一種嵌入式PC非標(biāo)準(zhǔn)鍵盤(pán)的設(shè)計(jì)

1、    一種嵌入式PC非標(biāo)準(zhǔn)鍵盤(pán)的設(shè)計(jì)摘要：實(shí)現(xiàn)了一種全集成可變帶寬中頻寬帶低通濾波器，討論分析了跨導(dǎo)放大器-電容(OTAC)連續(xù)時(shí)間型濾波器的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)和具體實(shí)現(xiàn)，使用外部可編程電路對(duì)所設(shè)計(jì)濾波器帶寬進(jìn)行控制，并利用ADS軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明，該濾波器帶寬的可調(diào)范圍為126 MHz，阻帶抑制率大于35 dB，帶內(nèi)波紋小于05 dB，采用18 V電源，TSMC 018m CMOS工藝庫(kù)仿真，功耗小于21 mW，頻響曲線(xiàn)接近理想狀態(tài)。關(guān)鍵詞：Butte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(pán)由于體積大，按

2、鍵多等原因在多數(shù)情況下不能滿(mǎn)足要求。本文在介紹PS/2通信協(xié)議的基礎(chǔ)上，利用AT89C52實(shí)現(xiàn)了一種PC非標(biāo)準(zhǔn)鍵盤(pán)的設(shè)計(jì)。給出了其完整的硬件實(shí)現(xiàn)電路圖和主要的軟件開(kāi)發(fā)方法。該鍵盤(pán)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、便于擴(kuò)展等特點(diǎn)，并已在某型航空?qǐng)D像回傳系統(tǒng)中得到具體應(yīng)用。關(guān)鍵詞：鍵盤(pán)，PS/2協(xié)議，單片機(jī)，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(cè)量?jī)x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(qiáng)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、R

3、S-232/422/485接口、PC/AT鍵盤(pán)接口等。這就為新產(chǎn)品開(kāi)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(pán)接口，也就是說(shuō)，可以用標(biāo)準(zhǔn)的PC/AT鍵盤(pán)來(lái)對(duì)嵌入式PC進(jìn)行操作與控制。然而，在很多實(shí)際應(yīng)用中，需要用到鍵的數(shù)量和類(lèi)型有很大的差異，并希望鍵盤(pán)具有體積小巧、便于布放等特點(diǎn)。因此，希望能夠設(shè)計(jì)一種小巧、靈活的PC非標(biāo)準(zhǔn)鍵盤(pán)，來(lái)滿(mǎn)足用戶(hù)需求。    本文根據(jù)課題要求，設(shè)計(jì)了一種由AT89C52實(shí)現(xiàn)的PC非標(biāo)準(zhǔn)鍵盤(pán)。下面對(duì)其硬件設(shè)計(jì)、軟件實(shí)現(xiàn)及PS/2鍵盤(pán)通信協(xié)議分別進(jìn)行介紹。1硬件設(shè)計(jì)  

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

5、供。    由于AT89C52的IO端口為32個(gè)，除看門(mén)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(shí)鐘輸出端Clock外，還剩26個(gè)可用端口，這樣，其最大可獨(dú)立響應(yīng)13× 13=169個(gè)鍵的輸入，不僅可滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)鍵盤(pán)的多鍵需求，也可滿(mǎn)足工控機(jī)常用控制鍵的要求。X25045為看門(mén)狗電路，它實(shí)時(shí)接收來(lái)自AT89C52的CS信號(hào)，并自動(dòng)判斷兩次信號(hào)的間隔時(shí)間。當(dāng)時(shí)間間隔到達(dá)設(shè)定時(shí)間時(shí)，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(lái)指示鍵盤(pán)的工作狀態(tài)。圖1鍵盤(pán)電路原理圖

6、    AT89C52微控制器具有如下特點(diǎn)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(xiàn)；    （4）3個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器；    （5）8個(gè)中斷源；    （6）可編程串行UART通道2 PS/2協(xié)議    標(biāo)準(zhǔn)鍵盤(pán)和工控機(jī)或者嵌入式PC之間是按照PS/2協(xié)議進(jìn)行通信的，因此

7、設(shè)計(jì)的非標(biāo)準(zhǔn)鍵盤(pán)也必須嚴(yán)格按照該協(xié)議，這樣才能為系統(tǒng)正確識(shí)別和作出響應(yīng)。PS/2鍵盤(pán)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(jiàn)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(pán)掃描碼集，同時(shí)支持l7個(gè)主機(jī)到鍵盤(pán)的命令。圖2  PS/2端口示意圖    PS/2接口的6個(gè)引腳只有4個(gè)有定義，它們分別是1腳Data(數(shù)據(jù)腳)、5腳Clock(時(shí)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(pán)與PC機(jī)的物理連接，只要保證這4根線(xiàn)一一對(duì)應(yīng)

