一種嵌入式PC非標(biāo)準(zhǔn)鍵盤的設(shè)計

1、    一種嵌入式PC非標(biāo)準(zhǔn)鍵盤的設(shè)計摘要：隨著嵌入式系統(tǒng)的飛速發(fā)展，嵌入式PC得到了廣泛應(yīng)用。標(biāo)準(zhǔn)的PC鍵盤由于體積大，按鍵多等原因在多數(shù)情況下不能滿足要求。本文在介紹PS/2通信協(xié)議的基礎(chǔ)上，利用AT89C52實現(xiàn)了一種PC非標(biāo)準(zhǔn)鍵盤的設(shè)計。給出了其完整的硬件實現(xiàn)電路圖和主要的軟件開發(fā)方法。該鍵盤具有結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、便于擴展等特點，并已在某型航空圖像回傳系統(tǒng)中得到具體應(yīng)用。關(guān)鍵詞：鍵盤，PS/2協(xié)議，單片機，嵌入式系統(tǒng)隨著嵌入式系統(tǒng)的飛速發(fā)展，嵌摘要：隨著嵌入式系統(tǒng)的飛速發(fā)展，嵌入式PC得到了廣泛應(yīng)用。標(biāo)準(zhǔn)的PC鍵盤由于體積大，按鍵多等原因在多數(shù)

2、情況下不能滿足要求。本文在介紹PS/2通信協(xié)議的基礎(chǔ)上，利用AT89C52實現(xiàn)了一種PC非標(biāo)準(zhǔn)鍵盤的設(shè)計。給出了其完整的硬件實現(xiàn)電路圖和主要的軟件開發(fā)方法。該鍵盤具有結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、便于擴展等特點，并已在某型航空圖像回傳系統(tǒng)中得到具體應(yīng)用。關(guān)鍵詞：鍵盤，PS/2協(xié)議，單片機，嵌入式系統(tǒng)    隨著嵌入式系統(tǒng)的飛速發(fā)展，嵌入式PC在工業(yè)控制、測量儀器等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，如ADVANTECH公司的PC/104、 AMD公司的E86等。它們除了具有PC的功能外，還提供了功能強大的各種標(biāo)準(zhǔn)接口，如：平板/VGA顯示器控制接口、光驅(qū)接口、以太網(wǎng)接口、RS-232/42

3、2/485接口、PC/AT鍵盤接口等。這就為新產(chǎn)品開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化提供了方便，可大大縮小研發(fā)周期，降低研制成本。由于嵌入式PC具有標(biāo)準(zhǔn)PC鍵盤接口，也就是說，可以用標(biāo)準(zhǔn)的PC/AT鍵盤來對嵌入式PC進行操作與控制。然而，在很多實際應(yīng)用中，需要用到鍵的數(shù)量和類型有很大的差異，并希望鍵盤具有體積小巧、便于布放等特點。因此，希望能夠設(shè)計一種小巧、靈活的PC非標(biāo)準(zhǔn)鍵盤，來滿足用戶需求。    本文根據(jù)課題要求，設(shè)計了一種由AT89C52實現(xiàn)的PC非標(biāo)準(zhǔn)鍵盤。下面對其硬件設(shè)計、軟件實現(xiàn)及PS/2鍵盤通信協(xié)議分別進行介紹。1硬件設(shè)計    圖

4、1為該鍵盤電路原理圖，由ATMEL公司的微控制器AT89C52、邏輯系統(tǒng)（包括看門狗復(fù)位電路X25045和晶體振蕩電路）、矩陣鍵盤三部分組成。AT89C52單片機主要完成鍵盤掃描，確定鍵盤閉合斷開的信息，并發(fā)送鍵碼和同步時鐘到工控機；邏輯系統(tǒng)提供起振信號及看門狗定時復(fù)位功能，防止出現(xiàn)死機；矩陣鍵盤為4×4的行列式鍵盤，當(dāng)有鍵按下時產(chǎn)生低電平觸發(fā)信號，便于單片機檢測有效的按鍵操作。該鍵盤由4×4=16個按鍵組成，其中行線為P0.4P0.7，列線為P0.3P0.0。P3.0為鍵碼數(shù)據(jù)輸出，P3.1為同步時鐘，分別輸出到嵌入式PC的PS/2端口；+5V電源由主機提供。&#

5、160;   由于AT89C52的IO端口為32個，除看門狗電路的輸入輸出端CS、SI、SO、SCK、以及鍵碼數(shù)據(jù)輸出端Data和時鐘輸出端Clock外，還剩26個可用端口，這樣，其最大可獨立響應(yīng)13× 13=169個鍵的輸入，不僅可滿足標(biāo)準(zhǔn)鍵盤的多鍵需求，也可滿足工控機常用控制鍵的要求。X25045為看門狗電路，它實時接收來自AT89C52的CS信號，并自動判斷兩次信號的間隔時間。當(dāng)時間間隔到達設(shè)定時間時，其RST輸出端保持低電平；反之，其RST輸出端輸出高電平，AT89C52被復(fù)位。此外增加了發(fā)光二極管LED，用來指示鍵盤的工作狀態(tài)。圖1鍵盤電路原理圖

6、0;   AT89C52微控制器具有如下特點1：    （1）具有8K字節(jié)可編程閃存；    （2）256×8字節(jié)內(nèi)部RAM；    （3）32根可編程I/O線；    （4）3個16位定時計數(shù)器；    （5）8個中斷源；    （6）可編程串行UART通道2 PS/2協(xié)議    標(biāo)準(zhǔn)鍵盤和工控機或者嵌入式PC之間是按照PS/2協(xié)議進行通信的，因此設(shè)計的非

