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一. 按鍵設(shè)計(jì)
按鍵板采用薄膜面板開關(guān)形式，薄膜面板開關(guān)設(shè)計(jì)簡單，操作方便，安放容易，直接貼在一表面就可使用，加上其防水防塵的性能，很適合工業(yè)控制的應(yīng)用場合。對一個(gè)彈簧機(jī)的按鍵板來說，其按鍵包括三類：數(shù)字鍵，功能鍵和編輯鍵。數(shù)字鍵實(shí)現(xiàn)的是數(shù)字的輸入；功能鍵對應(yīng)的是彈簧機(jī)的操作命令；編輯鍵用于對彈簧加工程序的編輯，如清除、保存等。一個(gè)設(shè)計(jì)合理的按鍵布局，與操作的方便性與可靠性直接關(guān)聯(lián)，對于具體各個(gè)鍵的布置，應(yīng)綜合考慮操作的方便和布局的美觀，該設(shè)計(jì)完成后的7行×8列的按鍵薄膜面板下面的行列陣電路采用單面柔性電路板(FPC)制作，電路起凸的形式保證了按鍵時(shí)的手感。它輸出的是鍵盤行列陣的行線和列線。
二. 按鍵板的軟硬件設(shè)計(jì)
無論是按鍵板的硬件設(shè)計(jì)還是軟件設(shè)計(jì)，都必定會涉及到按鍵板和主機(jī)的通信協(xié)議。所以在進(jìn)入到軟硬件設(shè)計(jì)之前，先對PS/2協(xié)議做一簡單介紹。
1. PS/2協(xié)議
PS/2協(xié)議是外設(shè)與主機(jī)之間通信的一種同步雙串行協(xié)議。在協(xié)議中主機(jī)端擁有較高的優(yōu)先級，在一定條件下它可中止外設(shè)正在進(jìn)行的發(fā)送過程。該協(xié)議采用的短幀格式傳送數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)幀格式為：1位起始位（0），8位數(shù)據(jù)位，一位奇校驗(yàn)位，一位停止位（1）。數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)低位在前，高位在后。外設(shè)每收到主機(jī)發(fā)來的一幀數(shù)據(jù)，都要緊隨該幀的停止位發(fā)送一個(gè)握手位ACK(0)應(yīng)答主機(jī)，然后外設(shè)還要發(fā)1幀應(yīng)答數(shù)據(jù)（0xF0），表明已完整地接收到了主機(jī)的命令；而主機(jī)在接收外設(shè)數(shù)據(jù)后不用發(fā)握手信號ACK，也不需要另外發(fā)送應(yīng)答幀。無論是主機(jī)發(fā)還是外設(shè)發(fā)數(shù)據(jù)，同步時(shí)鐘都是由外設(shè)產(chǎn)生的。
按照接收方和發(fā)送方的不同，該協(xié)議可分為兩部分，其一為外設(shè)發(fā)送主機(jī)接收的通信，這一過程發(fā)生在工作人員操作外設(shè)或外設(shè)應(yīng)答主機(jī)端發(fā)來的命令時(shí)，數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘線處于空閑狀態(tài)下維持高電平狀態(tài)；其二為主機(jī)發(fā)送外設(shè)接收的通信，該過程發(fā)生在主機(jī)上電自檢時(shí)，主機(jī)發(fā)送測試信號檢測外設(shè)是否存在并判斷是何種類型的外設(shè)時(shí)。這個(gè)上電檢測對外設(shè)來說很重要，其中一個(gè)檢測項(xiàng)目為基本保證測試（Basic Assure Test）,當(dāng)主機(jī)發(fā)送該命令到外設(shè)時(shí)，外設(shè)必須回送相應(yīng)的應(yīng)答幀，否則主機(jī)就認(rèn)為該外設(shè)的開機(jī)自檢沒能通過，在DOS以上的系統(tǒng)中，外設(shè)將無法使用。主機(jī)上電自檢時(shí)，發(fā)送給外設(shè)的數(shù)據(jù)是一個(gè)命令集，針對每個(gè)命令，外設(shè)都要作出相應(yīng)的響應(yīng)，這些響應(yīng)字也都是協(xié)議所規(guī)定好的。
