89C51的計算機可鎖定加密鍵盤開發(fā)

引 言

在智能儀器、自動控制等領域，已大量使用嵌入式PC，如Advantech公司的PC/104、AMD公司的DIMM-PC等。為適應開放式、模塊化的要求，嵌入式PC具有標準的PC接口，如VGA顯示器控制接口、以太網(wǎng)接口、RS232接口、PC/AT鍵盤接口等。所以，可以用標準的PC鍵盤對嵌入式PC進行操作與控制。鍵盤在輸入指令之后，可能很長一段時間不用。為計算機安全和防止誤觸發(fā)，需要將鍵盤鎖定，還要對某些鍵采取屏蔽措施，但是PC標準鍵盤不能滿足這些要求。本文介紹一種用89C51設計實現(xiàn)的可鎖定加密PC/AT鍵盤。

1 鍵盤功能及工作原理

PC鍵盤功能主要有按鍵識別、去抖、重鍵處理、發(fā)送掃描碼、自動重發(fā)、接收鍵盤命令、處理命令等。鍵盤有編碼鍵盤和非編碼鍵盤。編碼鍵盤程序設計簡單，但硬件電路復雜，價格較高；非編碼鍵盤用軟件來實現(xiàn)識別鍵、編碼轉換、去抖等功能，硬件電路簡單，價格便宜。現(xiàn)代微機系統(tǒng)中廣泛采用非編碼鍵盤。PC鍵盤多采用18行×8列的二維矩陣行列結構。采用行掃描法識別按下的按鍵。

2 PS/2協(xié)議

PS/2協(xié)議是外設與主機之間通信的一種同步雙向串行協(xié)議。在該協(xié)議中主機擁有較高的優(yōu)先級，在一定條件下可以終止外設正在進行的發(fā)送過程。PS/2協(xié)議采用的傳送數(shù)據(jù)幀的格式為：1位起始位（0）、8位數(shù)據(jù)位、1位奇偶校驗位、1位停止位（1）。數(shù)據(jù)發(fā)送時低位在前，高位在后。外設每收到主機發(fā)來的1幀數(shù)據(jù)，都要緊隨該幀的停止位發(fā)送一個握手位ACK（0）應答主機。然后，外設還要發(fā)1幀應答數(shù)據(jù)（0xF0），表示外設已經(jīng)完整地接收到了主機的命令；而主機則不需發(fā)送握手位，也不需要發(fā)送應答幀。

2.1 鍵盤到PC鍵盤接口的通信

當時鐘線和數(shù)據(jù)線均為高電平時，允許鍵盤發(fā)送數(shù)據(jù)，系統(tǒng)將接收數(shù)據(jù)；當時鐘線被拉為低電平時，表明系統(tǒng)禁止數(shù)據(jù)傳輸。圖1給出了發(fā)送時序，包含1個低電平觸發(fā)的起始位、8位數(shù)據(jù)位、1個奇校驗位和1個高電平的結束位。

2.2 PC系統(tǒng)到鍵盤的通信協(xié)議

若時鐘線出現(xiàn)高電平，數(shù)據(jù)線出現(xiàn)低電平，表明系統(tǒng)請求發(fā)送，鍵盤準備產(chǎn)生同步時鐘脈沖串，并接收數(shù)據(jù)。包含了1個低電平觸發(fā)的起始位、8位數(shù)據(jù)位、1個奇校驗位、1個應答位、1個高電平的結束位。圖2為時序圖。

(1)鍵盤命令及執(zhí)行過程

① FFH：復位鍵盤。系統(tǒng)通過此軟件復位命令使鍵盤進入程序復位和內(nèi)部自測試，稱為基本保證測試（BAT）。復位鍵盤的過程如下：

a. 鍵盤收到FFH后立即回送ACK（FAH）作答；

b. 鍵盤接口收到ACK后，將鍵盤時鐘和數(shù)據(jù)線置為高電平；

c. 鍵盤檢測到此狀態(tài)后開始BAT操作；

d. 如果BAT正確完成，鍵盤發(fā)送AAH以表示結束，

否則以FDH（或其它任何值）表示診斷有誤。

② FEH：重新發(fā)送。當系統(tǒng)檢測到從鍵盤送來的任何傳輸錯誤時，它便向鍵盤發(fā)送FEH命令。鍵盤接收到此命令后，將重新送出原來的內(nèi)容。

③ FDH~F7H：空操作（保留未用）。

④ F6H：設置缺省值。此命令使鍵盤所有條件復位到電源接通時的缺省狀態(tài)，鍵盤繼續(xù)掃描。

⑤ F5H：設置缺省值和停止鍵盤。此命令使鍵盤所有條件復位到電源接通時的缺省狀態(tài)，并停止鍵盤掃描，等待下一個鍵盤命令。

⑥ F4H：啟動鍵盤。鍵盤接收到此命令后，用ACK（FAH）作答，清除輸出緩沖器，并啟動鍵盤開始掃描。

⑦ F3H：設置拍發(fā)速率和延時參數(shù)。每當按下任一鍵時，鍵盤以拍發(fā)速率連續(xù)送出鍵的接通碼，直到鍵被釋放為止。延時參數(shù)是指按下一鍵后，鍵盤輸出的響應時間。

系統(tǒng)缺省設置：拍發(fā)速率=10個/s±20%，延時=500ms±20%。

當要改變設置時可以使用F3H命令，并后跟一個字節(jié)的參數(shù)。參數(shù)定義如表1所列。

表1

計算拍發(fā)速率和響應延時的公式如下：

拍發(fā)速率=1/[（8+A）×2B×0.00417] （1/s）

響應延時=（1+C）×250 （ms）

注：缺省的延時參數(shù)值為2CH。

此命令的執(zhí)行過程如下：

a. 鍵盤收到F3H命令后，用FAH予以響應，并停止掃描和等待隨后的參數(shù)；

b. 鍵盤若收到隨后的設置參數(shù)，用另一個ACK響應，并按其參數(shù)設置新的拍發(fā)速率和響應延時，

之后重新開始掃描（若鍵盤原來是開放的）；

c. 鍵盤若收到FAH命令，但無隨后的設置參數(shù)，則鍵盤結束命令設置，并保持原來的拍發(fā)速率和響

應延時，停止掃描。

⑧F2H，F(xiàn)1，EFH：保留未用。

⑨F0H：設置鍵盤掃描碼命令。此命令用于設置鍵盤的掃描碼，后跟參數(shù)指定三種掃描碼的哪一種。鍵盤復位時，默認掃描碼是第二種。

⑩EEH：回送命令。此命令用于輔助診斷，要求鍵盤接收到EEH時也要回送EEH予以響應。若鍵盤原來是開放的，則繼續(xù)掃描。

EDH：置位/復位LED指示器。鍵盤右上角有三個LED指示器，分別反映Caps、Num和Scroll三個鍵的鎖定情況。參數(shù)字節(jié)如表2所列。