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(xiàn)，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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)對(duì)其定時(shí)刷新，即“喂狗”。采用74LS138擴(kuò)展行掃線(xiàn)，使用 P1.1、P1.2、P1.3對(duì)其進(jìn)行控制，使行掃線(xiàn)依次改變狀態(tài)。采用這種方法，行掃線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)作為列掃線(xiàn)。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(xiàn)作為列掃線(xiàn)。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(xiàn)，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(xiàn)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。