Microchip GPIO 擴(kuò)展器鍵盤和 LCD 演示板使用指南

一、前言

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，各類開發(fā)板是工程師們進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)證和產(chǎn)品開發(fā)的重要工具。Microchip 的 GPIO 擴(kuò)展器鍵盤和 LCD 演示板就是這樣一款具有代表性的產(chǎn)品。本文將詳細(xì)介紹該演示板的相關(guān)信息，包括產(chǎn)品概述、安裝操作、原理圖和布局以及物料清單等內(nèi)容，希望能為電子工程師們?cè)谑褂迷撗菔景鍟r(shí)提供幫助。

文件下載：GPIODM-KPLCD.pdf

二、文檔相關(guān)說明

2.1 文檔布局

本文檔旨在指導(dǎo)如何使用 GPIO 擴(kuò)展器鍵盤和 LCD 演示板作為開發(fā)工具。其布局如下：

• 第 1 章“產(chǎn)品概述”：介紹演示板的基本信息和套件內(nèi)容。
• 第 2 章“安裝和操作”：包含演示板的設(shè)置和操作說明。
• 附錄 A“原理圖和板布局”：展示演示板的原理圖和布局圖。
• 附錄 B“物料清單（BOM）”：列出構(gòu)建演示板所需的零件。

2.2 文檔約定

文檔使用了一些特定的約定來表示不同類型的信息，例如：

• Arial 字體：斜體字符表示參考書籍，如 MPLAB? IDE 用戶指南；初始大寫表示強(qiáng)調(diào)文本；引號(hào)表示菜單選擇；直角括號(hào)表示菜單路徑；粗體字符表示對(duì)話框按鈕；特定格式表示數(shù)字等。
• Courier New 字體：普通字體表示示例源代碼、文件名、文件路徑、關(guān)鍵字、命令行選項(xiàng)、位值和常量；斜體表示可變參數(shù)；方括號(hào)表示可選參數(shù)；花括號(hào)和豎線表示互斥參數(shù)選擇。

2.3 推薦閱讀

對(duì)于獨(dú)立 CAN 控制器、CAN I/O 擴(kuò)展器和 CAN 收發(fā)器設(shè)備的更多信息，可參考相應(yīng)的數(shù)據(jù)手冊(cè)，這些文檔可在 Microchip 的網(wǎng)站（www.microchip.com）上找到。

2.4 Microchip 網(wǎng)站

Microchip 通過其網(wǎng)站（www.microchip.com）提供在線支持，包含產(chǎn)品支持（數(shù)據(jù)手冊(cè)、勘誤表、應(yīng)用筆記等）、一般技術(shù)支持（常見問題解答、技術(shù)支持請(qǐng)求等）以及公司業(yè)務(wù)相關(guān)信息（產(chǎn)品選擇器、訂購(gòu)指南等）。

2.5 客戶支持

用戶可通過多種渠道獲得 Microchip 產(chǎn)品的支持，包括分銷商或代表、本地銷售辦公室、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師、技術(shù)支持以及開發(fā)系統(tǒng)信息熱線。技術(shù)支持可通過網(wǎng)站（http://support.microchip.com）獲取。

2.6 文檔修訂歷史

本文檔于 2006 年 10 月首次發(fā)布，版本為 A。

三、產(chǎn)品概述

3.1 演示板簡(jiǎn)介

GPIO 擴(kuò)展器鍵盤和 LCD 演示板允許系統(tǒng)設(shè)計(jì)師評(píng)估 MCP23X17 和 MCP23X08 通用 I/O（GPIO）擴(kuò)展器的操作。該板通過鍵盤和 LCD 示例展示了 GPIO 擴(kuò)展器的性能。

3.2 套件內(nèi)容

該演示板套件包含以下內(nèi)容：

• 演示板：一塊 GPIO 擴(kuò)展器鍵盤和 LCD 演示板（102 - 00116），安裝有 MCP23008（I2C 接口）、MCP23S08（SPI 接口）、MCP23017（I2C 接口）和 MCP23S17（SPI 接口）GPIO 擴(kuò)展器。
• CD - ROM：模擬和接口產(chǎn)品演示板 CD - ROM（DS21912），包含演示板用戶指南（DS51636）、PIC? 微控制器固件和 PCB Gerber 文件。

四、安裝和操作

4.1 特點(diǎn)

演示板具有以下特點(diǎn)：

• GPIO 擴(kuò)展器：兩個(gè) 8 位 GPIO 擴(kuò)展器（MCP23008 - I2C 接口、MCP23S08 - SPI 接口）和兩個(gè) 16 位 GPIO 擴(kuò)展器（MCP23017 - I2C 接口、MCP23S17 - SPI 接口）。
• 鍵盤：4x4 鍵盤布局，包含 16 個(gè)瞬時(shí)按鈕，有數(shù)字 0 - 9 和六個(gè)特殊功能按鈕。
• LCD 模塊：2x16 LCD 模塊。
• 引腳頭：MCP23X08 和 MCP23X17 引腳的引腳頭，以及用于編程 PIC18F4550 的引腳頭。

