周立功教授新书《面向AMetal框架与接口的编程（上）》，对AMetal框架进行了详细介绍，通过阅读这本书，你可以学到高度复用的软件设计原则和面向接口编程的开发思想，聚焦自己的“核心域”，改变自己的编程思维，实现企业和个人的共同进步。

第六章为重用外设驱动代码，本文内容为6.5 键盘与数码管接口。

6.5 键盘与数码管接口

>>> 6.5.1 ZLG72128 接口

当矩阵扩大到一定数目时，逐行扫描的方法会显得费时，如果需要对2 个以上的按键“同时”操作时，则处理起来更是麻烦。ZLG72128 是ZLG 自行设计的数码管显示驱动与键盘扫描管理芯片，能够直接驱动12 位共阴式数码管（或96 只独立的LED），同时还可以扫描管理多达32 个按键，其中的8 个按键如同电脑键盘上的Ctrl、Shift 和Alt 键一样可以作为功能键使用。

另外，ZLG72128 内部还设置有连击计数器，能够使某键按下后不松手而连续有效。该芯片为工业级芯片，抗干扰能力强，在工业测控中已有大量应用。

1． 特点

• 直接驱动12 位1 英寸以下的共阴式数码管或96 只独立的LED；

• 能够管理多达32 个按键，其中的8 个按键可以用作功能键，自动消除抖动；

• 利用功率电路可以方便地驱动1 英寸以上的大型数码管；

• 具有位闪烁、位消隐、段点亮、段熄灭、功能键、连击键计数等强大功能；

• 具有10 种数字和21 种字母的译码显示功能，亦可直接向显示缓存写入显示数据；

• 软件配置支持0~12 个数码管显示模式；

• 与MCU 之间采用I2C 串行总线接口；

• 工作电压范围：3.0～5.5V；

• 工作温度范围：－40～＋85℃；

• 封装：TSSOP28。

2． 典型应用电路

如图6.12 所示为ZLG72128 的管脚排列图，其相应的管脚功能说明详见表6.34。

表6.34 引脚功能表

图6.12 ZLG72128 管脚排列图

如图6.13 所示为按键电路，ZLG72128 能够管理多达32 个按键（4 行8 列），行线分别连接COM8 ~ COM11 引脚，列线分别连接COM0 ~ COM7。特别地，前3 行按键（共计24个按键）是普通按键，按键按下时会通过INT 引脚通知用户，按键释放时不做任何通知。最后一行按键（共计8 个按键）是功能键，其以一个8 位数据表示8 个键值的状态，F0 ~ F7分别对应bit0 ~ bit 7。按下时相应位为0，释放时相应位为1，只要表示这8 个按键的8 位数据值发生变化，则会通过INT 引脚通知用户，因此对于功能按键，按键按下或释放用户均能够得到通知。

注意，需要在键盘电路与ZLG72128 芯片引脚之间连接一个电阻，其典型值为1KΩ。在多数应用中可能不需要这么多的键，这时既可以按行也可以按列裁减键盘。需要注意的是，该按键电路对于3 个或3 个以上键按下的情况是不适用的。

图6.13 按键电路

如图6.14 所示是针对2 个或2 个以上功能键与普通键搭配使用的情况下的按键电路，在功能键与普通键之间加了一个二极管，注意：二极管应该尽量选择导通压降较小的。

图6.14 多个功能键复用按键电路

如图6.15 所示为ZLG72128 的典型应用电路原理图，用户在使用芯片驱动数码管与管理按键时，可参考该电路进行电路设计。ZLG72128 只能直接驱动12 位共阴式数码管驱动，在数码管的段与ZLG72128 芯片引脚之间需要接一个限流电阻，其典型值为270Ω。如果需要增大数码管的亮度，则可以适当减小电阻值。ZLG72128 的驱动能力毕竟有限，当使用大型数码管时，则可能显示亮度不够，这时可以适当减小数码管的限流电阻值以增加亮度，阻值最小为200Ω，如果亮度依旧不够，就必须加入功率驱动电路，详见ZLG72128 用户手册（http://www.zlgmcu.com）。

