汉字速录键盘设计

O 引言
    汉字速录作为一个新兴行业近年来有了突飞猛进的发展，但在市场上仍然以手写速录为主，而数字化是当今世界的主流。国外已经普及了拉丁文字的速录机，可是由于汉字的特殊性，该技术在国内并不是很成熟，高速录入各种汉字和符号等信息(以达到会议记录的要求)，我们平时使用的微机通用键盘是无法完成的，主要原因是通用键盘采用串行处理，无法多键并击，只能逐一录入。要想提高速度，就必须使用专用的键盘，本文介绍的该专用键盘的研发心得采用的是允许多键并击(1～16个键)的技术，可处理并行输入的数据，所以其输入汉字的速度快，专业录入员汉字输入速度可达到180～600汉字份，这样可达到会议记录的要求。其它国家文字的输入也可以采用此方法，只要有合适的编码。本键盘有多种文字和符号的输入功能，如中文、英文、标点符号、数字等。(此键盘已投入批量生产，其最大的特点是输入速度快，工作稳定可靠，可与各种通用微机配套使用。)配上本键盘后，PC机原装键盘和本键盘可同时使用，两人可分别使用两个键盘对同一个文件进行操作，大大的加快了输入和编辑的速度，是专业录入人员的必备设备。

1 汉字速录键盘的设计思想
    由于速录机主要是以语音作为信息来源，所以，键盘的编码以汉语拼音方案为基础。我们知道，汉语拼音共有21个声母，35个韵母，若混合编码，不便于记忆和使用。借鉴了5笔区位的思想，对声韵母分别进行编码，互相不重合。而4个键可以有A14=24种组合，5个键有A15=120种组合，如果分别用4个键来唯一标识所有声母，用5个键来标识韵母，那么我们至少需要9个键。
    根据拼音的拼合规律和人体工程学的研究将200多个音节有效地压缩在十几个键位上，左、右键盘各12个键，完全对称(左、右键的键名都一样)，输入汉字采用多键并击的方法，每次按下键的个数为l～16个，左键盘最多8个，右键盘最多8个。该键盘与PC机的串行口连接，可以和标准键盘同时使用。还可以输入英文(大、小写)、阿拉伯数字和一些常用的符号等，但这些字符要经过左、右键盘的配合来完成。
1．1 系统对硬件的要求
    1)必须能够同时识别多键并击的情况，键盘上按键位置的排列要符合人体工程学。
    2)与主机通信采用串行接口。
    3)键盘设计一个电源指示灯和一个串行数据通信指示灯。
    4)键盘电源使用主机(PC机)的电源，电源电压+5V。
    5)键盘按键使用高质量的按键，以便能够保证长期击打的可靠性。
    6)在电路设计中使用内嵌式单片机，键盘管理程序和拼音字库都存在单片机内的闪存中。
    7)在设计中尽量简化硬件的设计，能用软件完成的功能不使用硬件，以便增加速录键盘的灵活性和降低产品的成本。
1．2 系统对软件的要求
    1)软件对键盘所有按键进行扫描，配合硬件解决多键并击的问题。
    2)当有键按下时产生该键或该组按键或者该两组键的拼音码或字母等符号代码。
    3)将拼音码或字母等符号代码通过串行口送主机。
    4)对键盘各个部分进行控制。

2 硬件部分的设计及工作原理
    根据系统对硬件部分的要求，硬件部分的原理图如图1所示。

2．1 电路结构
    对多键并击的处理，在每个键上串一个二极管，这样可使多键并击时不会出现串键问题，但在软件上还需要作相应的处理。关于键盘按键的排列，如图2所示；关于主机与键盘的通信；主机与键盘的通信采用RS-232串口。由于单片机的串口是TTL电平，与RS-232串口标准不一样，因此主机与键盘之间通信需要用Icl 232(TTL与RS-232转换电路)完成转换。串口转换电路的选择；目前一般有两种转换电路，一种是要使用双电源的电路，由于其使用电源多，电路也较复杂，所以没有采用。另一种是只使用+5V单电源的ICL 232，由于此电路结构简单，所以采用了此电路。关于电源指示和通信指示，分别用一个发光二极管完成电源和通信的指示，当电源指示灯Dl亮时，表示+5V电源正常。当通信指示灯D2亮时表示键盘与主机正在进行串行通信。为了使系统结构简单，控制芯片选用了内嵌式单片机，在其内部有20k的闪存。电路原理图如图l所示；全部电路由两块集成电路和一些配套元件组成，其中单片机中闪存部分用来存储程序和字库，片中的RAM存放一些中间处理的数据，片中的CPU对键盘各部分进行控制。ICL 232用于TTL电平与RS232电平之间的转换。

