引 言

AT89C51是一種帶4K字節FLASH存儲器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案。

在一些自動化測量或智能設備中，微機作為控制中樞，對多個功能單元進行控制與管理，以實現儀器設備的系統功能。鍵盤是人機通信的基本設備，操作者通過它完成對設備的操控。因此需要研制小型一體化專用鍵盤。

采用小型一體化專用鍵盤不但可完成按鍵的功能，而且要求根據儀器外形進行一體化優化設計，使產品外型美觀、布局合理。小型一體化專用鍵盤不僅適用于一般的儀器控制系統，而且可以用于軍工加固計算機系統中。軍工產品中的微機多為加固PC類計算機，其采用PC機通用鍵盤。本文以PC機通用鍵盤為例，闡述研制小型一體化專用鍵盤的方法。

1 設計原理

PC機通用鍵盤通過“PS／2”5芯電纜與主機相連。該5芯電纜是鍵盤與主機之間信息與數據傳輸的路徑，定義如下：1端，RESET；2端，+5 V；3端，CLOCK；4端，地；5端，按鍵波形。其中1、2、4端的信號由主機內部確定；3端為時鐘信號CLOCK；5端為按鍵波形，此波形隨按下按鍵的不同而變化。

采用本文介紹的單片機控制系統和軟件編程的方法，可以準確模擬按鍵波形，使小型專用鍵盤的按鍵波形與PC機通用鍵盤對應按鍵波形一致。當操作者按下某鍵時，單片機控制系統產生相應的CLOCK波形與按鍵波形送給主機，實現按鍵功能。這樣就完成了小型專用鍵盤的設計。

2 硬件電路及軟件

2．1 單片機控制電路

采用單片機系統實現小型專用鍵盤的硬件電路，如圖1所示，設計完成的小型專用鍵盤的按鍵有18枚，排成6行×3列的矩陣。系統要判斷某一按鍵是否按下，可以利用軟件逐一查詢6行×3列矩陣中的按鍵，然后輸出相應的按鍵模擬波形，從而實現按鍵功能。

2．2 舉 例

下面以按鍵“8”為例，說明如何從PC機通用鍵盤中“取出”所需按鍵，并保持各按鍵功能，形成小型專用鍵盤。首先用示波器測出在PC機通用鍵盤上按下“8”鍵時，5芯鍵盤通信電纜的3端和5端的波形。按鍵“8”的波形測量波形如圖2所示。

示波器通道1指示信號電纜3端的CLOCK波形，通道2為電纜5端的按鍵“8”的波形。用單片機軟件編程模擬圖2所示波形。用同樣的方法，可以設計出小型專用鍵盤上其他按鍵。

3 設計中要注意的問題

3．1 準確地模擬按鍵波形

每一枚按鍵的波形包括電纜3端的CLOCK波形與電纜5端的按鍵波形。各按鍵的CLOCK波形相同，如圖2所示通道1的波形，由10個脈寬為40μs且間隔也為40μs的脈沖和1個脈寬為500 μs的脈沖形成CLOCK波形；而5端的按鍵波形則因按鍵的不同而各異。如果單片機控制電路采用12 MHz晶振，則一個機器周期為1μs，時間常數X的計算公式為：

（循環體字節數）×機器周期×時間常數X=延時時間

在上式中，循環體字節數、機器周期、延時時間都已知，則時間常數x易求得。例如，延時1 ms程序如下：

利用上面公式可得到：（1+1+2）×1×X一1 000 μs則X=250μs，將其帶入上面的程序段中，執行該段程序，能實現1 ms精確延時。

3.2按鍵的抖動問題

凡有按鍵操作的系統，在設計中一般都要考慮按鍵的去抖。由于按鍵的機械觸點有彈性作用，在閉合及斷開瞬間均有抖動過程，抖動的時間長短與開關的機械特性有關，一般為5～lO ms。為了保證按鍵的1次閉合僅作1次按鍵輸入處理，就必須消除按鍵抖動對系統的影響。

3.3 同行多個按鍵同時有效的問題

當有按鍵操作，按下某一鍵時，可能出現該鍵同一行線上的其他多個按鍵同時有效的現象。采用屏蔽非當前列線的方法可解決這一問題：當檢測有無鍵按下時，須對列線和行線依次掃描，當掃描至某一列線時，該列線置“O”，同時其他列線置“1”，這樣就屏蔽了非當前列線，從而準確地判斷出某鍵是否按下。

3.4 按鍵波形被吃掉的問題

有些按鍵的波形只有1段，如圖2所示“8”鍵的波形；而有些按鍵的波形有2段或2段以上，如圖3所示“十”上移鍵的波形。2段波形間隔1.6 μs，用單片機仿真按鍵波形時，可看到第1段波形形成后，其后3 ms的時間內時鐘CLOCK保持低電平，導致按鍵第2段波形被吃掉。這樣按鍵的第2段波形就不會被吃掉，從而保證了按鍵波形的完整，實現按鍵功能。

4 結 語

采用本文介紹的設計方法制作的小型一體化加固機專用鍵盤，已應用到產品中，其功能穩定可靠，取得了良好效果。實際工作中，可根據產品的結構特點和需要，應用該設計方法研制小型一體化專用鍵盤，具有推廣意義。