为了使ZLG72128 芯片电源稳定，一般在VCC 和GND 之间接入一个47~470μF 的电解电容。按照I2C 总线协议的要求，信号线SCL 和SDA 上必须分别接上拉电阻，其典型值是4.7KΩ。当通信速率大于100kbps 时，建议减小上拉电阻的值。芯片复位引脚RST 是低电平有效，可以将其接入到MCU 的I/O 来控制其复位。KEY_INT 引脚可输出按键中断请求信号（低电平有效），可以连接到MCU 的I/O 来获取按键按下或释放事件。

图6.15 ZLG72128 典型应用电路

3． 寄存器详解

ZLG72128 内部有12 个显示缓冲寄存器DispBuf0～DispBuf11，它们直接决定数码管显示的内容。ZLG72128 提供有2 种显示控制方式，一种是直接向显存写入字型数据，另一种是通过向命令缓冲寄存器写入控制指令实现自动译码显示。访问这些寄存器需要通过I2C 总线接口来实现，ZLG72128 的I2C 总线器件地址是60H（写操作）和61H（读操作），访问

内部寄存器要通过“子地址”实现。

（1）系统寄存器SystemReg（地址：00H）

系统寄存器的第0 位（LSB）称作KeyAvi，标志着按键是否有效，0－没有按键被按下，1－有某个按键被按下。SystemReg 寄存器的其它位暂时没有定义。当按下某个键时，ZLG72128 的KEY_INT 引脚会产生一个低电平的中断请求信号。当读取键值后，中断信号就会自动撤销（变为高电平），而KeyAvi 也同时予以反映。正常情况下MCU 只需要判断KEY_INT 引脚即可。通过不断查询KeyAvi 位也能判断是否有键按下，这样就可以节省微控制器的一根I/O 口线，但是I2C 总线处于频繁的活动状态，多消耗电流且不利于抗干扰。

（2）键值寄存器Key（地址：01H）

如果K1～K24 的某个普通键被按下，则微控制器可以从键值寄存器Key 中读取相应的键值1～24。如果微控制器发现ZLG72128 的KEY_INT 引脚产生了中断请求，而从Key 中读到的键值是0，则表示按下的可能是功能键。键值寄存器Key 的值在被读走后自动变成0。

（3）连击计数器RepeatCnt（地址：02H）

ZLG72128 为K1～K24 提供了连击计数功能。所谓连击是指按住某个普通键不松手，经过两秒钟的延迟后，开始连续有效，连续有效间隔时间约两百毫秒。这一特性跟电脑上的键盘很类似。在微控制器能够及时响应按键中断并及时读取键值的前提下，当按住某个普通键一直不松手时：首先会产生一次中断信号，这时连击计数器RepeatCnt 的值仍然是0；经过两秒延迟后，会连续产生中断信号，每中断一次RepeatCnt 就自动加1；当RepeatCnt 计数到255 时就不再增加，而中断信号继续有效。在此期间，键值寄存器的值每次都会产生。

（4）功能键寄存器FunctionKey（地址：03H）

ZLG72128 提供的8 个功能键F0～F7。功能键常常是配合普通键一起使用的，就像电脑键盘上的Shift、Ctrl 和Alt 键。当然功能键也可以单独去使用，就像电脑键盘上的F1～F12。当按下某个功能键时，在KEY_INT 引脚也会像按普通键那样产生中断信号。功能键的键值是被保存在FunctionKey 寄存器中的。功能键寄存器FunctionKey 的初始值是FFH，每一个位对应一个功能键，第0 位（LSB）对应F0，第1 位对应F1，依此类推，第7 位（MSB）对应F7。某一功能键被按下时，相应的FunctionKey 位就清零。功能键还有一个特性就是“二次中断”，按下时产生一次中断信号，抬起时又会产生一次中断信号；而普通键只会在被按下时产生一次中断。