8、就可以了。鍵盤(pán)靠PC的PS/2端口提供+5V電源，因此不需要專(zhuān)門(mén)電源。另外時(shí)鐘腳Clock和數(shù)據(jù)腳Data都是集電極開(kāi)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(jī)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(guò)Clock(時(shí)鐘腳)同步，并通過(guò)Data(數(shù)據(jù)腳)交換數(shù)據(jù)。PS/2的數(shù)據(jù)是按幀進(jìn)行傳輸?shù)?，每一?shù)據(jù)幀包含l112個(gè)位，其中鍵盤(pán)發(fā)送的數(shù)據(jù)幀為11位。1個(gè)起始位（低電平）、8個(gè)數(shù)據(jù)位(低位在前，高位在后)、1個(gè)奇偶校驗(yàn)位（采用奇校驗(yàn)）、1個(gè)停止位（高電平）。在鍵碼傳送的同時(shí)，微控制器還傳送

9、1個(gè)鍵碼時(shí)鐘同步信號(hào)，用于同步鍵碼數(shù)據(jù)的接收，鍵碼中每個(gè)數(shù)據(jù)位的傳送發(fā)生在鍵盤(pán)時(shí)鐘的下降沿。最大的時(shí)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(shí)，鍵盤(pán)發(fā)送一個(gè)接通碼給主機(jī)，接通碼值在007F之間。當(dāng)按鍵松開(kāi)后，鍵盤(pán)首先發(fā)送斷開(kāi)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(méi)斷開(kāi)，則以每秒6個(gè)鍵碼的速率發(fā)送到主機(jī)。Clock和Data必須為高電平時(shí)，才能傳送鍵碼數(shù)據(jù)。鍵碼的每一位傳送發(fā)生在時(shí)鐘的下降沿，在時(shí)鐘高電平期間發(fā)生變化。    圖3為接通鍵碼為2C，即按下

10、t鍵時(shí)，鍵碼和時(shí)鐘的傳送時(shí)序。圖3 鍵碼2C傳輸時(shí)的通信時(shí)序   3軟件實(shí)現(xiàn)    軟件包括定時(shí)0中斷子程序、定時(shí)1中斷子程序、主程序等。其中，定時(shí)器0中斷子程序用于定時(shí)（如50ms）檢測(cè)單片機(jī)工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)看門(mén)狗功能，完成單片機(jī)的自動(dòng)復(fù)位，防止軟件出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象。定時(shí)器1中斷子程序用于設(shè)定時(shí)鐘高低電平的持續(xù)時(shí)間，即確定時(shí)鐘的頻率，這里采用的時(shí)鐘頻率為16 kHz。主程序循環(huán)檢測(cè)有無(wú)鍵被按下、判斷哪個(gè)鍵被按下并確定對(duì)應(yīng)的鍵碼，然后確定是否輸出鍵碼和同步時(shí)鐘信號(hào)。如有鍵被按下，則輸出相應(yīng)的鍵碼同時(shí)并輸出同步時(shí)鐘信號(hào)。然后再掃描按鍵是否斷開(kāi)

11、，若斷開(kāi)則發(fā)送斷開(kāi)掃描碼和時(shí)鐘信號(hào)。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(pán)斷開(kāi)標(biāo)志碼0F0H和接通碼之間應(yīng)該有一定的延時(shí)（幾十毫秒即可）；二是鍵盤(pán)數(shù)據(jù)位應(yīng)該在時(shí)鐘下降沿到來(lái)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(yǔ)    經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試，該鍵盤(pán)工作穩(wěn)定，能夠?qū)η度胧絇C進(jìn)行正確的操作和輸入控制，并且已在某型航空?qǐng)D像回傳系統(tǒng)中得到具體應(yīng)用。本文設(shè)計(jì)的非標(biāo)準(zhǔn)鍵盤(pán)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈活性強(qiáng)、易于編程、體積小、成本低的特點(diǎn)，并可根據(jù)用戶(hù)需要隨意設(shè)計(jì)和布放，對(duì)使用工控機(jī)的各種測(cè)試與控制儀器具有通用性，只要稍加改動(dòng)就可應(yīng)用于其它嵌入式應(yīng)用的場(chǎng)合。    本文作者的創(chuàng)新點(diǎn)：根據(jù)課題任務(wù)要求，用單片機(jī)AT89C52實(shí)現(xiàn)了對(duì)嵌入式工控PC的非標(biāo)準(zhǔn)鍵盤(pán)輸入，進(jìn)而控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。該鍵盤(pán)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)