利用單片機改造鍵盤(pán)接口

1　引　言

80年代由國外引進(jìn)的這種數控車(chē)床，原控制面板是由一臺終端機，一個(gè)終端機專(zhuān)用鍵盤(pán)和一個(gè)用于控制車(chē)床的觸模鍵盤(pán)組成。經(jīng)過(guò)多年的使用，控制面板和專(zhuān)用鍵盤(pán)均出現了故障，該車(chē)床已停止使用。而該控制系統使用的終端機及其專(zhuān)用鍵盤(pán)又很特殊，國內市場(chǎng)無(wú)此類(lèi)型的產(chǎn)品可直接替換，如果要恢復系統的正常工作，必須研制替代產(chǎn)品。為此在對其控制系統電路的工作原理進(jìn)行充分分析后，決定對其控制面板上的轉換接口板進(jìn)行全面改造，下面就新轉換接口板中的硬件和軟件進(jìn)行介紹。

2　原控制面板的基本工作原理

在正常情況下，通過(guò)觸模鍵盤(pán)輸入到終端機的數據通過(guò)RS—232口發(fā)送到車(chē)床的控制主機，再由控制主機控制車(chē)床進(jìn)行工件的加工。由于觸模鍵盤(pán)是一種特殊的鍵盤(pán)，要求該鍵盤(pán)發(fā)送到終端機的數據為一組特殊代碼，以區別于終端機專(zhuān)用鍵盤(pán)所產(chǎn)生的代碼。觸模鍵盤(pán)只對車(chē)床的控制起作用，不能對終端機進(jìn)行有關(guān)的參數設置，因此必須用專(zhuān)用鍵盤(pán)對終端機進(jìn)行操作。專(zhuān)用鍵盤(pán)可以對終端機的操作方式、參數及復雜計算進(jìn)行設定。設備工作時(shí)兩個(gè)鍵盤(pán)可以同時(shí)操作，它們采用了如圖 1所示的連接方法。

3　新轉換接口板的設計原理

首先選擇了一種性能優(yōu)良、工作穩定可靠的國產(chǎn)終端機（BG— 200中西文圖形顯示終端機）代替原來(lái)型號特殊的終端機。新終端機的鍵盤(pán)采用的是一種普通的PC／XT鍵盤(pán)，由于該終端機的鍵盤(pán)接口與原終端機接口完全不一樣，故原轉換接口板已無(wú)法使用，需要重新研制新的轉換接口板。在研制新接口的時(shí)候考慮到其使用場(chǎng)合的特殊性，需要接口板工作穩定可靠，同時(shí)具有二次開(kāi)發(fā)的可能性（如果需要還可更換其它類(lèi)型的終端機，鍵盤(pán)接口也可能需要改變）。另外，設計時(shí)為使硬件線(xiàn)路盡量簡(jiǎn)單，在鍵盤(pán)串行數據的處理上采用了軟件方式（這種方法也為二次開(kāi)發(fā)提供了可能性）。其硬件電路工作原理如圖2所示。

從圖2中可以看出，新板與原板完成的功能是相同的，均要完成兩個(gè)鍵盤(pán)代碼的接收，并將接收到的代碼向終端機發(fā)送。PC／XT鍵盤(pán)連接的鍵盤(pán)接口的設計有別于傳統設計方法，設計時(shí)沒(méi)有采用以硬件方式實(shí)現鍵盤(pán)數據的接收和發(fā)送，而是采用軟硬件結合的方法實(shí)現鍵碼的接收與發(fā)送，從而可以使鍵盤(pán)接口電路簡(jiǎn)化很多。觸模鍵盤(pán)采作了行／列掃描方式讀取鍵碼，并通過(guò)查表獲得對應的兩字節代碼。在轉接板的處理器選擇時(shí)，根據所使用的具體場(chǎng)合，要求處理器既具有較強的位處理功能，以實(shí)現數據的串／并、并／串轉換，同時(shí)在構造觸模鍵盤(pán)電路時(shí)線(xiàn)路應盡可能的簡(jiǎn)化，而且還要求其工作穩定可靠。綜合以上各種因素，決定選擇 AT89C52單片機作為處理器。該處理器由于其自身具有512字節的RAM，8K的EPROM，4個(gè)I／O口，可處理2個(gè)外部中斷源信號，具有能夠滿(mǎn)足設計所要求的各種功能，可以使硬件設計線(xiàn)路大大簡(jiǎn)化，因此AT89C52單片機應用在該場(chǎng)合是一種比較理想的器件。下面就各部分電路及相關(guān)軟件進(jìn)行介紹。

