利用单片机改造键盘接口

1　引　言

80年代由国外引进的这种数控车床，原控制面板是由一台终端机，一个终端机专用键盘和一个用于控制车床的触模键盘组成。经过多年的使用，控制面板和专用键盘均出现了故障，该车床已停止使用。而该控制系统使用的终端机及其专用键盘又很特殊，国内市场无此类型的产品可直接替换，如果要恢复系统的正常工作，必须研制替代产品。为此在对其控制系统电路的工作原理进行充分分析后，决定对其控制面板上的转换接口板进行全面改造，下面就新转换接口板中的硬件和软件进行介绍。

2　原控制面板的基本工作原理

在正常情况下，通过触模键盘输入到终端机的数据通过RS—232口发送到车床的控制主机，再由控制主机控制车床进行工件的加工。由于触模键盘是一种特殊的键盘，要求该键盘发送到终端机的数据为一组特殊代码，以区别于终端机专用键盘所产生的代码。触模键盘只对车床的控制起作用，不能对终端机进行有关的参数设置，因此必须用专用键盘对终端机进行操作。专用键盘可以对终端机的操作方式、参数及复杂计算进行设定。设备工作时两个键盘可以同时操作，它们采用了如图 1所示的连接方法。

3　新转换接口板的设计原理

首先选择了一种性能优良、工作稳定可靠的国产终端机（BG— 200中西文图形显示终端机）代替原来型号特殊的终端机。新终端机的键盘采用的是一种普通的PC／XT键盘，由于该终端机的键盘接口与原终端机接口完全不一样，故原转换接口板已无法使用，需要重新研制新的转换接口板。在研制新接口的时候考虑到其使用场合的特殊性，需要接口板工作稳定可靠，同时具有二次开发的可能性（如果需要还可更换其它类型的终端机，键盘接口也可能需要改变）。另外，设计时为使硬件线路尽量简单，在键盘串行数据的处理上采用了软件方式（这种方法也为二次开发提供了可能性）。其硬件电路工作原理如图2所示。

从图2中可以看出，新板与原板完成的功能是相同的，均要完成两个键盘代码的接收，并将接收到的代码向终端机发送。PC／XT键盘连接的键盘接口的设计有别于传统设计方法，设计时没有采用以硬件方式实现键盘数据的接收和发送，而是采用软硬件结合的方法实现键码的接收与发送，从而可以使键盘接口电路简化很多。触模键盘采作了行／列扫描方式读取键码，并通过查表获得对应的两字节代码。在转接板的处理器选择时，根据所使用的具体场合，要求处理器既具有较强的位处理功能，以实现数据的串／并、并／串转换，同时在构造触模键盘电路时线路应尽可能的简化，而且还要求其工作稳定可靠。综合以上各种因素，决定选择 AT89C52单片机作为处理器。该处理器由于其自身具有512字节的RAM，8K的EPROM，4个I／O口，可处理2个外部中断源信号，具有能够满足设计所要求的各种功能，可以使硬件设计线路大大简化，因此AT89C52单片机应用在该场合是一种比较理想的器件。下面就各部分电路及相关软件进行介绍。

3．1　触模键盘的扫描原理

如图3所示。采用74LS159和74LS150芯片结合单片机的P2口和P33引脚，完成对触模键盘的扫描和键码的读取工作，再通过软件进行代码变换，形成双码。单片机的P33引脚用于检查键盘的状态（当该线状态为低电平时表示无键被按下，为高电平时表示有键被按下）。具体的扫描原理是由软件通过单片机P2口的低4位输出一个十六进制代码，通过74LS159十六选一译码电路产生一为低电平的行扫描信号。然后再通过P2口上的高4位输出一个十六进制的列扫描码，通过74LS150十六选一电路读出对应列线的状态。当74LS150的Q信号有效时说明行列交点上的键被按下，在AT89C52芯片中形成被按下键的键码，并由此通过查表形成特殊的双码后送入接收缓存，由发送程序将接收缓存中的代码发送给终端机。对应的软件程序流程如图4所示。

3．2　与PC／XT键盘连接的转换接口完成的工作

PC／XT键盘代码的接收是通过触发AT89C52单片机的外部中断，由中断处理程序完成一次对键盘输入代码的接收。PC／XT键盘的数据接收采用了软件与硬件相结合的处理方法，其原理如图5所示。

当PC／XT键盘的某个键被按下时，键盘的时钟线产生键盘时钟信号CLK，在CLK的第一个下降沿时使 AT89C52的外部中断源INTO有效触发外部中断，AT89C52响应中断后，进入中断处理程序，转换接口板开始接收键盘数据。PC／XT键盘数据由 9位二进制数组成，在每个CLK下降沿时读取DATA线上的数值，并对读到的数值依次进行左移操作。当连续读取了9位数据后，第9位移入进位位（最先得到的是起始位），若为“1”则说明本次接收合法，将所接收的一个字节数据送