關(guān)鍵詞： 嵌入式；usb；數(shù)控鍵盤；wince

引言

隨著網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來，機(jī)械制造行業(yè)也面臨著如何適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化制造的問題。于是將計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和傳統(tǒng)的控制技術(shù)相結(jié)合，以嵌入式系統(tǒng)為主的數(shù)控系統(tǒng)正日益成為機(jī)械制造領(lǐng)域的熱點(diǎn)。對(duì)于一個(gè)具體的數(shù)控系統(tǒng)，在通過鍵盤作為人機(jī)交互工具時(shí)，按鍵的數(shù)目與功能上與其他的數(shù)控系統(tǒng)是不同的，實(shí)時(shí)性和高速率是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)所重視的，usb數(shù)控鍵盤相對(duì)于傳統(tǒng)的ps/2鍵盤具有高速率、支持熱插拔、可靈活配置等特點(diǎn)，所以要為嵌入式數(shù)控設(shè)備研發(fā)出通用的數(shù)控鍵盤，來滿足現(xiàn)代化數(shù)控系統(tǒng)的需求。具體設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)(圖1)有四個(gè)模塊組成：鍵盤模塊、usb接口模塊、usb和mcu通信模塊。usb數(shù)控鍵盤不需要顯示模塊，在實(shí)驗(yàn)中為了便于觀察結(jié)果，采用了1602液晶顯示器，來顯示鍵值和通信的狀態(tài)。at89s55單片機(jī)和zlg7290均采用上電復(fù)位電路，減少系統(tǒng)的不必要開支，整個(gè)電路的供電采用usb供電，有效的減少了電源干擾。

zlg7290鍵盤模塊

zlg7290鍵盤編碼顯示芯片具有i2c總線接口功能并可直接驅(qū)動(dòng)8 位共陰式數(shù)碼管(或64 只獨(dú)立的led)，同時(shí)還可以掃描管理多達(dá)64 只按鍵，其中有8 只按鍵還可以作為功能鍵使用。zlg7290 內(nèi)部還設(shè)置有連擊計(jì)數(shù)器，能夠使鍵按下后不松手而連續(xù)有效。并提供鍵盤中斷信號(hào)，方便與處理器接口；可檢測(cè)每個(gè)按鍵的連擊次數(shù)，并具有鍵盤去抖動(dòng)處理、雙鍵互鎖處理等功能。

在設(shè)計(jì)的過程中可以連接64個(gè)按鍵，但是在試驗(yàn)的過程中，選取了具有代表性的4個(gè)按鍵，其中有一個(gè)功能鍵f1，如圖2所示。電路中晶振是4mhz，能夠穩(wěn)定地工作。mcu的地線一定要與zlg7290的地線相連接，避免i2c通信故障，使得i2c通信順暢。

圖2 鍵盤電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖

i2c 總線的器件sda 和scl 引腳都是漏極開路(或集電極開路)輸出結(jié)構(gòu)。因此實(shí)際使用時(shí)，它們都必須要加上拉電阻。上拉電阻一般取值3~10kw。

usb接口模塊

usb 通過4線電纜接入主機(jī), 這4 條線分別為: vcc(總線電源)、gnd(地線)、d+和d-(數(shù)據(jù)線)。d12dm和d12dp分別連接到pdiusbd12芯片的 d- 和 d+引腳。d+和d- 線上必須串接18w+1%的精密電阻,d+和d- 線必須分別用1mw的上拉電阻(3.3v)和下拉電阻,usb接口的vbus為來自pc機(jī)的+5v電源，用于供給zlg7290、mcu和pdiusbd12的電源，vcc和gnd分別接2個(gè)電感，起到電源的濾波作用。

pdiusbd12和mcu通信模塊

sbd12是philips(編者注：現(xiàn)獨(dú)立為nxp)公司的一款特點(diǎn)突出的usb接口芯片，它支持多路復(fù)用、非多路復(fù)用和dma并行傳輸。pdiusbd12需要外接mcu來進(jìn)行協(xié)議處理和數(shù)據(jù)交換。

pdiusbd12完全遵從usb1.1協(xié)議，它內(nèi)部集成有串行接口引擎(sie)、fifo存儲(chǔ)器、收發(fā)器以及電壓調(diào)整器。還有softconnecttm、pll鎖相環(huán)、可編程的時(shí)鐘輸出、低頻晶振、終止寄存器和goodlinktm，以及并行和dma傳輸。

由t89s55 和pdiusbd12 構(gòu)成的接口電路如圖3所示，在此at89s55沒有畫出，但是d12與mcu的連接都已標(biāo)出。 pdiusbd12 的8 位并行數(shù)據(jù)接入at89s55的p0口，設(shè)計(jì)電路中只有d12一個(gè)外部總線擴(kuò)展電路，那么d12 的a0引腳可通過10kw電阻到地。d12 的ale引腳與mcu的ale引腳相連。振蕩電路采用6mhz，經(jīng)過d12內(nèi)部倍頻電路以后，實(shí)際d12內(nèi)部時(shí)鐘為24mhz。注意兩個(gè)電容值的大小是不一樣的，采用22pf和68pf的。

圖3 pdiusbd12與mcu通信電路

gl_n通過一個(gè)電阻和紅色led串聯(lián)到vcc。當(dāng)usb設(shè)備枚舉成功后,該led常亮，當(dāng)pc機(jī)與d12有數(shù)據(jù)通信時(shí)，該led閃爍。因?yàn)闆]有用到d12的dma功能,所以dmack_n 和eot_n 必須接上拉電阻，int_n也要通過電阻上拉到vcc，因?yàn)檫@個(gè)引腳是開漏的。

系統(tǒng)軟件

軟件設(shè)計(jì)包括zlg7290控制程序、i2c通信程序、usb固件程序、在wince下usb host驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序。各部分采用模塊化程序設(shè)計(jì)，便于升級(jí)和維護(hù)。wince下usb數(shù)控鍵盤的驅(qū)動(dòng)程序與硬件平臺(tái)關(guān)聯(lián)很少，usb數(shù)控鍵盤在wince操作系統(tǒng)下具有通用性，并且該鍵盤的按鍵數(shù)目根據(jù)用戶的要求可以剪裁，功能也可以在程序設(shè)計(jì)中定制，可以滿足不同數(shù)控系統(tǒng)的需求。

i²c通信程序

在程序設(shè)計(jì)時(shí)要注意：數(shù)據(jù)線sda 的電平狀態(tài)必須在時(shí)鐘線scl 處于高電平期間保持穩(wěn)定不變，s