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入接收缓存单元；若为“0”信号，则说明本次数据接收非法，放弃本次操作。产生外部中断时执行的中断处理程序流程如图6所示。

3．3　与终端机相连的接口完成的工作

两个键盘向终端机发送的数据都是通过与终端机相连的接口实现的，该接口的工作流程实际上就是采用了PC／XT键盘数据输出的方式，由软件对待发送数据进行并→串转换，在时钟信号的同步下，将数据向终端机输出，其软件流程如图7所示。

3．4　主控程序流程　参见图8。

4　结束语

该接口板的重新设计，在充分利用了单片机资源的情况下，依靠软硬件结合的方法实现了键盘接口的设计，以及触模键盘的设计，使线路的集成度有了很大提高，减化了转换接口板的硬件线路，提高了线路的工作稳定性。同时为键盘接口的升级提供了基本的硬件环境。该设计已被应用到实际中，其操作方法同原来完全相同，控制效果也完全相同，达到了设计要求，运行结果良好，获得了较好的社会效益和经济效益。该技术也可应用于对类似数控车床控制面板的改造或使用双键盘的控制面板设计，具有一定的推广应用价值。

参考文献
    1　何立民．单片机应用系统设计．北京：航空航天大学出版社，1998
    2　陈建铎．8098单片机原理及应用技术．北京：电子工业出版社，1995
    3　张宝林．数控技术．北京：机械工业出版社，1997