基于单片机89C51的异步串行接口键盘设计

2　电路设计

扩展键盘由以下几部分组成：

①单片机89C51及时钟、复位电路。
②TTL电平到RS232C电平转换芯片ICL232CPE，此芯片只需直流＋5 V电源。
③工作指示电路。
④键位阵列部分(8×13)。

扩展键盘电原理图如图2所示。

3 89C51的结构与性能特点

89C51是MCS-51系列单片机的典型产品之一。其内部具有的硬件资源如图3所示。

①4 kB可编程的E²PROM。
②面向控制的8 b CPU。
③128 B内部RAM数据存贮器。
④32 b双向输入/输出线。
⑤1个全双工的串行口。
⑥2个16 b定时器/计数器。
⑦5个中断源，2个中断优先级。
⑧时钟发生器。
⑨可以寻址64 kB的程序存贮器和64 kB的外部数据存贮器。

该键盘利用了89C51的片内E²PROM作为程序存贮器，避免外扩存贮器占用单片机的输入/输出口资源；利用P3口的第二功能完成异步串行通讯功能；用一片ICL232CPE作为接口电平转换芯片，便实现了键盘的全部硬件逻辑。硬件少，可靠性高。整个键盘采用＋5 V直流电源；电路与键位阵列分离设计。本键盘还克服了以往键盘设计中键位少、不通用等缺点。

4　软件功能流程图

软件实现键位扫描、消除抖动、键码转换、键码发送等功能。另外软件也实现了换档、按键连发功能。软件功能流程图如图4所示。

5　应用中应注意的问题

在异型机种的串行通讯中，当规定了传输速率后，MCS-51单片机系统中选取适当的晶体振荡频率至关重要。他与串行接口的工作方式、电源控制寄存器PCON的SMOD位、定时器T1一起决定着通讯的成败。MCS-51单 片机串行接口工作在方式0时，其波特率固定不变，其大小为：晶振频率/12。此方式为同步方式；工作在方式2时为异步方式，其波率为晶振频率：①SMOD=0时，波特率为：晶振频率/64；②当SMOD＝1时，波特率为：晶振频率/32；串行接口工作方式为1，3时为异步方式且其波特率是可变的，除了与SMOD位的取值有关外，主要取决于定时器1的溢出率。波特率可由下式确定：
 

而定时器1的溢出率又由计数速率和定时时间预置数X决定，即：


此时T1工作方式2，即8位自动装载方式。这种方式可以避免通过中断服务程序来重新装入初值，所得波特率也比较精确。式中X即为在TH1和TL1中装入的初始计数值。定时器1的计数速率与定时器工作方式的选择有关。当选定T1为定时工作方式时，其计数输入脉冲为内部时钟信号，即每个机器周期使寄存器值加1。而每个机器周期为12个振荡周期，故计数速率为晶振频率的1/12。因此



由于本扩展键盘与显示处理机的串行通讯为异步方式，所以设置他的串行接口的工作方式为方式1，定时器1的工作方式为方式2。再根据波特率要求(9 600 b/s)求他的预置值。若系统晶体的振荡频率12 MHz时，当SMOD选为1时，TH1，TL1的初值计算如下：


解上式可得：X₁＝250(FAH)或X₂＝249(F9H)

将X置入TH1，TL1时，波特率发生器产生的实际的传输速率为：

 

或　波特率2＝8 928.57 b/s，波特率误差2＝7％

无论置入哪个数，PC机与单片机之间均无法完成正常的通讯。

若采用11.059 2 MHz晶振，按照上面公式计算出X＝250 FAH，实际的传输速率为9 599.83 b/s，其误差为0.001 77％，PC机与单片机的通讯可正常进行。

另外，SMOD位的选择有时也能影响波特率的误差。

因此在波特率设置时，对SMOD位的选取也需慎重考虑。

设计按键阵列时，应采用标准键盘的导电橡胶薄膜按键阵列，避免使用寿命短、常出现接触不良现象的老式键。

6　结语

此键盘功能设计还可进一步细化，如实现大写锁定、小键盘锁定等。由于键盘与主机通讯数据量不大，故未采用USB口与主机通讯。稍加修改，完全可以用USB口与主机通讯。若此键盘用于一些不采用串行通讯的系统中时，可直接用TTL电平相连，省掉ICL232CPE芯片，电路更简单，且P3口可采用并行输出。

参考文献

［1］何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计［M］.北京：北京航空航天大学出版社，1990.
［2］张友德.单片微型机原理、应用与实验［M］.上海：复旦大学出版社，2000.
［3］何立民.单片机应用技术选编(1)［M］.北京：北京航空航天大学出版社，1992