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鍵盤(pán)接口在單片機(jī)系統(tǒng)與PC機(jī)通信中的應(yīng)用

作者: 時(shí)間:2006-05-07 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘要:提出一種全新的利用鍵盤(pán)接口實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)和PC機(jī)通信的方案,介紹了鍵盤(pán)與PC機(jī)通信的原理,并成功地應(yīng)用于實(shí)際系統(tǒng)。該方案為外部單片機(jī)系統(tǒng)與PC機(jī)通信提供了一條有效的途徑。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/244633.htm

關(guān)鍵詞:鍵盤(pán)接口 單片機(jī)系統(tǒng) 時(shí)序 命令字

系統(tǒng)中,單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)與PC機(jī)之間的通信主要是采用異步串行通信方式,通過(guò)RS-232C、RS-422、RS-423或RS-499標(biāo)準(zhǔn)接口實(shí)現(xiàn)。這引起通信方式都各自規(guī)定了自己的電氣標(biāo)準(zhǔn),都不能直接滿足 TTL電平的傳送要求。為了通過(guò)這些標(biāo)準(zhǔn)接口通信,必須在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中加入電平轉(zhuǎn)換芯片,以實(shí)現(xiàn)TTL電平向標(biāo)準(zhǔn)接口電平的轉(zhuǎn)換[1]。

鍵盤(pán)接口是PC機(jī)的固有接口。在很式系統(tǒng)中,PC機(jī)的鍵盤(pán)由于受到高溫、灰塵的侵襲,容易損壞,故僅采用鼠標(biāo)作為人機(jī)對(duì)話的工具,鍵盤(pán)接口處于空閑狀態(tài)[2]。以鍵盤(pán)接口作為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)與PC機(jī)的通信接口,具有以下優(yōu)點(diǎn):①鍵盤(pán)接口的電氣標(biāo)準(zhǔn)能滿足TTL電平的傳送要求,不需電平轉(zhuǎn)換;②PC機(jī)的操作系統(tǒng)內(nèi)核能夠解釋單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)通過(guò)鍵盤(pán)接口傳送來(lái)的數(shù)據(jù),免除了編寫(xiě)串行數(shù)據(jù)接收程序的工作;③PC機(jī)能夠提供+5V電源。

1 鍵盤(pán)與PC機(jī)通信原理

1.1 鍵盤(pán)接口結(jié)構(gòu)

PC機(jī)鍵盤(pán)分為PC/XT、PC/AT和PS/2這三種類(lèi)型。PC/XT和PC/AT鍵盤(pán)通過(guò)一個(gè)6針DIN插頭與PC機(jī)相連。3種鍵盤(pán)接口結(jié)構(gòu)類(lèi)似,在其應(yīng)用于外部單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)與PC機(jī)通信的場(chǎng)合,有效的接口引腳都為4個(gè),它們?cè)诮涌谏系木幪?hào)與定義分別為:1、鍵盤(pán)時(shí)鐘,2、鍵盤(pán)數(shù)據(jù);4、地;5、+5V。

1.2 鍵盤(pán)與PC機(jī)通信時(shí)序

當(dāng)首次給鍵盤(pán)上電時(shí),鍵盤(pán)邏輯電路產(chǎn)生上電復(fù)位信號(hào),鍵盤(pán)開(kāi)始自檢。在自檢期間,數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘線上的任何信號(hào)都無(wú)效。如果自檢無(wú)誤,鍵盤(pán)發(fā)送0AAH給PC機(jī),然后開(kāi)始鍵盤(pán)掃描。

