利用單片機(jī)改造鍵盤接口

1　引　言

80年代由國外引進(jìn)的這種數(shù)控車床，原控制面板是由一臺終端機(jī)，一個終端機(jī)專用鍵盤和一個用于控制車床的觸模鍵盤組成。經(jīng)過多年的使用，控制面板和專用鍵盤均出現(xiàn)了故障，該車床已停止使用。而該控制系統(tǒng)使用的終端機(jī)及其專用鍵盤又很特殊，國內(nèi)市場無此類型的產(chǎn)品可直接替換，如果要恢復(fù)系統(tǒng)的正常工作，必須研制替代產(chǎn)品。為此在對其控制系統(tǒng)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(zhuǎn)換接口板進(jìn)行全面改造，下面就新轉(zhuǎn)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，通過觸模鍵盤輸入到終端機(jī)的數(shù)據(jù)通過RS—232口發(fā)送到車床的控制主機(jī)，再由控制主機(jī)控制車床進(jìn)行工件的加工。由于觸模鍵盤是一種特殊的鍵盤，要求該鍵盤發(fā)送到終端機(jī)的數(shù)據(jù)為一組特殊代碼，以區(qū)別于終端機(jī)專用鍵盤所產(chǎn)生的代碼。觸模鍵盤只對車床的控制起作用，不能對終端機(jī)進(jìn)行有關(guān)的參數(shù)設(shè)置，因此必須用專用鍵盤對終端機(jī)進(jìn)行操作。專用鍵盤可以對終端機(jī)的操作方式、參數(shù)及復(fù)雜計算進(jìn)行設(shè)定。設(shè)備工作時兩個鍵盤可以同時操作，它們采用了如圖 1所示的連接方法。

3　新轉(zhuǎn)換接口板的設(shè)計原理

首先選擇了一種性能優(yōu)良、工作穩(wěn)定可靠的國產(chǎn)終端機(jī)（BG— 200中西文圖形顯示終端機(jī)）代替原來型號特殊的終端機(jī)。新終端機(jī)的鍵盤采用的是一種普通的PC／XT鍵盤，由于該終端機(jī)的鍵盤接口與原終端機(jī)接口完全不一樣，故原轉(zhuǎn)換接口板已無法使用，需要重新研制新的轉(zhuǎn)換接口板。在研制新接口的時候考慮到其使用場合的特殊性，需要接口板工作穩(wěn)定可靠，同時具有二次開發(fā)的可能性（如果需要還可更換其它類型的終端機(jī)，鍵盤接口也可能需要改變）。另外，設(shè)計時為使硬件線路盡量簡單，在鍵盤串行數(shù)據(jù)的處理上采用了軟件方式（這種方法也為二次開發(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，均要完成兩個鍵盤代碼的接收，并將接收到的代碼向終端機(jī)發(fā)送。PC／XT鍵盤連接的鍵盤接口的設(shè)計有別于傳統(tǒng)設(shè)計方法，設(shè)計時沒有采用以硬件方式實現(xiàn)鍵盤數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，而是采用軟硬件結(jié)合的方法實現(xiàn)鍵碼的接收與發(fā)送，從而可以使鍵盤接口電路簡化很多。觸模鍵盤采作了行／列掃描方式讀取鍵碼，并通過查表獲得對應(yīng)的兩字節(jié)代碼。在轉(zhuǎn)接板的處理器選擇時，根據(jù)所使用的具體場合，要求處理器既具有較強(qiáng)的位處理功能，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的串／并、并／串轉(zhuǎn)換，同時在構(gòu)造觸模鍵盤電路時線路應(yīng)盡可能的簡化，而且還要求其工作穩(wěn)定可靠。綜合以上各種因素，決定選擇 AT89C52單片機(jī)作為處理器。該處理器由于其自身具有512字節(jié)的RAM，8K的EPROM，4個I／O口，可處理2個外部中斷源信號，具有能夠滿足設(shè)計所要求的各種功能，可以使硬件設(shè)計線路大大簡化，因此AT89C52單片機(jī)應(yīng)用在該場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　觸模鍵盤的掃描原理