2. 硬件設(shè)計(jì)
在這里采用AT89S51作為按鍵板的主處理芯片。AT89S51是一個(gè)低功耗、高性能的8位CMOS單片機(jī)，有32個(gè)I/O口可供使用，能滿足行列掃描口較多時(shí)的要求，并具有軟件看門狗。
與前面的按鍵布局相對應(yīng)，采用7×8的矩陣行列結(jié)構(gòu)。行線用89S51的P2口，列線用P0口，由于P0口無內(nèi)部上拉電阻，因而列線須外接上拉電阻。AT89S51的電源都由主機(jī)的PS/2接口提供，采用頻率為12MHz外部晶振。用P3.6和P3.7作為數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘線和主機(jī)進(jìn)行通信，完成后的硬件原理。
3. 軟件設(shè)計(jì)
軟件的設(shè)計(jì)是按鍵板實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，采用單片機(jī)C語言編程。它通過主程序和一系列的子程序來實(shí)現(xiàn)。主程序用于系統(tǒng)的初始化，子程序的調(diào)用。子程序包括接收主機(jī)命令子程序，發(fā)送數(shù)據(jù)子程序，接收數(shù)據(jù)子程序，行列掃描子程序以及發(fā)送鍵碼子程序。
接收主機(jī)命令子程序用于面板接收主機(jī)的命令，并作出相應(yīng)的響應(yīng)，這在DOS以上的系統(tǒng)中很重要，否則主機(jī)不承認(rèn)按鍵板的存在。發(fā)送數(shù)據(jù)子程序用于發(fā)送數(shù)據(jù)幀到主機(jī)，每一位數(shù)據(jù)的發(fā)送都是按PS/2協(xié)議的時(shí)序要求所編寫的。接收數(shù)據(jù)子程序用于接收主機(jī)發(fā)來的數(shù)據(jù)幀，每一位數(shù)據(jù)的接收也是由時(shí)序規(guī)定的。行列掃描子程序作用是對按鍵板上鍵的識別，并將該鍵對應(yīng)的碼發(fā)送到按鍵緩沖區(qū)暫存起來。PS/2協(xié)議中，當(dāng)一個(gè)鍵被按下或按住時(shí)就發(fā)送該鍵的通碼(MAKE)，被釋放時(shí)就發(fā)送斷碼(BREAK)，每個(gè)按鍵都被分配了唯一的通碼和斷碼（協(xié)議中統(tǒng)稱為掃描碼），這樣主機(jī)通過掃描碼就可識別按鍵的類別。在彈簧機(jī)的按鍵板中，因?yàn)槊姘逯械逆I不全是標(biāo)準(zhǔn)的，對于那些自定義的鍵，可將該鍵與一標(biāo)準(zhǔn)鍵的掃描碼對應(yīng)起來，例如可將面板中的“啟動”與標(biāo)準(zhǔn)鍵“A”對應(yīng)，這樣當(dāng)“啟動”被按下時(shí)，發(fā)送給主機(jī)的就是字母“A”的掃描碼，通過重定義主機(jī)系統(tǒng)中的相關(guān)控制部分，就可實(shí)現(xiàn)啟動彈簧機(jī)的功能。發(fā)送鍵碼子程序用于發(fā)送按鍵緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)。而對于面板中的“鎖鍵”，實(shí)現(xiàn)的是面板的鎖死，在工控系統(tǒng)中，這個(gè)對于操作系統(tǒng)的可靠性是很有必要的，當(dāng)該鍵按下時(shí)，則不發(fā)送緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，同時(shí)清空緩沖區(qū)，多按一下則可解鎖。為了防止死機(jī)現(xiàn)象的發(fā)生，在主程序的循環(huán)中加入軟件看門狗。