用AT89C2051設計的PC/AT鍵盤

在工業控制、測量儀器等領域，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，還提供了功能強大的各種標準接口，如：平板 /VGA顯示器控制接口、光驅接口、以太網接口、RS-232/422/485 接口、PC/AT鍵盤接口等 。這就為新產品開發的標準化、模塊化提供了方便，可大大縮小研發周期，降 低研制成本，快速進入市場。由于嵌入式PC具有標準PC/AT 鍵盤接口，也就是說，可以用標準的PC/AT鍵盤來對嵌入式 PC進行操作與控制。但是，在很多實際應用中，由于一般只用到某幾個固定的鍵，并希望鍵盤 具有體積小巧、便于布放等特點，為此，希望能夠設計一種小巧、靈活的 PC/AT鍵盤，來滿足各種需求。本文介紹一種由AT89C2051設計實現的 PC/AT鍵盤。

1 PC/AT鍵盤的特點

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，就為系統板產生鍵代碼，將鍵代碼以串行格式 傳遞到系統板，同時產生將鍵代碼轉換為供系統板使用的并行數據所需的時鐘信號。 AT鍵盤使用接通鍵碼，其值在00~7F之間，以串行數據格式傳遞 到系統板；每發送一個鍵碼包含11個數據位，即1個起始位、 8個數據位（低位在前，高位在后）、1個奇偶校驗位、1個停止位。在鍵碼傳送的同時， 微控制器還傳送1個鍵碼時鐘同步信號，用于同步鍵碼數據的接收。鍵碼中每個數據位的傳送發生在 鍵盤時鐘的下降沿，時鐘的波特率為16 Kb/s。圖1為接通鍵碼是2C，即按下t鍵時，鍵碼的傳送格式。

對于PC/AT鍵盤，如果按下鍵0.5 s之前放開該鍵，則鍵盤電路產生一個斷開鍵碼，將這個鍵碼也 以串行數據的格式傳送出去。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，則鍵盤電路產生一個接通鍵代碼（與接通鍵碼 相同），并以每秒6個鍵碼的速率（每166.7 ms一個鍵碼）進行傳送，此過程直到鍵盤電路檢測到斷開代碼為止。常用鍵的鍵碼如表 1所列。

2 硬件設計

鍵盤電路如圖2所示，由ATMEL公司的微控制器AT89C2051 、MAXIM 公司的看門狗自動復位電路MAX813L及鍵盤矩陣組成。由于AT 89C2051的可用端口為16個，除復位端RES、看門狗信號輸出 端WDI、鍵碼數據輸出端TXD和時鐘輸出端CLK外，還剩12個可用端口，這樣，其最大可獨立響 應6×6=36個鍵的輸入，可滿足工控機常用控制鍵的要求。 MAX813L為看門狗電路，它實時接收來自AT89C2051的WDI信號，并自動判斷兩次 WDI信號的間隔時間。當時間間隔小于1.6 s時，其RST輸出端保持低電平；當時間間隔大于1.6 s時，其RST輸出端輸出高電平，AT89C2051被復位。AT89C2051 具有如下特點：

◇ 具有2K字節可編程閃存；
◇ 128×8bit 內部RAM；
◇ 15根可編程I/O線；
◇ 2個16位定時/計數器；
◇ 6個中斷源；
◇ 可編程串行UART。

3 軟件設計

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定時中斷子程序用于定時檢測有無鍵被按下、判斷哪個鍵被按下并確定對應的鍵碼。定時器 1定時中斷子程序用于確定輸出鍵碼和時鐘信號的波特率，并定時輸出看門狗 信號，用于防止軟件出現死機現象。主程序根據有無鍵被按下標志，確定是否輸出鍵碼和同步時鐘信號。如有鍵被按下，則調入由定時中斷子程序所確定的鍵碼，輸出相應的鍵碼并同時輸出同步時鐘信號。主程序流程如圖3所示。

4 設計實例

本文介紹的PC/AT鍵盤具有結構簡單、設計靈活性強、易于編程、體積小、成本低的特點，并可 根據用戶需要隨意設計和布放，對使用工控機的各種測試與控制儀器具有通用性。

參考文獻

1 ATMEL公司. AT89C2051 Data Sheet
2 MAXIM公司. MAX813L Data Sheet
3 馬忠梅. 單片機的C語言應用程序設計. 北京：北京航空航天大學出版社，1999