擴(kuò)展鍵盤(pán)電路及其編程

1. 擴(kuò)展鍵盤(pán)電路

AT89C2051是美國(guó)ATMEL公司采用CMOS工藝生產(chǎn)的20腳八位單片機(jī)。它帶有2k字節(jié)flash ROM和128字節(jié)的片內(nèi)RAM，15根I/O線，2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，5個(gè)兩級(jí)中斷源，一個(gè)全雙工串行口。另外還帶有精確的模擬比較器、片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。其指令集和輸出管腳與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS－51系列器件兼容，是當(dāng)前性/價(jià)比較高的一種八位單片機(jī)。

雖然采用8279/8155 等芯片擴(kuò)展鍵盤(pán)較為方便，但在某些場(chǎng)合，特別是電路要求較為緊湊、印刷電路板較小的情況下，AT89C2051擴(kuò)展鍵盤(pán)較為合適。其優(yōu)點(diǎn)是體積小、成本低，同時(shí)在合理安排15根I/O口線的情況下，可以獲得與8279/8155相同數(shù)量甚至更高的鍵盤(pán)數(shù)。其難點(diǎn)在于，在軟件中必須妥善解決鍵盤(pán)掃描、去抖動(dòng)、雙鍵同時(shí)按下、與上位機(jī)通訊等問(wèn)題。

圖1所示為采用AT89C2051構(gòu)成的鍵盤(pán)擴(kuò)展電路。AT89C2051的串行口作為上位機(jī)的通訊口，以減輕多機(jī)通訊時(shí)上位機(jī)的串行負(fù)擔(dān)，P1.0口線向上位機(jī)申請(qǐng)中斷。為提高電路工作的可靠性，可以采用MAX705/706、MAX813L等看門(mén)狗電路，負(fù)責(zé)對(duì)CPU進(jìn)行監(jiān)視。本文采用MAX706復(fù)位/看門(mén)狗電路，并采用P3.7口線對(duì)其定時(shí)刷新，即“喂狗”。采用74LS138擴(kuò)展行掃線，使用 P1.1、P1.2、P1.3對(duì)其進(jìn)行控制，使行掃線依次改變狀態(tài)。采用這種方法，行掃線最多為八根。由于本文鍵盤(pán)僅為20鍵，因此采用P1.4、 P1.5、P1.6、P1.7作為列掃線已經(jīng)足夠。對(duì)于所需鍵盤(pán)數(shù)更多的情況，可以補(bǔ)充P3.5、P3.4、P3.3、P3.2等口線作為列掃線。在此情況下，可以擴(kuò)展的鍵盤(pán)數(shù)為64鍵。如不存在多機(jī)通訊的要求，可以繼續(xù)補(bǔ)充P1.0口線作為列掃線。在此情況下，可擴(kuò)展的鍵盤(pán)數(shù)為72個(gè)。如以P1.0擴(kuò)展行掃線，采用兩片74LS138或其它4－16譯碼器，則可擴(kuò)展的鍵盤(pán)數(shù)最多可達(dá)128個(gè)。本電路中采用AT89C52作為上位機(jī)。

2. 軟件結(jié)構(gòu)

2.1 軟件去抖動(dòng)處理

按鍵的觸點(diǎn)在閉合和斷開(kāi)時(shí)均會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，這時(shí)觸點(diǎn)的邏輯電平是不穩(wěn)定的，如不妥善處理，將會(huì)引起按鍵命令的錯(cuò)誤執(zhí)行或重復(fù)執(zhí)行。本文采用軟件延時(shí)的方法來(lái)避開(kāi)抖動(dòng)階段，在延時(shí)開(kāi)始和結(jié)束時(shí)讀取列掃線狀態(tài)，如果一致，則判斷有鍵按下。延時(shí)時(shí)間為10ms。

2.2 按鍵連擊的處理

連擊是指操作者按下某一鍵但沒(méi)有釋放該鍵，則該鍵對(duì)應(yīng)的功能將反復(fù)被執(zhí)行，好象操作者在連續(xù)操作該鍵一樣。由于單片機(jī)的速度較快，這種情況很容易發(fā)生。連擊在很多情況下是不允許的，它使操作者很難準(zhǔn)確地進(jìn)行操作。