7、標(biāo)準(zhǔn)鍵盤也必須嚴格按照該協(xié)議，這樣才能為系統(tǒng)正確識別和作出響應(yīng)。PS/2鍵盤接口標(biāo)準(zhǔn)由IBM公司于1987年推出，該標(biāo)準(zhǔn)采用了6腳miniDIN連接器（見圖2）。該連接器在封裝上更加小巧，仍然用雙向串行通信協(xié)議，并且提供有可選擇的第三套鍵盤掃描碼集，同時支持l7個主機到鍵盤的命令。圖2  PS/2端口示意圖    PS/2接口的6個引腳只有4個有定義，它們分別是1腳Data(數(shù)據(jù)腳)、5腳Clock(時鐘腳)、3腳Ground(電源地)、4腳Vcc(+5V電源)；2腳和6腳為未定義保留端口。PS/2鍵盤與PC機的物理連接，只要保證這4根線一一對應(yīng)就可以了

8、。鍵盤靠PC的PS/2端口提供+5V電源，因此不需要專門電源。另外時鐘腳Clock和數(shù)據(jù)腳Data都是集電極開路的，需外接上拉電阻，上拉電阻的阻值一般可取1K10K，這和51系列單片機IO口的特性是一致的。    PS/2通信協(xié)議是一種雙向同步串行通信協(xié)議。通信的兩端通過Clock(時鐘腳)同步，并通過Data(數(shù)據(jù)腳)交換數(shù)據(jù)。PS/2的數(shù)據(jù)是按幀進行傳輸?shù)模恳粩?shù)據(jù)幀包含l112個位，其中鍵盤發(fā)送的數(shù)據(jù)幀為11位。1個起始位（低電平）、8個數(shù)據(jù)位(低位在前，高位在后)、1個奇偶校驗位（采用奇校驗）、1個停止位（高電平）。在鍵碼傳送的同時，微控制器還傳送1個鍵碼

9、時鐘同步信號，用于同步鍵碼數(shù)據(jù)的接收，鍵碼中每個數(shù)據(jù)位的傳送發(fā)生在鍵盤時鐘的下降沿。最大的時鐘頻率是33kHz 而且大多數(shù)設(shè)備工作在1020kHz，推薦頻率在15kHz左右2。    當(dāng)有鍵按下時，鍵盤發(fā)送一個接通碼給主機，接通碼值在007F之間。當(dāng)按鍵松開后，鍵盤首先發(fā)送斷開碼標(biāo)志F0H，然后再發(fā)送該鍵的接通碼。如果按鍵按下0.5秒仍沒斷開，則以每秒6個鍵碼的速率發(fā)送到主機。Clock和Data必須為高電平時，才能傳送鍵碼數(shù)據(jù)。鍵碼的每一位傳送發(fā)生在時鐘的下降沿，在時鐘高電平期間發(fā)生變化。    圖3為接通鍵碼為2C，即按下t鍵時，

10、鍵碼和時鐘的傳送時序。圖3 鍵碼2C傳輸時的通信時序   3軟件實現(xiàn)    軟件包括定時0中斷子程序、定時1中斷子程序、主程序等。其中，定時器0中斷子程序用于定時（如50ms）檢測單片機工作狀態(tài)，實現(xiàn)看門狗功能，完成單片機的自動復(fù)位，防止軟件出現(xiàn)死機現(xiàn)象。定時器1中斷子程序用于設(shè)定時鐘高低電平的持續(xù)時間，即確定時鐘的頻率，這里采用的時鐘頻率為16 kHz。主程序循環(huán)檢測有無鍵被按下、判斷哪個鍵被按下并確定對應(yīng)的鍵碼，然后確定是否輸出鍵碼和同步時鐘信號。如有鍵被按下，則輸出相應(yīng)的鍵碼同時并輸出同步時鐘信號。然后再掃描按鍵是否斷開，若斷開

11、則發(fā)送斷開掃描碼和時鐘信號。主程序流程如圖4所示。圖4 主程序流程圖        這里值得注意的是：一是鍵盤斷開標(biāo)志碼0F0H和接通碼之間應(yīng)該有一定的延時（幾十毫秒即可）；二是鍵盤數(shù)據(jù)位應(yīng)該在時鐘下降沿到來之前就應(yīng)該準(zhǔn)備好，即應(yīng)該有十幾微秒的提前量。4結(jié)束語    經(jīng)過實際測試，該鍵盤工作穩(wěn)定，能夠?qū)η度胧絇C進行正確的操作和輸入控制，并且已在某型航空圖像回傳系統(tǒng)中得到具體應(yīng)用。本文設(shè)計的非標(biāo)準(zhǔn)鍵盤具有結(jié)構(gòu)簡單、靈活性強、易于編程、體積小、成本低的特點，并可根據(jù)用戶需要隨意設(shè)計和布放，對使用工控機的各種測試與控制儀器具有通用性，只要稍加改動就可應(yīng)用于其它嵌入式應(yīng)用的場合。    本文作者的創(chuàng)新點：根據(jù)課題任務(wù)要求，用單片機AT89C52實現(xiàn)了對嵌入式工控PC的非標(biāo)準(zhǔn)鍵盤輸入，進而控制整個系統(tǒng)的運行。該鍵盤實現(xiàn)簡