（5）命令缓冲区CmdBuf0 和CmdBuf1（地址：07H 和08H）

通过向命令缓冲区写入相关的控制命令可以实现段寻址、下载显示数据功能。

（6）闪烁控制寄存器FlashOnOff（地址：0BH）

FlashOnOff 寄存器决定闪烁频率和占空比。复位值为0111 0111B。高4 位表示闪烁时亮的持续时间，低4 位表示闪烁时灭的持续时间。改变FlashOnOff 的值，可以同时改变闪烁频率和占空比。FlashOnOff 取值00H 时可获得最快的闪烁速度，亮灭时间计算公式如下：

T ＝ N × 50 ＋ 150mS

T 为闪烁时亮或灭的持续时间，N 为寄存器的高4 位或低4 位的值，取值0~15.最快闪烁频率为3.33Hz（周期为300mS），最慢闪烁频率为0.55Hz（周期为1.8S）。特别说明：单独设置FlashOnOff 寄存器的值，不会看到显示闪烁，而应该配合闪烁控制命令一起使用。

（7）消隐寄存器DispCtrl0(地址：0CH)和DispCtrl1(地址：0DH)

如表6.35 所示为消隐寄存器，DispCtrl0、DispCtrl1 寄存器决定哪些位是否显示，对应数码管的1～12 位。寄存器位为1 时，对应数码管位不显示。复位值都是0x00，即数码管的12 个位都扫描显示。

表6.35 消隐寄存器

在实际应用中可能需要显示的位数不足12 位，例如只显示8 位，这时可以把DispCtrl0的值设置为0x0F，把DispCtrl1 的值设置为0x00，则数码管的第0~7 位被扫描显示，而第8～12 位不会显示。

（8）闪烁寄存器Flash0(地址：0EH)和Flash1(地址：0FH)

如表6.36 所示为闪烁寄存器，Flash0、Flash 1 寄存器决定哪些位是否闪烁，对应数码管的1～12 位。寄存器位为1 时，对应数码管位闪烁。复位值都是0x00，即数码管的12 个位都不闪烁。

表6.36 闪烁寄存器

在实际应用中可能需要某些位闪烁，例如最后2 位闪烁，这时可以把Flash0 的值设置为0x00，把Flash1 的值设置为0x03，则数码管的第1、2 位闪烁，而第3～12 位不会闪烁。

（9）显示缓冲区DispBuf0～DispBuf11（地址：10H～1BH）

DispBuf0～DispBuf11 这12 个寄存器的取值直接决定了数码管的显示内容。每个寄存器的8 个位分别对应数码管的a、b、c、d、e、f、g、dp 段，MSB 对应a，LSB 对应dp。例如大写字母H 的字型数据为6EH（不带小数点）或6FH（带小数点）。

4． 控制命令详解

寄存器CmdBuf0（地址：07H）和CmdBuf1（地址：08H）共同组成命令缓冲区。通过向命令缓冲区写入相关的控制命令可以实现段寻址、下载显示数据、控制闪烁等功能。

（1）段寻址（SegOnOff）

如表6.37 所示为段寻址寄存器，在段寻址命令中12 位数码管被看成是96 个段，每一个段实际上就是一个独立的LED。

双字节命令在指令格式中，CmdBuff0 的高4 位“0001”是命令码，CmdBuff0 的最低位on 位表示该段是否点亮，0—熄灭，1—点亮。CmdBuff0 的B3B2B1B0 是位地址，取值0~11。S3S2S1S0 是4 位段地址，取值0~7，对应数码管的a、b、c、d、e、f、g、dp。