如圖3所示。采用74LS159和74LS150芯片結(jié)合單片機(jī)的P2口和P33引腳，完成對觸模鍵盤的掃描和鍵碼的讀取工作，再通過軟件進(jìn)行代碼變換，形成雙碼。單片機(jī)的P33引腳用于檢查鍵盤的狀態(tài)（當(dāng)該線狀態(tài)為低電平時表示無鍵被按下，為高電平時表示有鍵被按下）。具體的掃描原理是由軟件通過單片機(jī)P2口的低4位輸出一個十六進(jìn)制代碼，通過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P2口上的高4位輸出一個十六進(jìn)制的列掃描碼，通過74LS150十六選一電路讀出對應(yīng)列線的狀態(tài)。當(dāng)74LS150的Q信號有效時說明行列交點上的鍵被按下，在AT89C52芯片中形成被按下鍵的鍵碼，并由此通過查表形成特殊的雙碼后送入接收緩存，由發(fā)送程序?qū)⒔邮站彺嬷械拇a發(fā)送給終端機(jī)。對應(yīng)的軟件程序流程如圖4所示。

3．2　與PC／XT鍵盤連接的轉(zhuǎn)換接口完成的工作

PC／XT鍵盤代碼的接收是通過觸發(fā)AT89C52單片機(jī)的外部中斷，由中斷處理程序完成一次對鍵盤輸入代碼的接收。PC／XT鍵盤的數(shù)據(jù)接收采用了軟件與硬件相結(jié)合的處理方法，其原理如圖5所示。

當(dāng)PC／XT鍵盤的某個鍵被按下時，鍵盤的時鐘線產(chǎn)生鍵盤時鐘信號CLK，在CLK的第一個下降沿時使 AT89C52的外部中斷源INTO有效觸發(fā)外部中斷，AT89C52響應(yīng)中斷后，進(jìn)入中斷處理程序，轉(zhuǎn)換接口板開始接收鍵盤數(shù)據(jù)。PC／XT鍵盤數(shù)據(jù)由 9位二進(jìn)制數(shù)組成，在每個CLK下降沿時讀取DATA線上的數(shù)值，并對讀到的數(shù)值依次進(jìn)行左移操作。當(dāng)連續(xù)讀取了9位數(shù)據(jù)后，第9位移入進(jìn)位位（最先得到的是起始位），若為“1”則說明本次接收合法，將所接收的一個字節(jié)數(shù)據(jù)送入接收緩存單元；若為“0”信號，則說明本次數(shù)據(jù)接收非法，放棄本次操作。產(chǎn)生外部中斷時執(zhí)行的中斷處理程序流程如圖6所示。

3．3　與終端機(jī)相連的接口完成的工作

兩個鍵盤向終端機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)都是通過與終端機(jī)相連的接口實現(xiàn)的，該接口的工作流程實際上就是采用了PC／XT鍵盤數(shù)據(jù)輸出的方式，由軟件對待發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行并→串轉(zhuǎn)換，在時鐘信號的同步下，將數(shù)據(jù)向終端機(jī)輸出，其軟件流程如圖7所示。

3．4　主控程序流程　參見圖8。

4　結(jié)束語

該接口板的重新設(shè)計，在充分利用了單片機(jī)資源的情況下，依靠軟硬件結(jié)合的方法實現(xiàn)了鍵盤接口的設(shè)計，以及觸模鍵盤的設(shè)計，使線路的集成度有了很大提高，減化了轉(zhuǎn)換接口板的硬件線路，提高了線路的工作穩(wěn)定性。同時為鍵盤接口的升級提供了基本的硬件環(huán)境。該設(shè)計已被應(yīng)用到實際中，其操作方法同原來完全相同，控制效果也完全相同，達(dá)到了設(shè)計要求，運(yùn)行結(jié)果良好，獲得了較好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。該技術(shù)也可應(yīng)用于對類似數(shù)控車床控制面板的改造或使用雙鍵盤的控制面板設(shè)計，具有一定的推廣應(yīng)用價值。

參考文獻(xiàn)
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