AT89C2051设计的PCAT键盘.doc

AT89C2051设计的PC/AT键盘摘 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007F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66=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； 1288bit 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、P1.0P1.6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)$LISTDECLARE WDI LITERALLY P3_0;DECLARE SW1 LITERALLY P3_7;DECLARE SW2 LITERALLY P1_0;DECLARE SW3 LITERALLY P1_1;DECLARE SW4 LITERALLY P1_2;DECLARE SW5 LITERALLY P1_3;DECLARE SW6 LITERALLY P1_4;DECLARE SW7 LITERALLY P1_5;DECLARE SW8 LITERALLY P1_6;DECLARE KEY$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 THENDO;DI=DN;DO WHILE DI0;DI=DI-1;END;IF SW1=0 THEN DK=1;KEY$CODE=5AH; /*Enter*/PARITY=0FFH;END;IF SW2=0 THENDO;DI=DN;DO WHILE DI0;DI=DI-1;END;IF SW2=0 THEN DO；DK=2;KEY$CODE=76H; /*Esc*/PARITY=00H;END;IF SW3=0 THENDO;DI=DN;DO WHILE DI0;DI=DI-1;END;IF SW3=0 THEN DK=3;KEY$CODE=75H; /*8/up*/PARITY=00H;END;IF SW4=0 THENDO;DI=DN;DO WHILE DI0;DI=DI-1;END;IF SW4=0 THEN DK=4;KEY$CODE=72H; /*2/down*/PARITY=0FFH;END;IF SW5=0 THENDO;DI=DN;DO WHILE DI0;DI=DI-1;END;IF SW5=0 THEN DK=5;KEY$CODE=06H; /*F2*/PARITY=0FFH;END;IF SW6=0 THENDO;DI=DN;DO WHILE DI0;DI=DI-1;END;IF SW6=0 THEN DK=6;KEY$CODE=04H; /*F3*/PARITY=00H;END;IF SW7=0 THENDO;DI=DN;DO WHILE DI0;DI=DI-1;END;IF SW7=0 THEN DK=7;KEY$CODE=0CH; /*F4*/PARITY=0FFH;END;IF SW8=0 THENDO;DI=DN;DO WHILE DI0;DI=DI-1;END;IF SW8=0 THEN DK=8;KEY$CODE=05H; /*F1*/PARITY=0FFH;END;WDI=0;DN=0;T1$RET: ENABLE;END;/*INTERRUPT OF TIMER 0*/TIMER0:PROCEDURE INTERRUPT 1 USING 2;DISABLE;WDI=1;IF NUMBER=0 THENDO;KEY$CLK=0;KEY$DATA=1；END;ELSEDO;KEY$CLK=1;DI=4;DO WHILE DI0;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 DI0;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$INT=0;IF NUMBER2 THEN GOTO WAIT2;SHIFT$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 DK2 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$INT=0DK=DK+1;IF DK2 THEN GOTO WAIT22;SHIFT$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 DK4 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