分类： 嵌入式
2009-12-19 10:43:35
在工业控制、测量仪器等领域，已大量使用嵌入式PC，如 ADVANTECH公司的PC/104、AMD公司的E86嵌入式PC等。它们除具有 PC的功能外，还提供了功能强大的各种标准接口，如：平板 /VGA显示器控制接口、光驱接口、以太网接口、RS-232/422/485 接口、PC/AT键盘接口等。这就为新产品开发的标准化、模块化提供了方便，可大大缩小研发周期，降 低研制成本，快速进入市场。由于嵌入式PC具有标准PC/AT 键盘接口，也就是说，可以用标准的PC/AT键盘来对嵌入式 PC进行操作与控制。但是，在很多实际应用中，由于一般只用到某几个固定的键，并希望键盘具有体积小巧、便于布放等特点，为此，希望能够设计一种小巧、灵活的 PC/AT键盘，来满足各种需求。本文介绍一种由AT89C2051设计实现的 PC/AT键盘。
1 PC/AT键盘的特点
PC/AT键盘由单片微控制器、键盘矩阵和支持逻辑三部分组成。键盘微控制器的主要功能是扫描键盘，以得到有效的闭合键，一旦键被按下或放开，就为系统板产生键代码，将键代码以串行格式传递到系统板，同时产生将键代码转换为供系统板使用的并行数据所需的时钟信号。 AT键盘使用接通键码，其值在00~7F之间，以串行数据格式传递到系统板；每发送一个键码包含11个数据位，即1个起始位、 8个数据位（低位在前，高位在后）、1个奇偶校验位、1个停止位。在键码传送的同时，微控制器还传送1个键码时钟同步信号，用于同步键码数据的接收。键码中每个数据位的传送发生在 键盘时钟的下降沿，时钟的波特率为16 Kb/s。图1为接通键码是2C，即按下t键时，键码的传送格式。
对于PC/AT键盘，如果按下键0.5 s之前放开该键，则键盘电路产生一个断开键码，将这个键码也以串行数据的格式传送出去。AT键盘的断开键码为F0，在断开键码之后再跟接通键码。其中断开键码通知BIOS键盘例程，按下的键序列功能已结束，键已被放开。如果在键按下 0.5 s之后仍未放开该键，则键盘电路产生一个接通键代码（与接通键码相同），并以每秒6个键码的速率（每166.7 ms一个键码）进行传送，此过程直到键盘电路检测到断开代码为止。常用键的键码如表 1所列。
2 硬件设计
键盘电路如图2所示，由ATMEL公司的微控制器AT89C2051 、MAXIM 公司的看门狗自动复位电路MAX813L及键盘矩阵组成。由于AT 89C2051的可用端口为16个，除复位端RES、看门狗信号输出端WDI、键码数据输出端TXD和时钟输出端CLK外，还剩12个可用端口，这样，其最大可独立响应6×6=36个键的输入，可满足工控机常用控制键的要求。 MAX813L为看门狗电路，它实时接收来自AT89C2051的WDI信号，并自动判断两次 WDI信号的间隔时间。当时间间隔小于1.6 s时，其RST输出端保持低电平；当时间间隔大于1.6 s时，其RST输出端输出高电平，AT89C2051被复位。AT89C2051 具有如下特点：
◇ 具有2K字节可编程闪存；
◇ 128×8bit 内部RAM；
◇ 15根可编程I/O线；
◇ 2个16位定时/计数器；
◇ 6个中断源；
◇ 可编程串行UART。
3 软件设计
软件包括定时0中断子程序、定时1中断子程序、主程序等。其中，定时器0定时中断子程序用于定时检测有无键被按下、判断哪个键被按下并确定对应的键码。定时器 1定时中断子程序用于确定输出键码和时钟信号的波特率，并定时输出看门狗信号，用于防止软件出现死机现象。主程序根据有无键被按下标志，确定是否输出键码和同步时钟信号。如有键被按下，则调入由定时中断子程序所确定的键码，输出相应的键码并同时输出同步时钟信 号。主程序流程如图3所示。
4 设计实例
下面为一设计实例，要求所设计的小键盘输出F1、F2、 F3、F4、Page UP、Page Down、Esc、Enter 8个PC/AT PS/2键盘信号。8个按键的一端分别接P3.7、P1.0~P1.6端口，8个按键的另一端为公共 接地端。
全部程序如下所示：
/* CRYSTAL IS 20MHz, keycode clock is 12.5kHz,*/
KEY: DO;
$NOLIST
$INCLUDE (REG51.DCL)
$LIST
DECLARE WDI LITERALLY 'P3_0';
DECLARE SW1 LITERALLY 'P3_7';
DECLARE SW2 LITERALLY 'P1_0';
DECLARE SW3 LITERALLY 'P1_1';
DECLARE SW4 LITERALLY 'P1_2';
DECLARE SW5 LITERALLY 'P1_3';
DECLARE SW6 LITERALLY 'P1_4';
DECLARE SW7 LITERALLY 'P1_5';
DECLARE SW8 LITERALLY 'P1_6';
DECLARE KEY$DATA LITERALLY 'P3_1';
DECLARE KEY$CLK LITERALLY 'P1_7';
DECLARE (DK,KEY$CODE,PARITY,SHIFT$REG,NUMBER,DI,DN) BYTE;