表6.37 段寻址寄存器

（2）下载数据并译码（Download）

如表6.38 所示为下载数据及译码寄存器，双字节命令在指令格式中，CmdBuff0 的高4位“0010”是命令码A3A2A1A0 是数码管显示数据的位地址，位地址编号按从左到右的顺序依次为11、10、9、8、……、0，dp 控制小数点是否点亮，0－熄灭，1－点亮。Flash 表示是否要闪烁，0－正常显示，1－闪烁。d4d3d2d1d0 是要显示的数据，包括10 种数字和21种字母，显示数据按照表6.39 中的规则进行译码。

表6.38 下载数据、译码寄存器

表6.39 下载数据并译码命令的数据表

（3）复位命令(Reset)

单字节命令，在指令格式中，CmdBuf0 的高4 位的“0011”是命令码，其功能是将所有LED 熄灭，详见表6.40。

表6.40 复位命令寄存器

（4）测试命令(Test)

单字节命令，在指令格式中，CmdBuf0 的高4 位的“0100”是命令码，其功能是将所有LED 按照0.5S 的速率闪烁，详见表6.41。

表6.41 测试命令寄存器

（5）左移命令(ShiftLeft)

单字节命令，在指令格式中，CmdBuf0 的高4 位的“0101”是命令码，详见表6.42。功能是以数码管的位为单位的，左移n 位。左移后右边空出的位不显示任何内容，即全部LED熄灭状态。n 的取值范围1~11，大于11 的值无效，n 的值由CmdBuf0 的低4 位决定，按下列公式计算：

n = (b3×8)+( b2×4)+ (b1×2)+ b0

表6.42 左移命令寄存器

（6）循环左移命令(CyclicShiftLeft)

单字节命令，在指令格式中，CmdBuf0 的高4 位的“0110”是命令码，详见表6.43。功能是以数码管的位为单位的，循环左移n 位。

左移后右边显示从最左边移出的内容。n 的取值范围1~11，大于11 的值无效，n 的值由CmdBuf0 的低4 位决定，按下列公式计算：

n = (b3×8)+( b2×4)+ (b1×2)+ b0

表6.43 循环左移命令寄存器

（7）右移命令(ShiftRight)

单字节命令，在指令格式中，CmdBuf0 的高4 位的“0111”是命令码，详见表6.44。功能是以数码管的位为单位的，右移n 位。

右移后左边空出的位不显示任何内容，即全部LED 熄灭状态。n 的取值范围1~11，大于11 的值无效，n 的值由CmdBuf0 的低4 位决定，按下列公式计算：

n = (b3×8)+( b2×4)+ (b1×2)+ b0

表6.44 右移命令寄存器

（8）循环右移命令(CyclicShiftRight)

单字节命令，在指令格式中，CmdBuf0 的高4 位的“1000”是命令码，详见表6.45。功能是以数码管的位为单位的，循环右移n 位。右移后左边显示从最右边移出的内容，n 的取值范围1~11，大于11 的值无效，n 的值由CmdBuf0 的低4 位决定，按下列公式计算：

n = (b3×8)+( b2×4)+ (b1×2)+ b0

表6.45 循环右移命令寄存器

（9）数码管扫描位数设置指令 (Scanning)

单字节命令，在指令格式中CmdBuf0 的高4 位的“1001”是命令码，设置数码管扫描位数n，详见表6.46。n 的取值为0~12，大于12 按12 位进行扫描。扫描位数n 以位选端第1位开始到位选端第n 位扫描有效。n 的值由CmdBuf0 的低四位决定，按下列公式计算。

n = (b3×8)+( b2×4)+ (b1×2)+ b0

表6.46 扫描位数设置寄存器

在使用过程中，如果不需要12 位数码管显示，从最高位开始裁剪，同时将数码扫描位数设置成相应的数码管位数。数码管的扫描位数减少后，有用的显示位由于分配的扫描时间更多，因而显示亮度得以提高。