4.2 開始使用

演示板是一個(gè)功能齊全、已組裝和測(cè)試的板子，用于演示 MCP23008、MCP23017（I2C 接口）和 MCP23S08、MCP23S17（SPI 接口）通用 I/O 擴(kuò)展器?；驹O(shè)置和操作步驟如下：

1. 連接 9V 電源到電源插孔（J2）或連接 5V 電源到 (V_{DD}) 和 GND 測(cè)試點(diǎn)。
2. 綠色電源 LED 亮起。
3. LCD 顯示啟動(dòng)閃屏。
4. 相應(yīng)的 LED（I2C 或 SPI）亮起，指示當(dāng)前串行模式。
5. 按鍵操作：按下 0 - 9、#、* 鍵，LCD 會(huì)顯示相應(yīng)內(nèi)容；按下 M 鍵切換通信模式（I2C 和 SPI）；按下 B 鍵為退格；按下 R 鍵為回車和清屏（第二次按下）；按下 S 鍵為空格。

4.3 演示板描述

4.3.1 主要板組件

• GPIO 塊：包含 MCP23X17 和 MCP23X08 GPIO 擴(kuò)展器。兩個(gè) MCP23X17 設(shè)備連接到 LCD 模塊，兩個(gè) MCP23X08 設(shè)備連接到鍵盤矩陣。鍵盤上的按鈕可在 I2C 和 SPI 模式之間切換。
• 控制塊：包含 PIC18F4550，是系統(tǒng)的主要控制核心。
• 輸入塊：包含 4x4 鍵盤矩陣，MCP23X08 設(shè)備用于掃描按鍵。
• 輸出塊：包含 2x16 LCD，MCP23X17 設(shè)備控制顯示。
• 引腳頭塊：MCP23X17 和 MCP23X08 的 I/O 和串行線路連接到引腳頭，方便引腳探測(cè)。
• 編程塊：包含 ICSP? 引腳頭，用于對(duì) PIC18F4550 進(jìn)行編程和調(diào)試。
• 電源塊：包含 MCP1702 5V 電壓調(diào)節(jié)器，板子可由 9V 電源（通過電源插孔連接）或直接施加 5V 電源供電。

4.4 固件描述

4.4.1 主函數(shù)流程

1. 固件首先配置 PIC 微控制器。
2. 配置 MCP23X08 和 MCP23X17 設(shè)備，默認(rèn)先選擇 I2C 設(shè)備，SPI 設(shè)備的 I/O 處于復(fù)位狀態(tài)。
3. 顯示 LCD 閃屏。
4. 等待 MCP23X08 的中斷，當(dāng)按鍵按下時(shí)會(huì)產(chǎn)生中斷，四個(gè)輸入配置為下降沿中斷，用于鍵盤矩陣的“列”。
5. 中斷發(fā)生后，調(diào)用 Scan_Buttons 例程。
6. 然后調(diào)用 Update_LCD 例程。

4.4.2 Scan_Buttons 函數(shù)

1. 讀取 INTCAP 寄存器，該寄存器包含中斷發(fā)生時(shí)端口狀態(tài)的快照。
2. 交換輸入和輸出，以便讀取行。
3. 讀取 GPIO 寄存器并與包含 INTCAP 值的變量合并。
4. 通過查找表確定按下的按鍵。

4.4.3 Update_LCD 函數(shù)

根據(jù)按下的按鍵更新 LCD 顯示。

五、原理圖和板布局

附錄 A 包含了演示板的原理圖和 PCB 布局，包括 1 - 3 頁(yè)的板原理圖、頂層（帶絲?。┖偷讓硬季謭D。這些圖紙對(duì)于深入了解演示板的電路結(jié)構(gòu)和布線非常有幫助。

六、物料清單（BOM）

附錄 B 列出了構(gòu)建演示板所需的零件，包括電容、電阻、LED、開關(guān)、芯片等。需要注意的是，列出的組件是 PCB 組裝的代表，實(shí)際生產(chǎn)中使用的 BOM 采用了所有符合 RoHS 標(biāo)準(zhǔn)的組件。

七、總結(jié)

Microchip 的 GPIO 擴(kuò)展器鍵盤和 LCD 演示板為工程師提供了一個(gè)實(shí)踐平臺(tái)，用于評(píng)估 GPIO 擴(kuò)展器在鍵盤和 LCD 應(yīng)用中的性能。通過詳細(xì)了解其產(chǎn)品特點(diǎn)、安裝操作、固件流程以及相關(guān)的原理圖和物料清單，工程師們可以更好地利用該演示板進(jìn)行開發(fā)和測(cè)試。大家在使用過程中是否遇到過類似演示板的一些特殊問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。