解決連擊的關(guān)鍵是一次按鍵只讓它響應(yīng)一次，該鍵不釋放就不執(zhí)行第二次。

2.3 鍵盤(pán)掃描

本文采用的鍵盤(pán)為20鍵的小鍵盤(pán)，其掃描碼較為簡(jiǎn)單，可參見(jiàn)圖1，在此不作專(zhuān)門(mén)介紹。

2.4 與上位機(jī)通訊本文提出的方法是采用串行口進(jìn)行通訊的。采用定時(shí)/計(jì)數(shù)器1為波特率發(fā)生器，具體數(shù)值為1200bps。AT89C2051采用串行中斷方式與上位機(jī)進(jìn)行通訊；而上位機(jī)的鍵盤(pán)響應(yīng)與處理則安排在外中斷1服務(wù)程序中。上位機(jī)在INT1中斷服務(wù)程序中首先應(yīng)向鍵盤(pán)發(fā)送相應(yīng)的地址，然后再進(jìn)入接收狀態(tài)。在上位機(jī)的中斷服務(wù)程序中，還可以設(shè)置接收鍵值的時(shí)間范圍，超時(shí)則認(rèn)為此鍵值作廢。

2.5 MAX706的復(fù)位

AT89C2051對(duì)MAX706的復(fù)位安排在定時(shí)/計(jì)數(shù)器0的中斷服務(wù)程序中。而上位機(jī)對(duì)MAX706等監(jiān)控電路的復(fù)位可以自由安排，但必須在1.6s之內(nèi)完成。