3．1　觸模鍵盤(pán)的掃描原理

如圖3所示。采用74LS159和74LS150芯片結合單片機的P2口和P33引腳，完成對觸模鍵盤(pán)的掃描和鍵碼的讀取工作，再通過(guò)軟件進(jìn)行代碼變換，形成雙碼。單片機的P33引腳用于檢查鍵盤(pán)的狀態(tài)（當該線(xiàn)狀態(tài)為低電平時(shí)表示無(wú)鍵被按下，為高電平時(shí)表示有鍵被按下）。具體的掃描原理是由軟件通過(guò)單片機P2口的低4位輸出一個(gè)十六進(jìn)制代碼，通過(guò)74LS159十六選一譯碼電路產(chǎn)生一為低電平的行掃描信號。然后再通過(guò)P2口上的高4位輸出一個(gè)十六進(jìn)制的列掃描碼，通過(guò)74LS150十六選一電路讀出對應列線(xiàn)的狀態(tài)。當74LS150的Q信號有效時(shí)說(shuō)明行列交點(diǎn)上的鍵被按下，在A(yíng)T89C52芯片中形成被按下鍵的鍵碼，并由此通過(guò)查表形成特殊的雙碼后送入接收緩存，由發(fā)送程序將接收緩存中的代碼發(fā)送給終端機。對應的軟件程序流程如圖4所示。

3．2　與PC／XT鍵盤(pán)連接的轉換接口完成的工作

PC／XT鍵盤(pán)代碼的接收是通過(guò)觸發(fā)AT89C52單片機的外部中斷，由中斷處理程序完成一次對鍵盤(pán)輸入代碼的接收。PC／XT鍵盤(pán)的數據接收采用了軟件與硬件相結合的處理方法，其原理如圖5所示。

當PC／XT鍵盤(pán)的某個(gè)鍵被按下時(shí)，鍵盤(pán)的時(shí)鐘線(xiàn)產(chǎn)生鍵盤(pán)時(shí)鐘信號CLK，在CLK的第一個(gè)下降沿時(shí)使 AT89C52的外部中斷源INTO有效觸發(fā)外部中斷，AT89C52響應中斷后，進(jìn)入中斷處理程序，轉換接口板開(kāi)始接收鍵盤(pán)數據。PC／XT鍵盤(pán)數據由 9位二進(jìn)制數組成，在每個(gè)CLK下降沿時(shí)讀取DATA線(xiàn)上的數值，并對讀到的數值依次進(jìn)行左移操作。當連續讀取了9位數據后，第9位移入進(jìn)位位（最先得到的是起始位），若為“1”則說(shuō)明本次接收合法，將所接收的一個(gè)字節數據送入接收緩存單元；若為“0”信號，則說(shuō)明本次數據接收非法，放棄本次操作。產(chǎn)生外部中斷時(shí)執行的中斷處理程序流程如圖6所示。

3．3　與終端機相連的接口完成的工作

兩個(gè)鍵盤(pán)向終端機發(fā)送的數據都是通過(guò)與終端機相連的接口實(shí)現的，該接口的工作流程實(shí)際上就是采用了PC／XT鍵盤(pán)數據輸出的方式，由軟件對待發(fā)送數據進(jìn)行并→串轉換，在時(shí)鐘信號的同步下，將數據向終端機輸出，其軟件流程如圖7所示。

3．4　主控程序流程　參見(jiàn)圖8。

4　結束語(yǔ)

該接口板的重新設計，在充分利用了單片機資源的情況下，依靠軟硬件結合的方法實(shí)現了鍵盤(pán)接口的設計，以及觸模鍵盤(pán)的設計，使線(xiàn)路的集成度有了很大提高，減化了轉換接口板的硬件線(xiàn)路，提高了線(xiàn)路的工作穩定性。同時(shí)為鍵盤(pán)接口的升級提供了基本的硬件環(huán)境。該設計已被應用到實(shí)際中，其操作方法同原來(lái)完全相同，控制效果也完全相同，達到了設計要求，運行結果良好，獲得了較好的社會(huì )效益和經(jīng)濟效益。該技術(shù)也可應用于對類(lèi)似數控車(chē)床控制面板的改造或使用雙鍵盤(pán)的控制面板設計，具有一定的推廣應用價(jià)值。

參考文獻
1　何立民．單片機應用系統設計．北京：航空航天大學(xué)出版社，1998
2　陳建鐸．8098單片機原理及應用技術(shù)．北京：電子工業(yè)出版社，1995
3　張寶林．數控技術(shù)．北京：機械工業(yè)出版社，1997