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小型一體化加固機(jī)專用鍵盤的設(shè)計(jì)原理與注意事項(xiàng)

電子設(shè)計(jì) ? 作者:電子設(shè)計(jì) ? 2018-11-05 09:30 ? 次閱讀
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引 言

AT89C51是一種帶4K字節(jié)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(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造,與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)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(shè)備中,微機(jī)作為控制中樞,對多個功能單元進(jìn)行控制與管理,以實(shí)現(xiàn)儀器設(shè)備的系統(tǒng)功能。鍵盤是人機(jī)通信的基本設(shè)備,操作者通過它完成對設(shè)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(jù)儀器外形進(jìn)行一體化優(yōu)化設(shè)計(jì),使產(chǎn)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(tǒng),而且可以用于軍工加固計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。軍工產(chǎn)品中的微機(jī)多為加固PC類計(jì)算機(jī),其采用PC機(jī)通用鍵盤。本文以PC機(jī)通用鍵盤為例,闡述研制小型一體化專用鍵盤的方法。

1 設(shè)計(jì)原理

PC機(jī)通用鍵盤通過“PS/2”5芯電纜與主機(jī)相連。該5芯電纜是鍵盤與主機(jī)之間信息與數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂剑x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(jī)內(nèi)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(jī)控制系統(tǒng)和軟件編程的方法,可以準(zhǔn)確模擬按鍵波形,使小型專用鍵盤的按鍵波形與PC機(jī)通用鍵盤對應(yīng)按鍵波形一致。當(dāng)操作者按下某鍵時,單片機(jī)控制系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)的CLOCK波形與按鍵波形送給主機(jī),實(shí)現(xiàn)按鍵功能。這樣就完成了小型專用鍵盤的設(shè)計(jì)。

2 硬件電路及軟件

2.1 單片機(jī)控制電路

采用單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)小型專用鍵盤的硬件電路,如圖1所示,設(shè)計(jì)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(tǒng)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(yīng)的按鍵模擬波形,從而實(shí)現(xiàn)按鍵功能。

小型一體化加固機(jī)專用鍵盤的設(shè)計(jì)原理與注意事項(xiàng)

2.2 舉 例

下面以按鍵“8”為例,說明如何從PC機(jī)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(jī)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。

小型一體化加固機(jī)專用鍵盤的設(shè)計(jì)原理與注意事項(xiàng)

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(jī)軟件編程模擬圖2所示波形。用同樣的方法,可以設(shè)計(jì)出小型專用鍵盤上其他按鍵。

3 設(shè)計(jì)中要注意的問題

3.1 準(zhǔn)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(jī)控制電路采用12 MHz晶振,則一個機(jī)器周期為1μs,時間常數(shù)X的計(jì)算公式為:

(循環(huán)體字節(jié)數(shù))×機(jī)器周期×?xí)r間常數(shù)X=延時時間

在上式中,循環(huán)體字節(jié)數(shù)、機(jī)器周期、延時時間都已知,則時間常數(shù)x易求得。例如,延時1 ms程序如下:

小型一體化加固機(jī)專用鍵盤的設(shè)計(jì)原理與注意事項(xiàng)

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(zhí)行該段程序,能實(shí)現(xiàn)1 ms精確延時。

3.2按鍵的抖動問題

凡有按鍵操作的系統(tǒng),在設(shè)計(jì)中一般都要考慮按鍵的去抖。由于按鍵的機(jī)械觸點(diǎn)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(guān)的機(jī)械特性有關(guān),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(tǒng)的影響。

3.3 同行多個按鍵同時有效的問題

當(dāng)有按鍵操作,按下某一鍵時,可能出現(xiàn)該鍵同一行線上的其他多個按鍵同時有效的現(xiàn)象。采用屏蔽非當(dāng)前列線的方法可解決這一問題:當(dāng)檢測有無鍵按下時,須對列線和行線依次掃描,當(dāng)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(dāng)前列線,從而準(zhǔn)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(jī)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(nèi)時鐘CLOCK保持低電平,導(dǎo)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(shí)現(xiàn)按鍵功能。

小型一體化加固機(jī)專用鍵盤的設(shè)計(jì)原理與注意事項(xiàng)

4 結(jié) 語

采用本文介紹的設(shè)計(jì)方法制作的小型一體化加固機(jī)專用鍵盤,已應(yīng)用到產(chǎn)品中,其功能穩(wěn)定可靠,取得了良好效果。實(shí)際工作中,可根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和需要,應(yīng)用該設(shè)計(jì)方法研制小型一體化專用鍵盤,具有推廣意義。

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