基于89C52的计算机专用键盘设计

0 引言

AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能，片内含8 k可反复檫写的单片机，具有外围硬件电路简单，体积小，可靠性高，选用其完成键盘的监控任务，在实际应用中，有时侯可能不小心按下键盘的按键，改变了设备或仪器的参数和状态，使系统运行不正常。为计算机安全和防止误触发，需要将键盘锁定，还要对某些键采取屏蔽措施，但是PC标准键盘不能满足这些要求。本文介绍一种用89C52设计实现的可锁定加密PC／AT键盘。另外，本键盘固定于主机操控台，因此，又具有一定的抗振性和密封性。

1 键盘功能及工作原理

PC键盘功能主要有按键识别、去抖、重键处理、发送扫描码、自动重发、接收键盘命令、处理命令等。键盘有编码键盘和非编码键盘。编码键盘程序设计简单，但硬件电路复杂，价格较高；非编码键盘用软件来实现识别键、编码转换、去抖等功能，硬件电路简单，价格便宜。本键盘采用非编码键盘，14行×8列的二维矩阵行列结构，采用行扫描法识别按下的按键。

2 PS／2协议

PS／2协议是外设与主机之间通信的一种同步双向串行协议。在该协议中主机拥有较高的优先级，在一定条件下可以终止外设正在进行的发送过程。PS／2协议采用的传送数据帧的格式为：1位起始位(0)、8位数据位、1位奇偶校验位、1位停止位(1)。数据发送时低位在前，高位在后。外设每收到主机发来的1帧数据，都要紧随该帧的停止位发送一个握手位．ACK(0)应答主机。然后，外设还要发1帧应答数据(0xF0)，表示外设已经完整地接收到了主机的命令；而主机则不需发送握手位，也不需要发送应答帧。

2．1 键盘到PC键盘接口的通信

当时钟线和数据线均为高电平时，允许键盘发送数据。系统将接收数据；当时钟线被拉为低电平时，表明系统禁止数据传输。图1给出了发送时序，包含1个低电平触发的起始位、8位数据位、1个奇校验位和1个高电平的结束位。

2．1．1 PC系统到键盘的通信协议

若时钟线出现高电平，数据线出现低电平，表明系统请求发送，键盘准备产生同步时钟脉冲串，并接收数据。包含了1个低电平触发的起始位、8位数据位、1个奇校验位、1个应答位、1个高电平的结束位。

2．1．2 键盘命令及执行过程

(1)FFH：复位键盘。系统通过此软件复位命令使键盘进入程序复位和内部自测试，称为基本保证测试(BAT)。复位键盘的过程如下：
①键盘收到FFH后立即回送ACK(FAH)作答；
②键盘接口收到ACK后，将键盘时钟和数据线置为高电平；
③键盘检测到此状态后开始BAT操作；
④如果BAT正确完成，键盘发送AAH以表示结束，否则以FDH(或其它任何值)表示诊断有误。

(2)FEH：重新发送。当系统检测到从键盘送来的任何传输错误时，它便向键盘发送FEH命令。键盘接收到此命令后，将重新送出原来的内容。
(3)FDH～F7H：空操作(保留未用)。
(4)F6H：设置缺省值。此命令使键盘所有条件复位到电源接通时的缺省状态，键盘继续扫描。
(5)F5H：设置缺省值和停止键盘。此命令使键盘所有条件复位到电源接通时的缺省状态，并停止键盘扫描，等待下一个键盘命令。
(6)F4H：启动键盘。键盘接收到此命令后，用ACK(FAH)作答，清除输出缓冲器，并启动键盘开始扫描。
(7)F3H：设置拍发速率和延时参数。每当按下任一键时，键盘以拍发速率连续送出键的接通码，直到键被释放为止。延时参数是指按下一键后，键盘输出的响应时间。

系统缺省设置：拍发速率=10个／s±20％，延时=500ms±20％。
当要改变设置时可以使用F3H命令，并后跟一个字节的参数。
计算拍发速率和响应延时的公式如下：
拍发速率=1／[8+A]×2B×0．004 17](1／s)
响应延时=(1+C)×250(ms)
注：缺省的延时参数值为2CH。
此命令的执行过程如下：

①键盘收到F3H命令后，用FAH予以响应，并停止扫描和等待随后的参数；
②键盘若收到随后的设置参数，用另一个ACK响应，并按其参数设置新的拍发速率和响应延时，之后重新开始扫描(若键盘原来是开放的)；
③键盘若收到FAH命令，但无随后的设置参数，则键盘结束命令设置，并保持原来的拍发速率和响应延时，停止扫描。
(8)F2H，F1H，EFH：保留未用。
(9)F0H：设置键盘扫描码命令。此命令用于设置键盘的扫描码，后跟参数指定三种扫描码的哪一种。键盘复位时，默认扫描码是第二种。
(10)EEH：回送命令。此命令用于辅助诊断，要求键盘接收到EEH时也要回送
EEH予以响应。若键盘原来是开放的，则继续扫描。
EDH：置位／复位LED指示器。键盘右上角有三个LED指示器，分别反映Caps、Num和Scroll三个键的锁定情况。
此命令执行过程与F3H相似。若命令后跟参数，则按参数设定LED状态并继续扫描。若仅有命令无参数，则不改变LED原状态，并停止扫描。