在鍵盤(pán)與CP機(jī)通信中,存在兩種傳輸協(xié)議:XT傳輸協(xié)議和AT傳輸協(xié)議。在采用XT協(xié)議的傳輸模式下,鍵盤(pán)只能接收來(lái)自PC機(jī)的復(fù)位指令和向PC發(fā)送數(shù)據(jù),沒(méi)有大的應(yīng)用價(jià)值。只有在采用AT協(xié)議的傳輸模式下,鍵盤(pán)能接收來(lái)自AT-PS/2兼容PC機(jī)的指令和向PC機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。其數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度為11位,由起始位(低電平)、8位數(shù)據(jù)(低位在前,高位在后)、奇偶校驗(yàn)位(奇校驗(yàn))和停止位(高電平)組成。圖1為采用AT傳輸協(xié)議的鍵盤(pán)與PC機(jī)通信時(shí)序圖。

當(dāng)無(wú)數(shù)據(jù)傳輸時(shí),鍵盤(pán)接口數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘線均為高電平。接口時(shí)鐘信號(hào)由鍵盤(pán)提供,其頻率至少應(yīng)為733.33Hz,才能保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確發(fā)送與接收。在鍵盤(pán)發(fā)送數(shù)據(jù)之前,鍵盤(pán)檢測(cè)接口時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線上電平。如果時(shí)鐘線為低電平,則主機(jī)禁止鍵盤(pán)發(fā)送數(shù)據(jù)。鍵盤(pán)上的鍵擊代碼送到緩存器中緩存。只有當(dāng)數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘線上電平均為高時(shí),才允許鍵盤(pán)發(fā)送數(shù)據(jù)。此時(shí)鍵盤(pán)向主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào)。鍵盤(pán)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),先拉低數(shù)據(jù)線以發(fā)送起始位,再依次送出8位數(shù)據(jù),最后發(fā)送奇偶校驗(yàn)位和停止位。每位數(shù)據(jù)在時(shí)鐘脈沖下降沿有效,在時(shí)鐘脈沖高電平期間變化。如果在第10位(奇偶校驗(yàn)位)發(fā)送之前,計(jì)算機(jī)下拉時(shí)鐘線至少有60μs,則鍵盤(pán)停止發(fā)送,并將故障數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在輸出緩存器中。數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后,保持?jǐn)?shù)據(jù)線和時(shí)鐘線為高電平。PC機(jī)接收到數(shù)據(jù)后,若有誤,則要求鍵盤(pán)重發(fā)。當(dāng)PC機(jī)請(qǐng)求發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),PC機(jī)將數(shù)據(jù)線拉低,鍵盤(pán)進(jìn)入接收數(shù)據(jù)狀態(tài)并發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)。每位數(shù)據(jù)均為時(shí)鐘脈沖上升沿有效,在時(shí)鐘脈沖低電平期間變化。鍵盤(pán)接收完11位數(shù)據(jù)后,將停止位拉低作為應(yīng)答信號(hào),表示數(shù)據(jù)接收完畢。鍵盤(pán)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷,若有誤,則要求PC機(jī)重發(fā)。

1.3 鍵盤(pán)與PC機(jī)通信命令字

鍵盤(pán)與PC機(jī)通信命令字很多,下面僅介紹與單片機(jī)系統(tǒng)和PC機(jī)通信有關(guān)的命令字。表1為PC機(jī)和鍵盤(pán)發(fā)送的命令字及其對(duì)應(yīng)的16進(jìn)制值。

表1 PC機(jī)和鍵盤(pán)發(fā)送的命令字及其16進(jìn)制值

PC機(jī)發(fā)送的命令字 16進(jìn)制值 鍵盤(pán)發(fā)送的命令字 16進(jìn)制值
置位/復(fù)位方式指示
ECHO
允許
重新發(fā)送
復(fù)位
ED
EE
F4
FE
FE
自檢完成碼
自檢錯(cuò)誤碼
ECHO
確認(rèn)
重新發(fā)送
AA
FC
EE
FA
FE

