孟 星，夏海飛 ，徐曉秋

（1.四川大學(xué) 制造科學(xué)與工程學(xué)院，四川 成都 610065；2.昭通供電局 云南 昭通 657000）

按鍵接口一般可分為獨(dú)立式按鍵接口設(shè)計(jì)、矩陣式按鍵接口設(shè)計(jì)和專用芯片式按鍵接口設(shè)計(jì)[1-2]。獨(dú)立式按鍵的接口設(shè)計(jì)是各按鍵相互獨(dú)立的接通一條輸入數(shù)據(jù)線，每個鍵的工作不會影響其它的I/0口，這種鍵盤的優(yōu)點(diǎn)是電路簡單；缺點(diǎn)是當(dāng)鍵數(shù)較多時，要占用較多的I/O線，造成資源浪費(fèi)。因此，獨(dú)立式按鍵接口設(shè)計(jì)主要用于按鍵較少且對操作速度要求高的場合。矩陣式鍵盤較獨(dú)立式鍵盤節(jié)省I/O口。矩陣式鍵盤由行線和列線組成，按鍵位于行、列線的交叉點(diǎn)上。

專用按鍵處理芯片一般功能比較完善，芯片本身能完成對按鍵的編碼、掃描、消抖和重健等問題的處理，使得它的優(yōu)點(diǎn)很明顯，其可靠性高、接口簡單、使用方便，也適合處理按鍵較多的情況?；谟?jì)算機(jī)鍵盤中按鍵較多、可靠性要求較高等綜合情況考慮，選用專用芯片式按鍵接口設(shè)計(jì)。

BC7281具有64鍵鍵盤接口，內(nèi)建去抖功能；具有兩種鍵盤工作模式，適應(yīng)不同的應(yīng)用需求；具有寄存器保護(hù)（抗干擾模式），可靠性高；鍵盤部分具有鍵值鎖存功能；具有兩線高速串行接口[3]。

1 硬件設(shè)計(jì)

1.1 鍵盤接口設(shè)計(jì)

BC7281最多可以連接64個按鍵，在此處需要用到40個按鍵，按8×5矩陣排列，矩陣的“行”連接到BC7281的位驅(qū)動DIG0—DIG7，矩陣的“列”連接到74HC164驅(qū)動移位寄存器的輸出，當(dāng)使用BC7281的鍵盤功能時，DIG0—DIG7應(yīng)加上100k的下拉電阻，且8根引腳必須都接入下拉電阻[4]。鍵盤接口設(shè)計(jì)如圖1所示。其中功能鍵G1、G2、G3、G4的“列”連接 Q4，“行”分別連接 DIG4、DIG5、DIG6、DIG7，鍵值分別為24H、25H、26H、27H；其余鍵值均小于 24H，其中 0—9鍵的鍵值為00H—09H，a—z鍵的鍵值為0AH—23H。

1.2 BC7281接口電路設(shè)計(jì)

BC7281的14腳為電源引腳，為了獲得更好的抗干擾能力，在電源引腳與地之間串入了一個RC濾波電路，以濾除電源中的尖峰和毛刺；BC7281采用外接的RC振蕩電路為鍵盤掃描提供時鐘驅(qū)動，外接元件的典型參數(shù)為R=1.5k～3.3k，C=20 pF，當(dāng)采用比較小的電阻值時，振蕩頻率較高，可以獲得更快的通訊速率和掃描頻率，使得占用CPU時間更少，故選用1.5k電阻；因?yàn)锽C7281的內(nèi)部有上電復(fù)位電路，因此在一般情況下不需要特殊的復(fù)位電路，只需將RST引腳直接連接到VCC端就可以了；BC7281與AT89S52單片機(jī)的接口共需要三根線，數(shù)據(jù)線DAT、時鐘線CLK和按鍵指示KEY，其中CLK和KEY引腳分別為輸入和輸出引腳，而DAT則為雙向口，其內(nèi)部為漏極開路輸出結(jié)構(gòu)，需要外接上拉電阻，以使其能可靠地輸出高電平[4]。BC7281在KMS=0模式時具有按鍵保存功能，在按鍵被讀走之前，KEY將一直維持低電平，因此對按鍵使用查詢方式即可，但在本設(shè)計(jì)中需要用到功能鍵，故把KEY接到了單片機(jī)AT89S52的INT1引腳上，以便用到中斷處理方式[5]。如圖2所示。

圖1 鍵盤接口設(shè)計(jì)Fig.1 The design of keyboard interface

圖2 BC7281接口電路設(shè)計(jì)Fig.2 The design of BC7281 interface circui

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 主程序流程圖

首先將BC7281初始化，為防止按鍵輸入產(chǎn)生誤動作，可在主程序中將BC7281芯片定義為二鍵互鎖狀態(tài) （當(dāng)KMS=0時，為帶鎖存的互鎖模式，即有效按鍵發(fā)生后，KEY即為低電平，直至MCU讀取按鍵后KEY恢復(fù)高電平，這期間不響應(yīng)任何新的按鍵），保證功能鍵和數(shù)據(jù)鍵的正確輸入，當(dāng)有鍵按下就取出鍵值，并判斷是功能鍵還是數(shù)據(jù)鍵，且轉(zhuǎn)到相應(yīng)的子程序中去處理。其中功能鍵的鍵值大于23H。

圖3 主程序流程圖Fig.3 Flow chart the main program

2.2 中斷服務(wù)程序

當(dāng)有鍵按下時，BC7281芯片申請中斷，AT89S52響應(yīng)中斷，進(jìn)入中斷服務(wù)程序[6]。將鍵值代碼送入FIFO堆棧中，中斷服務(wù)程序流程圖如4所示。

圖4 中斷程序流程圖Fig.4 Flow chart the interrupt program

功能鍵處理：當(dāng)檢測到輸入為功能鍵時，在AT89S52中置一個標(biāo)志位，并把標(biāo)志位傳給PC，然后再檢測下面的鍵，如果還是功能鍵又置一個標(biāo)志位傳給PC，PC通過對功能鍵組合的識別，來做出相應(yīng)的處理。

3 結(jié)論

本設(shè)計(jì)采用的鍵盤控制芯片，能完成對按鍵的編碼、掃描、消抖和重健等問題的處理，可代替微處理器完成對鍵盤的控制，減輕主機(jī)負(fù)擔(dān)，而且硬件電路可靠。還可以通過中斷的方式來實(shí)現(xiàn)功能鍵的處理。

[1]胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)[M].北京:清華大學(xué)出版社，2010.

[2]韓俊峰,海濤,陳文輝,等.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

[3]方勇軍,王云景,魯毅鈞,等.BC7281和它的應(yīng)用[J].儀表技術(shù),2002(4):43-44.FANG Yong-jun,WANG Yun-jing,LU Yi-jun,et al.BC7281 and Its Application[J].Instrumentation Technology,2002(4):43-44.

[4]BC7281B Data Book[EB/OL].http://www.bitcoode.com.cn.

[5]郭文川.MCS-51單片機(jī)原理、接口及應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2013.

[6]安曉莉.AT89S51單片機(jī)開發(fā)板的設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程,2009(9):121-123.AN Xiao-li.Design of AT89S51single-chip development board[J].Electronic Design Engineering,2009(17):121-123.