>>> 6.5.2 ZLG72128 初始化

AMetal 已经提供了ZLG72128 的驱动函数，使用其它各功能函数管理数码管和按键前，必须先完成ZLG72128 的初始化。其初始化函数（am_zlg72128.h）的原型为：

该函数意在获取ZLG72128 的实例句柄。其中，p_dev 是指向am_zlg72128_dev_t 类型实例的指针，p_devinfo 是指向am_zlg72128_devinfo_t 类型实例信息的指针。

• 实例

定义am_zlg72128_dev_t 类型（am_zlg72128.h）实例如下：

其中，g_zlg72128_dev 为用户自定义的实例，其地址作为p_dev 的实参传递。

• 实例信息

实例信息描述了中断引脚相关的信息， 其类型am_zlg72128_devinfo_t 的定义（am_zlg72128.h）如下：

其中，use_int_pin 表示是否使用ZLG72128 的中断输出引脚（KEY_INT）。若该值为TRUE，表明需要使用中断引脚，此时int_pin 指定与主控制器（如LPC824）连接的引脚号，按键键值将在引脚中断中获取；若该值为FALSE，表明不使用中断引脚，此时interval_ms 指定查询键值的时间间隔。

一般地，只要主控器的I/O 资源不是非常紧缺，均会使用中断引脚。若为节省一个I/O中断资源，可将use_int_pin 设置为FALSE，此时将不占用IO 中断资源，而系统将会以查询的方式从ZLG72128 中获取键值，这就会耗费一定的CPU 资源，因为每隔一段时间就要主动查询一次键值。假设使用ZLG72128 的中断引脚，主控制器使用LPC824，ZLG72128 的KEY_INT 引脚与LPC824 的PIO0_17 连接。其实例信息定义如下：

• I2C 句柄i2c_handle

若使用LPC824 的I2C1 与ZLG72128 通信，则I2C 句柄可以通过LPC82x 的I2C1 实例初始化函数am_lpc82x_i2c1_inst_init()获得。即：

获得的I2C 句柄即可直接作为i2c_handle 的实参传递。

• 实例句柄

am_zlg72128_init()函数的返回值为ZLG72128 实例的句柄，该句柄将作为其它功能接口（数码管显示、按键管理等）的第一个参数（handle）的实参。

其类型am_zlg72128_handle_t（am_zlg72128.h）定义如下：

若返回值为NULL，说明初始化失败；若返回值不为NULL，说明返回一个有效的handle。

基于模块化编程思想，将初始化相关的实例、实例信息等的定义存放到对应的配置文件中，通过头文件引出实例初始化函数接口，源文件和头文件的程序范例分别详见程序清单6.111 和程序清单6.112。

程序清单6.111 ZLG72128 实例初始化函数实现（am_hwconf_zlg72128.c）

程序清单6.112 ZLG72128 实例初始化函数声明（am_hwconf_zlg72128.h）

后续只需要使用无参数的实例初始化函数即可获取到ZLG72128 的实例句柄。即：

>>> 6.5.3 按键管理接口函数

ZLG72128 支持32 个键（4 行8 列矩阵键盘），其中，前3 行为普通键，同一时刻只能有一个普通键按下。最后一行为功能键，多个功能键可以同时按下。按键管理仅一个注册按键回调接口函数。

为了在检测到按键事件（有键按下）时，及时将按键事件通知用户，需要用户注册一个回调函数，当有按键事件发生时，将自动调用用户注册的回调函数。其函数原型为：

其中，pfn_key_cb 为注册的按键回调函数，p_arg 为回调函数的第一个参数的值，即当检测到按键事件自动调用回调函数时，将p_arg 的值作为回调函数的第一个参数的值。