3. 軟件程序清單

軟件的流程框圖如圖2所示。具體的程序清單如下：
THIS_051　 EQU　＃0AAH
NO_KEY 　 EQU　 ＃0F0H
　　 ORG 0000H
　　　AJMP MAIN
　　　ORG 000BH
　　　AJMP INT_T0
　　　ORG 0023H
　　　AJMP INT_SERIES
　　　ORG 0030H
MAIN:
　　　MOV SP,＃40H
　　　SETB P1.0
　　　SETB P1.1
　　　SETB P1.2
　　　SETB P1.3
CLR P3.7
　　　　MOV TMOD,＃21H
　　　　MOV TL1,＃0E6H
　　　　MOV TH1,＃0E6H
　　　　MOV TL0,＃00H
　　　　MOV TH0,＃80H
　　　　CLR ET1
　　　 SETB TR1
　　　 SETB ET0
　　　 SETB TR0
　　　　MOV PCON,＃80H
　　　　MOV SCON,＃0D0H
　　　　SETB ES
　　　　SETB EA
　　READKEY:
　　　　CLR P1.1
　　　　CLR P1.2
　　　　CLR P1.3
　　　　MOV R1,＃00H
　　　　LCALL DELAY10US
　　　　MOV A,P1
　　　　ANL A,＃0F0H
　　　　CJNE A,NO_KEY,DEL_SHAKER1
　　　　SJMP TEST_LINE2
　　DEL_SHAKER1:
　　　　LCALL DELAY10MS
　　　　MOV A,P1
　　　　ANL A,＃0F0H
　　　　CJNE A,NO_KEY,KEY_VALUE
　　TEST桳INE2:
　　　　SETB P1.1
　　　　MOV R1,＃01H
　　　　LCALL DELAY10US
　　　　MOV A,P1
　　　　ANL A,＃0F0H
　　　　CJNE A,NO_KEY,DEL_SHAKER2
　　　　SJMP TEST_LINE3
　　DEL_SHAKER2:
　　　　LCALL DELAY10MS
　　　　MOV A,P1
　　　　ANL A,＃0F0H
　　　　CJNE A,NO_KEY,KEY_CALUE
　　TEST_LINE3:
　　　　SETB P1.2
　　　　CLR P1.1
　　　 MOV R1,＃02H　　LCALL DELAY10US
　　　　MOV A,P1
　　　　ANL A,＃0F0H
　　　　CJNE A,NO_KEY,DEL_SHAKER3
　　　　SJMP TEST_LINE4
　　DEL_SHAKER3:
　　　　LCALL DELAY10MS
　　　　MOV A,P1
　　　　ANL A，＃0F0H
　　　　CJNE A,NO_KEY,KEY_VALUE
　　TEST_LINE4:
　　　　SETB P1.1
　　　　MOV R1,＃03H
　　　　LCALL DELAY10US
　　　　MOV A,P1
　　　　ANL A,＃0F0H
　　　　CJNE A,NO_KEY,DEL_SHAKER4
　　　　SJMP TEST_LINE5
　　DEL_SHAKER4:
　　　　LCALL DELAY10MS
　　　　MOV A,P1
　　　　ANL A,＃0F0H
　　　　CJNE A,NO_KEY,KEY_VALUE
　　TEST_LINE5:
　　　　SETB P1.3
　　　　CLR P1.1
　　　　CLR P1.2
　　　　MOV R1,＃04H
　　　　LCALL DELAY10US
　　　　MOV A,P1
　　　　ANL A,＃0F0H
　　　　CJNE A,NO_KEY,DEL_SHAKER5
　　　　SJMP RET_READKEY
　　DEL_SHAKER5:
　　　　LCALL DELAY10MS
　　　　MOV A,P1
　　　　ANL A,＃0F0H
　　　　CJNE A,NO_KEY,KEY_VALUE
　　RET_READKEY:
　　　　AJMP READKEY
　　KEY_VALUE:
　　　　JNB ACC.7，F(xiàn)IRST_LINE
　　　　JNB ACC.6，SECOND_LINE
　　　　JNB ACC.5,THIRD_LINE
　　　　JNB ACC.4，F(xiàn)OUTH_LINE
　　　　AJMP READKEY
　　FIRST_LINE:
　　　　MOV R0,＃03H
　　　　SJMP SEND_KEY
　　SECOND_LINE:
　　　　MOV R0,＃02H
　　　　SJMP SEND_KEY
　　THIRD_LINE:
　　　　MOV R0,＃01H
　　　　SJMP SEND－KEY
　　FOUTH_LINE:
　　　　MOV R0,＃00H
　　SEND_KEY:
　　　　MOV A,R0
　　　　MOV B,＃05H
　　　　MUL AB
　　　　ADD A,R1
　　　　MOV DPTR,＃KBTAB
　　　　MOVC A,@A＋DPTR
　　　　MOV R3,A
　　　　CLR P1.0
　　　　LCALL DELAY10US
　　　　SETB P1.0 KEY_LOOP:
　　　　LCALL DELAY10US
   　　MOV A,P1
　　　　ANL A,＃0F0H
　　　　CJNE A,NO_KEY,KEY_LOOP
　　　　SETB P1.1
　　　　SETB P1.2
　　　　SETB P1.3
　　　　AJMP READKEY
　　INT桾0:
　　　　MOV TL0,＃00H
　　　　MOV TH0,＃80H
　　　　CPL P3.7
　　　　RETI
　　INT_SERIES:
　　　　PUSH ACC
　　　　JNB RI,TRANSMISSION
　　　　CLR RI
　　　　MOV A,SBUF
　　　　CJNE A,THIS?051,RETURN
　　　　MOV A,R3
　　　　MOV SBUF,A
　　　　SJMP RETURN
TRANSMISSION:
　　　　CLR TI
　　RETURN:
　　　　POP ACC
　　　　RETI
　　DELAY10MS:
　　　　MOV R6,＃10
　　DELAY1：MOV R5,＃250
　　DELAY2:DJNZ R5,DELAY2
　　　　DJNZ R6,DELAY1
　　　　RET
　　DELAY1MS:
　　　　MOV R5,＃250
　　DELAY4:DJNZ R5,DELAY4
　　　　RET
　　DELAY10US:
　　　　MOV R5,＃05H
　　DELAY3:DJNZ R5,DELAY3
　　　　RET
　　KBTAB:DB′TG369CF258DP147SH0IR′