2．2 电路工作原理
    主机通电后键盘自动启动，单片机运行其控制程序，对键盘进行扫描，当有键按下时消除键抖动，将键盘代码输入到单片机中，通过内嵌的软件转换成拼音码或ASCII码。然后把这些代码从单片机的串口TXD端输入到ICL 232的TIin，待转换成RS一232电平标准后，通过ICL232的TIout端输出送主机的RS-232串口。最后计算机用专用软件对输入的信息进行处理，将汉字或其它字符显示在屏幕上。

3 软件部分的设计
    根据用户的要求，软件部分事实上要解决两个问题，第一，每按下一组按键会产生一组按键码，如何将按键码编码转换成一个汉语拼音的编码，并把该编码输入到PC机中，这一部分由内嵌至单片机中的程序完成。第二，如何将汉语拼音转换成文字输入到字处理软件中，比如说常用的MicrosoftWord。第二个问题我们可有多种选择，借助现有的软件和拼音输入法或自行编写一个字处理软件均可。这里我主要介绍第一个问题的解决方案。
    这里，我们可从程序的流程上分步解决问题。
    1)由于是多键并击，会同时有多个按键码输入到单片机中，这些按键码进入CPU的时间不同，可能组成多种汉字，这就需要我们首先要把每个汉字的按键码正确的区分开，去除误操作，分别组成正确的键盘码。当然，我们可对键盘左右两部分的按键编码进行分类，左边按键码为0X，右边的为lX(X=l、2、3……)，然后，依次转换按键码。
    2)将按键码转换成所对应的输出码，这可有多种方式。经过试验，我们选择建立一个字库，存放全部的键代码和给主机传送的拼音码、大小写英文、阿拉伯数字和一些常用的符号等的ASCII码。这样的优点是程序简单，几乎不产生误码，缺点是占用空间大，但相对于20k的存储空间来说微不足道。由于单侧输入一个汉字最多需要8键同击，故在本字库中，共分成8个库，一字库、二字库、…、八字库。如四字库就是4键同击时，到此字库中查找。这样可以加快查找速度。
    3)查找所得到得输出码(包含汉字的拼音码和其它字符的扩展ASCII码)，可通过串口与主机通信，当数据传输结束后，再重新扫描键盘。
    整个程序流程图如图3所示。

4 键盘的基本使用方法
    键盘的使用方法由刘永森先生提供，键盘的布局、使用方法已经申请了国家专利。按键的布局结构见图2，键盘按键的键名只有12个，所以不管是英文还是拼音都无法全部直接输入，只能采用组合的方法输入。
4．1 英文字母的输入
4．1．1 大写英文字母的输入
    输入大写英文时；左手按住YE不放，右手按A，左、右手同时放开，输入主机的为大写英文字母A。如右手按住ZY，则输入主机的为C等。
4．1．2 小写英文字母的输入
    输入小写英文字母时；左手按住YEO不放，右手按A，则键入主机的为a。右手按B，则输入主机的为b等。
4．2 阿拉伯数字的输入
    左边按住YU不放，右手击B、D、G、Z、U等，分别输入主机的为l、2、3、4、5等。
4．3 汉字的输入
    当需要输入一个汉字时，可单手操作任意一侧，同时按下该汉字的拼音中声、韵母所对应的键或键的组合，由程序分析并输出字符编码；当需要输入两个汉字时，左右手可在同一时刻分别录入两个汉字的拼音所对应的键的组合。一般是词双手击，单个的字单手击，单手击时可不分左右手。标点不得与字或词双手同击。
    如：输入“速记”二字，则左手按ZJU，右手按J。
    如输入“什么”二字。则左手探险GZJIu，右手按BJE。
    详细情况见公司速录键盘的使用说明书。