回调函数的类型am_zlg72128_key_cb_t（am_zlg72128.h）定义如下：

由此可见，回调函数有4 个参数，用户可以通过这些参数获取按键相关的信息。特别地，第一个参数p_arg 为用户自定义的参数，其值即为注册回调函数时p_arg 参数设置的值。

key_val、repeat_cnt、funkey_val 表示按键事件的相关信息，ZLG72128 可能的按键事件有以下3 种：

• 有普通键按下（普通键释放不作为按键事件）

当有普通键按下时，key_val 表示按下键的键值，键值的有效范围为1 ~ 24，普通键的键值已在am_zlg72128.h 中定义为宏，宏名为AM_ZLG72128_KEY_X_Y，其中X 表示行号（1 ~ 3），Y 表示列号（1 ~ 8），如第2 行第5 个键的键值为：AM_ZLG72128_KEY_2_5。

• 普通键一直按下（处于连击状态）

普通键按下保持时间超过2s 后进入连击状态，处于连击状态时，每隔200ms 左右会产生一个按键事件，并使用一个连击计数器对产生的按键事件计数，每产生一个按键事件连击计数器的值加1，由于连击计数器的位宽为8 位，因此，当值达到255 后不再加1，但同样还会继续产生按键事件，直到键释放，连击计数器清0。处于连击状态时，key_val 表示按下键的键值，repeat_cnt 表示连击计数器的值。

• 功能键状态发生变化（功能键按下或释放都会造成状态改变）

funkey_val 的值表示所有功能键的状态。最后一行最多8 个键，从左至右分别为F0 ~ F7，与funkey_val 的bit0 ~ bit7 一一对应，位值为0 表示对应功能键按下，位值为1 表示对应功能键未按下。当无任何功能键按下时，funkey_val 的值为0xFF。只要funkey_val 的值发生改变，就会产生一个按键事件，功能键不提供连击功能。可以使用am_zlg72128.h 中的宏

AM_ZLG72128_FUNKEY_CHECK(funkey_val, funkey_num)来简单判断某一功能键是否按下。funkey_num 用于表示需要检测的功能键， 值已经定义为宏， F0 ~ F7 分别为AM_ZLG72128_FUNKEY_0 ~ AM_ZLG72128_FUNKEY_7。若对应键按下，则宏值为TURE；反之，则宏值FALSE。例如，通过funkey_val 判断F0 是否按下可以使用如下语句：

功能键类似PC 机上的Ctrl、Alt、Shift 等按键，使用普通键和功能键很容易实现组合键应用，注册按键回调函数的范例程序详见程序清单6.113。

程序清单6.113 ZLG72128 注册按键回调函数使用范例

若只按下第一行第一个键，则LED0 状态翻转，若按下第一行第一个键的同时，也按下了功能键F0，则LED1 状态翻转，该示例简单的展示了组合键的使用方法。

>>> 6.5.4 数码管显示接口函数

ZLG72128 支持12 位共阴式数码管，以及闪烁、位移等功能，虽然接口函数种类繁多，但各个接口函数的功能较为简单，下面将一一介绍各个接口函数的使用方法。

1． 闪烁持续时间

当数码管闪烁时，设置其点亮和熄灭持续时间的函数原型为：

上电时，数码管点亮和熄灭的持续时间默认值为500ms。on_ms 和off_ms 有效的时间值为150、200、250、……、800、850、900，即150ms ~ 900ms，且时间间隔为50ms。若时间间隔不是这些值，应该选择一个最接近的值。比如，设置数码管以最快的频率闪烁，即亮、灭时间最短为150ms，其使用方法如下：

注：仅设置闪烁时间还不能立即看到闪烁现象，必须打开某位的闪烁开关后才能看到闪烁现象，详见am_zlg72128_digitron_flash_ctrl()函数介绍。

2． 闪烁控制

控制数码管是否闪烁的函数原型为：

其中，ctrl_val 为控制值，bit0 ~ bit11 为有效位，分别对应数码管0 ~ 11，位值为0 时不闪烁，位值为1 时闪烁。上电默认值为0x0000，即所有数码管均不闪烁。比如，控制所有数码管闪烁，其使用方法如下：

注：由于初始时可能数码管未显示

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