AT89C2051設(shè)計(jì)的PC/AT鍵盤

作 者：　海軍航空工程學(xué)院分院 楊日杰 張宗玉
摘 要：　在介紹PC/AT鍵碼特征的基礎(chǔ)上，介紹利用AT89C2051來實(shí)現(xiàn)PC/AT鍵盤的硬件和軟件設(shè)計(jì) 方法。它具有結(jié)構(gòu)簡單、選擇性強(qiáng)、便于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于36個(gè)以下PC/AT鍵盤的 應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：鍵盤 鍵碼 微控制器
在工業(yè)控制、測(cè)量儀器等領(lǐng)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。它們除具有 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、RS-232/422/485 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，快速進(jìn)入市場(chǎng)。由于嵌入式PC具有標(biāo)準(zhǔn)PC/AT 鍵盤接口，也就是說，可以用標(biāo)準(zhǔn)的PC/AT鍵盤來對(duì)嵌入式 PC進(jìn)行操作與控制。但是，在很多實(shí)際應(yīng)用中，由于一般只用到某幾個(gè)固定的鍵，并希望鍵盤 具有體積小巧、便于布放等特點(diǎn)，為此，希望能夠設(shè)計(jì)一種小巧、靈活的 PC/AT鍵盤，來滿足各種需求。本文介紹一種由AT89C2051設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的 PC/AT鍵盤。
1 PC/AT鍵盤的特點(diǎn)
PC/AT鍵盤由單片微控制器、鍵盤矩陣和支持邏輯三部分組成。鍵盤微控制器的主要功能是掃描 鍵盤，以得到有效的閉合鍵，一旦鍵被按下或放開，就為系統(tǒng)板產(chǎn)生鍵代碼，將鍵代碼以串行格式 傳遞到系統(tǒng)板，同時(shí)產(chǎn)生將鍵代碼轉(zhuǎn)換為供系統(tǒng)板使用的并行數(shù)據(jù)所需的時(shí)鐘信號(hào)。 AT鍵盤使用接通鍵碼，其值在00~7F之間，以串行數(shù)據(jù)格式傳遞 到系統(tǒng)板；每發(fā)送一個(gè)鍵碼包含11個(gè)數(shù)據(jù)位，即1個(gè)起始位、 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、1個(gè)停止位。在鍵碼傳送的同時(shí)， 微控制器還傳送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 鍵盤時(shí)鐘的下降沿，時(shí)鐘的波特率為16 Kb/s。圖1為接通鍵碼是2C，即按下t鍵時(shí)，鍵碼的傳送格式。

　　對(duì)于PC/AT鍵盤，如果按下鍵0.5 s之前放開該鍵，則鍵盤電路產(chǎn)生一個(gè)斷開鍵碼，將這個(gè)鍵碼也 以串行數(shù)據(jù)的格式傳送出去。AT鍵盤的斷開鍵碼為F0，在斷開鍵碼之后再跟接通鍵碼。其中斷開鍵 碼通知BIOS鍵盤例程，按下的鍵序列功能已結(jié)束，鍵已被放開。如果在鍵按下 0.5 s之后仍未放開該鍵，則鍵盤電路產(chǎn)生一個(gè)接通鍵代碼（與接通鍵碼 相同），并以每秒6個(gè)鍵碼的速率（每166.7 ms一個(gè)鍵碼）進(jìn)行傳送，此過程直到鍵盤電路檢測(cè)到斷開代碼為止。常用鍵的鍵碼如表 1所列。

2 硬件設(shè)計(jì)
　　鍵盤電路如圖2所示，由ATMEL公司的微控制器AT89C2051 、MAXIM 公司的看門狗自動(dòng)復(fù)位電路MAX813L及鍵盤矩陣組成。由于AT 89C2051的可用端口為16個(gè)，除復(fù)位端RES、看門狗信號(hào)輸出 端WDI、鍵碼數(shù)據(jù)輸出端TXD和時(shí)鐘輸出端CLK外，還剩12個(gè)可用端口，這樣，其最大可獨(dú)立響 應(yīng)6×6=36個(gè)鍵的輸入，可滿足工控機(jī)常用控制鍵的要求。 MAX813L為看門狗電路，它實(shí)時(shí)接收來自AT89C2051的WDI信號(hào)，并自動(dòng)判斷兩次 WDI信號(hào)的間隔時(shí)間。當(dāng)時(shí)間間隔小于1.6 s時(shí)，其RST輸出端保持低電平；當(dāng)時(shí)間間隔大于1.6 s時(shí)，其RST輸出端輸出高電平，AT89C2051被復(fù)位。AT89C2051 具有如下特點(diǎn)：
◇ 具有2K字節(jié)可編程閃存；
◇ 128×8bit 內(nèi)部RAM；
◇ 15根可編程I/O線；
◇ 2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；
◇ 6個(gè)中斷源；
◇ 可編程串行UART。

3 軟件設(shè)計(jì)
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定時(shí)中斷子程序用 于定時(shí)檢測(cè)有無鍵被按下、判斷哪個(gè)鍵被按下并確定對(duì)應(yīng)的鍵碼。定時(shí)器 1定時(shí)中斷子程序用于確定輸出鍵碼和時(shí)鐘信號(hào)的波特率，并定時(shí)輸出看門狗 信號(hào)，用于防止軟件出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象。主程序根據(jù)有無鍵被按下標(biāo)志，確定是否輸出鍵碼和同步時(shí)鐘信 號(hào)。如有鍵被按下，則調(diào)入由定時(shí)中斷子程序所確定的鍵碼，輸出相應(yīng)的鍵碼并同時(shí)輸出同步時(shí)鐘信 號(hào)。主程序流程如圖3所示。

4 設(shè)計(jì)實(shí)例
下面為一設(shè)計(jì)實(shí)例，要求所設(shè)計(jì)的小鍵盤輸出F1、F2、 F3、F4、Page UP、Page Down、Esc、En ter 8個(gè)PC/AT PS/2鍵盤信號(hào)。8個(gè)按鍵的一端分別接P3.7、P1.0~P1.6端口，8個(gè)按鍵的另一端為公共 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;