摘要 在介绍PC/AT键码特征的基础上,介绍利用AT89C2051来实现PC/AT键盘的硬件和软件设计 方法。它具有结构简单、选择性强、便于实现等优点,特别适用于36个以下PC/AT键盘的 应用。

关键词 键盘 键码 微控制器

　　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。

图1  AT键码2C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。

表1

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。

图2  键盘硬件原理图

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。

图3  主程序流程图

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。

　　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
2  MAXIM公司. MAX813L Data Sheet
3  马忠梅. 单片机的C语言应用程序设计. 北京：北京航空航天大学出版社,1999