引 言
在一些自动化测量或智能设备中，微机作为控制中枢，对多个功能单元进行控制与管理，以实现仪器设备的系统功能。键盘是人机通信的基本设备，操作者通过它完成对设备的操控。 PC 机通用键盘是与主机分开的独立设备，其结构外形已经固定，需要较大的安装空间。但在所研制的产品设备中，系统上 电运行 后，往往只需通用键盘中的少量按键即可完成人机通信或控制，如数字键 O ～ 9 、→、←、↑、↓、 Esc 等按键。在这种情况下，因为结构尺寸的限制，并为了使操控方便、设备简化等，不便采用通用键盘，而需使通用键盘小型化，并且与产品设备融为一体。因此需要研制小型一体化专用键盘。
采用小型一体化专用键盘不但可完成按键的功能，而且要求根据仪器外形进行一体化优化设计，使产品外型美观、布局合理。小型一体化专用键盘不仅适用于一般的仪器控制系统，而且可以用于军工加固计算机系统中。军工产品中的微机多为加固 PC 类计算机，其采用 PC 机通用键盘。本文以 PC 机通用键盘为例，阐述研制小型一体化专用键盘的方法。
1 设计原理
PC 机通用键盘通过“ PS ／
2 ” 5 芯电缆与主机相连。该 5 芯电缆是键盘与主机之间信息与数据传输的路径，定义如下： 1 端， RESET ； 2 端， +5 V ； 3 端， CLOCK ； 4 端，地； 5 端，按键波形。其中 1 、 2 、 4 端的信号由主机内部确定； 3 端为时钟信号 CLOCK ； 5 端为按键波形，此波形随按下按键的不同而变化。
采用本文介绍的 单片机 控制系统和软件编程的方法，可以准确模拟按键波形，使小型专用键盘的按键波形与 PC 机通用键盘对应按键波形一致。具体方法如下：首先用示波器测出 PC 机通用键盘各按键按下时的波形，并保存起来；然后用单片机控制系统和软件编程模拟出各按键的 CLOCK 波形和按键波形，并确保各按键的 CLOCK 波形和按键波形时序匹配、形状逼真，再将按键信息通过 5 芯电缆传输给主机。所选按键可根据需要安装在产品的面板上等易于操作的地方。当操作者 按下某键时 ，单片机控制系统产生相应的 CLOCK 波形与按键波形送给主机，实现按键功能。这样就完成了小型专用键盘的设计。
2 硬件电路及软件
2 ． 1 单片机 控制电路
采用 单片机 系统实现小型专用键盘的硬件电路，如图 1 所示，设计完成的小型专用键盘的按键有 18 枚，排成 6 行× 3 列的矩阵。单片机可根据需要安装在主机内部的接口板上，按键则安装在产品的面板等易操作的地方。当按下某按键时，单片机控制系统将产生的 CLOCK 信号与按键信号通过“ PS ／
2 ” 5 芯电缆传送给主机。此硬件电路简单，可充分利用软件编程来模拟按键波形，实现键盘功能。系统要判断某一按键是否按下，可以利用软件逐一查询 6 行× 3 列矩阵中的按键，然后输出相应的按键模拟波形，从而实现按键功能。
2 ． 2 举 例
下面以按键“
8 ”为例，说明如何从 PC 机通用键盘中“取出”所需按键，并保持各按键功能，形成小型专用键盘。首先用示波器测出在 PC 机通用键盘上按下“
8 ”键时， 5 芯键盘通信电缆的 3 端和 5 端的波形。按键“
8 ”的波形测量波形如图 2 所示。
示波器通道 1 指示信号电缆 3 端的 CLOCK 波形，通道 2 为电缆 5 端的按键“
8 ”的波形。用 单片机 软件编程模拟图 2 所示波形。按照图 1 所示硬件电路，编程使单片机
89C 51 的 P2 ． 4 端产生 CLOCK 波形， P2 ． 6 端产生按键波形； P2 ． 4 端与 5 芯键盘电缆的 3 端相连， P2 ． 6 端与电缆的 5 端相连。当操作者按下产品面板上的“
8 ”键时，程序执行模拟“
8 ”键波形的子程序，并将模拟出的波形传送给主机，这样就完成了按键“
8 ”的设计。用同样的方法，可以设计出小型专用键盘上其他按键。
3 设计中要注意的问题
3 ． 1 准确地模拟按键波形
每一枚按键的波形包括电缆 3 端的 CLOCK 波形与电缆 5 端的按键波形。各按键的 CLOCK 波形相同，如图 2 所示通道 1 的波形，由 10 个脉宽为 40 μ s 且间隔也为 40 μ s 的脉冲和 1 个脉宽为 500 μ s 的脉冲形成 CLOCK 波形；而 5 端的按键波形则因按键的不同而各异。要准确地模拟按键波形并使之时序匹配，即准确地计算出脉冲的宽度，必须精确地计算出时间常数，做好延时程序。如果 单片机 控制电路采用 12 MHz 晶振，则一个机器周期为 1 μ s ，时间常数 X 的计算公式为：
( 循环体字节数 ) ×机器周期×时间常数 X= 延时时间
在上式中，循环体字节数、机器周期、延时时间都已知，则时间常数 x 易求得。例如，延时 1 ms 程序如下：
利用上面公式可得到： (1+1+2) × 1 × X 一 1 000 μ s 则 X=250 μ s ，将其带入上面的程序段中，执行该段程序，能实现 1 ms 精确延时。准确地计算出时问常数，精确地实现延时，就能确保模拟波形的准确性。 3 ． 2 按键的抖动问题
凡有按键操作的系统，在设计中一般都要考虑按键的去抖。由于按键的机械触点有弹性作用，在闭合及断开瞬间均有抖动过程，抖动的时间长短与开关的机械特性有关，一般为 5 ～ lO ms 。为了保证按键的 1 次闭合仅作 1 次按键输入处理，就必须消除按键抖动对系统的影响。
采用软件编程消除按键抖动影响的方法是：当检测到某一按键按下时，执行相应模拟按键波形的子程序后，应再判断该键是否弹起，若没有弹起则等待，直至按键弹起；按键弹起后，延时 20 ms 再继续执行后面的程序，以消除按键抖动现象。
3 ． 3 同行多个按键同时有效的问题
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