎn)開關(guān)的動態(tài)監(jiān)測，需要將GPIOB總線的引腳配置為數(shù)字I/O模式，引腳方向根據(jù)實際接線關(guān)系配置為輸入或輸出。TMS320F2812采用低電壓供電，所有I/O引腳電壓為3.3V，它的輸入電平均為TTL電平，輸出電平均為3.3V的CMOS電平，輸入端不允許5V電壓輸入。所以在電路設(shè)計時，數(shù)字I/O引腳的上拉電阻電壓需要選擇3.3V。

一般開關(guān)硬件電路的搭建，需要根據(jù)監(jiān)測的開關(guān)狀態(tài)個數(shù)以及可利用的I/O引腳，確定其電路連接形式，如直接連接，還是矩陣連接方式。對于普通的單路多位旋轉(zhuǎn)開關(guān)，通常采取如圖1所示的連接方式進行直接掃描監(jiān)測。

圖1 直接連接

圖1中用GPIOB0～GPIOB9監(jiān)測旋轉(zhuǎn)開關(guān)S1的10個狀態(tài)位，此種連接方式只需將所用到的I/O引腳配置為數(shù)字輸入口，讀取I/O引腳電平，開關(guān)選通的那個狀態(tài)位將接地為低電平，由此判斷出開關(guān)的狀態(tài)。該方式一個I/O引腳只能判斷開關(guān)的一種狀態(tài)，但當(dāng)需要實現(xiàn)對多個旋轉(zhuǎn)開關(guān)監(jiān)測時，其效率將顯得非常低，可能出現(xiàn)I/O引腳不夠用的情況。

為了提高I/O引腳的利用率，減少硬件資源浪費。實現(xiàn)對多路多位的旋轉(zhuǎn)開關(guān)監(jiān)測，電路中可以將I/O引腳復(fù)用，并采取矩陣連接的方式。即用N條引腳構(gòu)成行線，M條引腳構(gòu)成列線，行、列的交叉便構(gòu)成了N×M的矩陣，能夠監(jiān)測N×M個狀態(tài)位，其所需的I/O引腳僅為N+M個?；谝陨戏治?，本文結(jié)合工程應(yīng)用實際，設(shè)計實現(xiàn)6路旋轉(zhuǎn)開關(guān)共計45個（即：1路10位，1路9位，2路7位，2路6位）狀態(tài)位的監(jiān)測。

具體的實現(xiàn)方法是：將GPIOB的16個I/O引腳分成兩組，用10個I/O引腳復(fù)用來監(jiān)測每個旋轉(zhuǎn)開關(guān)的狀態(tài)位構(gòu)成行線，用6個I/O引腳來選擇具體的旋轉(zhuǎn)開關(guān)構(gòu)成列線，設(shè)計為10×6的矩陣連接方式，它最多可以監(jiān)測60個狀態(tài)位。將各個旋轉(zhuǎn)開關(guān)的狀態(tài)位分別接入DSP的10個行線I/O引腳，各開關(guān)的軸端分別接入一個PNP型三極管，三極管的集電極接開關(guān)的軸端，發(fā)射極接地，基極分別接DSP的6個列線I/O引腳，配置行線I/O引腳為數(shù)字輸入端，列線I/O引腳為數(shù)字輸出端。即：配置GPIOB0～GPIOB9為輸入，GPIOB10～GPIOB15為輸出。將輸入I/O引腳接3.3V的上拉電阻。其硬件連接如圖2所示。

圖2 矩陣連接

當(dāng)需要判斷旋轉(zhuǎn)開關(guān)S1的狀態(tài)時，將GPIOB10口輸出為低電平，其他輸出口為高電平，此時只有接S1的三極管A0選通，讀取行線I/O引腳電平，開關(guān)選通的那個狀態(tài)位將接地為低電平，其他仍為高電平，由此便判斷出開關(guān)的狀態(tài)。按此方法可以依次判斷出其他旋轉(zhuǎn)開關(guān)的狀態(tài)。

3.軟件設(shè)計實現(xiàn)

根據(jù)系統(tǒng)實際情況，軟件對多路多位開關(guān)監(jiān)測方式的實現(xiàn)可以采取隨機掃描方式和定時中斷掃描方式，當(dāng)選用定時器中斷方式時，需要占用TMS320F2812內(nèi)部的一個定時器。在隨機掃描方式中，CPU完成某特定任務(wù)后，即執(zhí)行開關(guān)狀態(tài)位掃描程序，逐路進行掃描，確定每一路開關(guān)的狀態(tài)，然后根據(jù)開關(guān)的狀態(tài)，執(zhí)行相應(yīng)的操作。在執(zhí)行操作過程中不理睬旋轉(zhuǎn)開關(guān)的輸入，直到操作執(zhí)行完成，再次進行掃描判斷監(jiān)測。定時中斷掃描方式與隨機掃描方式基本相同，只是利用CPU內(nèi)的定時器中斷，每隔固定時間掃描各路旋轉(zhuǎn)開關(guān)狀態(tài)位。其流程如圖3所示。

不管是通過隨機掃描還是定時中斷掃描，其開關(guān)掃描部分的軟件編碼都一樣，隨機掃描可以根據(jù)實際應(yīng)用情況將開關(guān)掃描程序放在主函數(shù)或子函數(shù)中執(zhí)行，定時中斷掃描可以放在定時器中斷中執(zhí)行。編寫開關(guān)掃描程序時需要注意的是，行線讀數(shù)據(jù)，必須在列線發(fā)送完開關(guān)掃描數(shù)據(jù)字之后執(zhí)行。

圖3 軟件流程圖

經(jīng)過以上分析，用C語言對開關(guān)掃描函數(shù)的編碼如下：

4.結(jié)束語

在實際使用中，本文提到的設(shè)計方法對多路多位旋轉(zhuǎn)開關(guān)的鍵位狀態(tài)判斷準(zhǔn)確、可靠、穩(wěn)定。該方法具有電路連接簡單，硬件占用資源少，軟件實現(xiàn)容易，編程靈活等優(yōu)點。通過對GPIO總線的合理使用，有效地節(jié)約了軟硬件資源，對含有多路多位開關(guān)監(jiān)測的硬件系統(tǒng)小型化，提供了一種思路和方法；同時，此種方法對于其他擁有GPIO總線的DSP芯片應(yīng)用，也具有很好的借鑒意義。

[1]任潤柏,周荔丹,姚鋼編著.TMS320F28x源碼解讀[M].2010,7.

[2]孫麗明編著.TMS320F2812原理及其C語言程序開發(fā)[M].2008,12.