DECLARE (T0$INT) BIT;
/******* INTERRUPT OF TIMER 1 ********/
TIMER1: PROCEDURE INTERRUPT 3 USING 1;
DISABLE;
WDI=1;
DK=0;
TH1=0BEH;
TL1=0E6H;
DN=800;
IF SW1=0 THEN
DO;
DI=DN;
DO WHILE DI>0;
DI=DI-1;
END;
IF SW1=0 THEN DK=1;
KEY$CODE=5AH; /*Enter*/
PARITY=0FFH;
END;
IF SW2=0 THEN
DO;
DI=DN;
DO WHILE DI>0;
DI=DI-1;
END;
IF SW2=0 THEN
DO；
DK=2;
KEY$CODE=76H; /*Esc*/
PARITY=00H;
END;
IF SW3=0 THEN
DO;
DI=DN;
DO WHILE DI>0;
DI=DI-1;
END;
IF SW3=0 THEN DK=3;
KEY$CODE=75H; /*8/up*/
PARITY=00H;
END;
IF SW4=0 THEN
DO;
DI=DN;
DO WHILE DI>0;
DI=DI-1;
END;
IF SW4=0 THEN DK=4;
KEY$CODE=72H; /*2/down*/
PARITY=0FFH;
END;
IF SW5=0 THEN
DO;
DI=DN;
DO WHILE DI>0;
DI=DI-1;
END;
IF SW5=0 THEN DK=5;
KEY$CODE=06H; /*F2*/
PARITY=0FFH;
END;
IF SW6=0 THEN
DO;
DI=DN;
DO WHILE DI>0;
DI=DI-1;
END;
IF SW6=0 THEN DK=6;
KEY$CODE=04H; /*F3*/
PARITY=00H;
END;
IF SW7=0 THEN
DO;
DI=DN;
DO WHILE DI>0;
DI=DI-1;
END;
IF SW7=0 THEN DK=7;
KEY$CODE=0CH; /*F4*/
PARITY=0FFH;
END;
IF SW8=0 THEN
DO;
DI=DN;
DO WHILE DI>0;
DI=DI-1;
END;
IF SW8=0 THEN DK=8;
KEY$CODE=05H; /*F1*/
PARITY=0FFH;
END;
WDI=0;
DN=0;
T1$RET: ENABLE;
END;
/****INTERRUPT OF TIMER 0****/
TIMER0: PROCEDURE INTERRUPT 1 USING 2;
DISABLE;
WDI=1;
IF NUMBER=0 THEN
DO;
KEY$CLK=0;
KEY$DATA=1；
END;
ELSE
DO;
KEY$CLK=1;
DI=4;
DO WHILE DI>0;
DI=DI-1;
END;
IF (SHIFT$REG AND 01H)=0 THEN KEY$DATA=0;
IF (SHIFT$REG AND 01H)=1 THEN KEY$DATA=1;
DI=4;
DO WHILE DI>0;
DI=DI-1;
END;
KEY$CLK=0;
NUMBER=NUMBER-1;
END;
T0$RET： T0$INT=1;
WDI=0;
ENABLE;
END;
/*************MAIN PROGRAM***********/
MAIN_PRG: SW1=1; /**** INIT PORT ****/
SW2=1;
SW3=1;
SW4=1;
SW5=1;
SW6=1;
SW7=1；
SW8=1;
KEY$CLK=0;
KEY$DATA=0;
KEY$CODE=00H;
PARITY=00H;
SHIFT$REG=00H;
NUMBER=11;
T0$INT=0;
DK=0;
DI=0;
DN=0;
TMOD=10H; /*T1 MODE 1*/
IE=0C8H; /****T1 interrupt enable ****
TCON=40H; /****T1 begin work ****/
TH1=0BEH; /*T1 100Hz */
TL1=0E6H;
TH0=7BH; /*T0 16kHz*/
TL0=7BH;
ENABLE;
MAIN$LOOP: IF DK=0 THEN GOTO MAIN$END;
TMOD=02H; /*T0 BEGIN WORK*/
IE=0C2H; /*T1 STOP WORK*/
TCON=10H;
T0$INT=0;
SHIFT$REG=00H;
WAIT1: IF T0$INT=0 THEN GOTO WAIT1; /*send S bit*/
T0$INT=0;
SHIFT$REG=KEY$CODE;
WAIT2: IF T0$INT=0 THEN GOTO WAIT2; /*send Key$code*/
SHIFT$REG=SHR(SHIFT$REG,1);
T0$INT=0;
