基于HID協(xié)議的工控自定義鍵盤接口設計

圖中J1為USB接口直接與STM32處理器PA11、PA12相連，J3、J4為鍵盤掃描接口，共引出16個IO，最多可掃描8*8矩陣鍵盤即64個按鍵。其余電路為處理器最小系統(tǒng)電路。

4 軟件設計

ST公司給我們提供了詳盡的The USB—FS—Device library固件庫，固件庫程序結構清晰，主要分為底層和上層兩個部分。

1)底層結構包括5個文件：usb_core.c(USB總線數(shù)據(jù)處理的核心文件)，usb_init.c，usb_int.c(用于端點數(shù)據(jù)輸入輸入中斷處理)，usb_mem.c(用于緩沖區(qū)操作)，usb_regs.c(用于寄存器操作)。

2)上層結構總共5個文件：hw_config.c(用于USB硬件配置)、usb_pwr.c(用于USB連接、斷開操作)、usb_istr.c(直接處理USB中斷)、usb_prop.c(用于上層協(xié)議處理，比如HID協(xié)議，大容量存儲設備協(xié)議)、usb_desc.c(具體設備的相關描述符定義和處理)。

基于STM32 USB固件庫的主程序設計流程如圖3所示。

設備初始化所做的工作主要有：初始化時鐘系統(tǒng)、GPIO及相關設備;配置USB所用到的中斷;配置和使能USB時鐘;初始化全局指針。

進入主程序大循環(huán)后，掃描按鍵改動，按鍵有變動，通過SendReport()函數(shù)將按鍵狀態(tài)發(fā)送到USB主機。實際上這里只是將數(shù)據(jù)寫入IN端點緩沖區(qū)，主機的IN令牌包來的時候，SIE負責把它返回給主機。

5 系統(tǒng)測試與應用

軟件設計完成后，將程序下載到STM32處理器中，連接計算機USB給處理器上電，在完成設備初始化后，打開計算機設備管理器可以看到鍵盤設備中新增一項HID Keyboard Device(如圖4)，這時鍵盤設備已經(jīng)作為標準HID設備被計算機識別了。

接下來要進行的工作要根據(jù)鍵盤定制要求，查閱HID用途表文檔，確定工控鍵盤上行列值對應的按鍵代碼，修改函數(shù)SendReport()，完成鍵盤定制程序設計。函數(shù)SendReport()返回8字節(jié)報告暫存在數(shù)組Buf[8]中。通過報告描述符的定義及HID用途表文檔，可知Buf[0]的D0是左Ctrl鍵，D1是左Shift鍵，D2是左Alt鍵，D3是左GUI(即Window鍵)，D4是右Ctrl，D5是右Shift，D6是右Alt，D7是右GUI鍵。Buf[1]保留，值為0。Buf[2]-Buf[7]為鍵值，最多可以有6個。

6 結論

在工業(yè)控制應用領域，工控鍵盤定制屢見不鮮。本文通過對USB HID設備的研究，提出自定義USB工控鍵盤設計，電路簡單，成本低廉，無需驅動自動識別，具有很高的實用價值和廣闊的應用前景。