在任何時(shí)候PC機(jī)都可對(duì)鍵盤(pán)發(fā)送命令字。除了以下兩種情況外,鍵盤(pán)一般必須在20ms內(nèi)應(yīng)答確認(rèn)命令字0FAH:(1)當(dāng)PC機(jī)發(fā)送ECHO指令(0EEH),鍵盤(pán)回應(yīng)以ECHO(0EEH),表示通信正常;(2)當(dāng)PC機(jī)要求重發(fā)數(shù)據(jù)時(shí),鍵盤(pán)重發(fā)上次發(fā)送的數(shù)據(jù)。

2 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)通過(guò)鍵盤(pán)接口與PC機(jī)通信構(gòu)思及實(shí)例

2.1 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)通過(guò)鍵盤(pán)接口與PC機(jī)通信的構(gòu)思

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)通過(guò)鍵盤(pán)接口與PC機(jī)通信必須嚴(yán)格按照鍵盤(pán)與PC機(jī)通信的時(shí)序要求并且按照命令字進(jìn)行應(yīng)答。當(dāng)系統(tǒng)上電復(fù)位時(shí),單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)通過(guò)鍵盤(pán)接口發(fā)送0AAH,模擬鍵盤(pán)自檢完成信息。之后,單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)檢測(cè)鍵盤(pán)接口數(shù)據(jù)線上電平,若數(shù)據(jù)線電平被PC機(jī)拉低,單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)入接收數(shù)據(jù)狀態(tài),按照?qǐng)D1時(shí)序接收命令信息或數(shù)據(jù)信息,單片機(jī)系統(tǒng)根據(jù)表1對(duì)接收信息予以解釋。當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)要發(fā)送數(shù)據(jù)或命令時(shí),按照?qǐng)D1時(shí)序發(fā)送信息,命令字則按表1的定久發(fā)送,PC機(jī)操作系統(tǒng)能識(shí)別這些鍵盤(pán)命令并進(jìn)行相應(yīng)的操作。而發(fā)送的數(shù)據(jù)則模擬鍵盤(pán)上各鍵的編碼,PC機(jī)操作系統(tǒng)可將編碼解釋為對(duì)應(yīng)的鍵盤(pán)字符。在PC機(jī)端通信程序中,根據(jù)接收到的字符串執(zhí)行相應(yīng)的操作,這樣就省去了編寫(xiě)將PC機(jī)端接收到的二進(jìn)制流解釋為相應(yīng)字符的程序。

2.2 實(shí)例

在一個(gè)溫度測(cè)量單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中,要求定時(shí)將測(cè)得的溫度信息顯示在PC機(jī)上。系統(tǒng)由3部分組成:溫度檢測(cè)部分、信號(hào)轉(zhuǎn)換部分、信號(hào)處理部分。外界溫度的測(cè)量通過(guò)集成化測(cè)溫元件AD590實(shí)現(xiàn)。AD590是一種電流型元件,其測(cè)溫范圍為-55℃~100℃,其分辨率為1μA/℃。經(jīng)過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換部分(由標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)放電路和A/D元件組成)將電流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。輸出結(jié)果送入89C51的I/O口,經(jīng)程序處理后,將溫度信息轉(zhuǎn)換為字符串信息,經(jīng)鍵盤(pán)接口送入PC機(jī)。鍵盤(pán)接口的數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘線分別與89C51的P0口第7、8腳(P0.6、P0.7)相連。測(cè)量系統(tǒng)的供電直接取自鍵盤(pán)接口。

溫測(cè)系統(tǒng)通過(guò)鍵盤(pán)接口與PC機(jī)通信程序包括兩部分:PC機(jī)通信程序和單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)通信程序。PC機(jī)通信程序很簡(jiǎn)單:在C語(yǔ)言條件下,使用getchar函數(shù)接收數(shù)據(jù),接收到的是經(jīng)過(guò)操作系統(tǒng)解釋的字符。使用outport函數(shù)往鍵盤(pán)端口(60H)寫(xiě)數(shù)據(jù)。相比之下,單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)通信程序更為復(fù)雜,圖2為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)通信程序部分流程圖。



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