IF NUMBER>2 THEN GOTO WAIT2;
SHIFT$REG=PARITY;
WAIT3: IF T0$INT=0 THEN GOTO WAIT3; /*send parity bit*/
T0$INT=0;
SHIFT$REG=0FFH;
WAIT4: IF T0$INT=0 THEN GOTO WAIT4; /*send ST bit*/
T0$INT=0;
DK=0;
WAIT5: IF T0$INT=0 THEN GOTO WAIT5; /* KEY$CLK=0 for 300us*/
T0$INT=0;
DK=DK+1;
IF DK<4 THEN GOTO WAIT5;
/****************SEND 0F0H**************/
KEY$CLK=1;
KEY$DATA=1;
T0$INT=0;
DK=0;
IE=00H; /*T0 STOP WORK*/
TCON=00H
TMOD=10H; /*T1 BEGAN WORK*/
IE=0C8H;
TCON=40H;
TH1=0BEH;
TL1=0E6H;
CALL TIME(200);
TMOD=02H; /*T0 BEGIN WORK*/
IE=0C2H; /*T1 STOP WORK*/
TCON=10H;
T0$INT=0;
NUMBER=11;
T0$INT=0;
SHIFT$REG=00H;
WAIT11: IF T0$INT=0 THEN GOTO WAIT11; /*send S bit*/
T0$INT=0;
SHIFT$REG=0F0H;
WAIT12: IF T0$INT=0 THEN GOTO WAIT12; /*send 0F0H code*/
SHIFT$REG=SHR(SHIFT$REG,1);
T0$INT=0;
IF NUMBER>2 THEN GOTO WAIT12;
SHIFT$REG=0FFH;
WAIT13: IF T0$INT=0 THEN GOTO WAIT13; /*send parity bit*/
T0$INT=0;
SHIFT$REG=0FFH;
WAIT14: IF T0$INT=0 THEN GOTO WAIT14; /*send ST bit*/
T0$INT=0;
DK=0;
WAIT15: IF T0$INT=0 THEN GOTO WAIT15; /* KEY$CLK=0 for 300us*/
T0$INT=0
DK=DK+1;
IF DK<4 THEN GOTO WAIT15;
/***************SEND KEY$CODE******************/
KEY$CLK=1;
KEY$DATA=1;
T0$INT=0;
DK=0;
IE=00H; /*T0 STOP WORK*/
TCON=00H;
TMOD=10H; /*T1 BEGAN WORK*/
IE=0C8H;
TCON=40H;
TH1=0BEH;
TL1=0E6H;
CALL TIME(200);
TMOD=02H; /*T0 BEGIN WORK*/
IE=0C2H; /*T1 STOP WORK*/
TCON=10H;
T0$INT=0;
NUMBER=11;
T0$INT=0;
SHIFT$REG=00H;
WAIT21: IF T0$INT=0 THEN GOTO WAIT21; /*send S bit*/
T0$INT=0;
SHIFT$REG=KEY$CODE;
WAIT22: T0$INT=0 THEN GOTO WAIT22; /*send Key$code*/
SHIFT$REG=SHR(SHIFT$REG,1);
T0$INT=0;
IF NUMBER>2 THEN GOTO WAIT22;
SHIFT$REG=PARITY;
WAIT23: IF T0$INT=0 THEN GOTO WAIT23; /*send parity bit*/
T0$INT=0;
SHIFT$REG=0FFH;
WAIT24: IF T0$INT=0 THEN GOTO WAIT24; /*send ST bit*/
T0$INT=0;
DK=0;
WAIT25: IF T0$INT=0 THEN GOTO WAIT25; /* KEY$CLK=0 for 300us*/
T0$INT=0;
DK=DK+1;
IF DK<4 THEN GOTO WAIT25;
KEY$CLK=1;
KEY$DATA=1;
T0$INT=0;
DK=0;
IE=00H; /*T0 STOP WORK*/
TCON=00H;
DO DI=1 TO 300; /*DELAY TIME*/
CALL TIME(20);
END;
MAIN$END: KEY$CLK=1;
KEY$DATA=1;
NUMBER=11;
SHIFT$REG=0;
GOTO MAIN$LOOP;
END KEY;
本文介绍的PC/AT键盘具有结构简单、设计灵活性强、易于编程、体积小、成本低的特点，并可 根据用户需要随意设计和布放，对使用工控机的各种测试与控制仪器具有通用性。
参考文献
1 ATMEL公司. AT89C2051 Data Sheet