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1 系统设计
1.1 设计要求
（1）扩展键盘键位编码符合显示分系统的约定。
（2）扩展键盘与显示处理机通讯通过其异步串行接口来完成,波特率为9600 b/s （3）扩展键盘与显示处理机通讯的接口电平为RS232C标准。
（4）利用89C52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,实现键盘的全部硬件逻辑功能。 1.2 系统框图
图1-2是单片机系统中键盘系统的构成原理框图，列出了基于单片机的串行键盘系统框图，它主要由3个部分组成，他们分别是：串行接口模块、按键模块、单片机。串行键盘上的数据通过单片机锁存译码，处理好的数据通过串行接口与PC机相连，并在电脑上显示相应的数据。其中键盘接口芯片STC89C52是该子系统的核心部分，它应具备如下功能：第一，产生按键扫描时序，并进行软件去抖动。如果有按键按下，实现按键编码等功能。第二，可以区分处理数字键和功能键。对多个按键同时按下，按一定的编码优先级处理。第三，通过MAX232连接STC89C52芯片和计算机的串行通信口，计算机把程序从九针串口送到MAX232芯片，电平转换后送仅单片机串行口，单片机串行模块把数据送到程序区。
图1-2单片机框图
晶振 键盘 STC89C52 单片机 锁存 译码 PC 串行接口RS2-32 2 方案论证
2.1 单片机及外围电路 2.1.1单片机的选择
方案1：采用74LS244芯片
20个引脚的74LS244芯片带三态输出的8位锁存器，有8个输入端D1—D8及8个输出端Q1—Q8。用74LS244芯片可配合键盘使用，但是I/O口较少，无法实现更多按键的电路。
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方案2：使用8279芯片
40个引脚的8279芯片是由Intel于80年代首先推出的，参考资料较多，应用比较成熟。8279是一种通用的可编程键盘器件。其键盘部分提供一种扫描的工作方式，可以和具有64个触点的键控制阵列相连。其缺点是：元器件多，面积大，电路复杂，综合成本较高。
方案3：使用STC89C52芯片
40个引脚的STC89C52有高可靠性，超低价，低功耗等特点，需要额外的时钟电路，外接按键扫描需要下拉电阻。使用STC89C52芯片在系统中可编程，无需仿真，使用起来很方便。
考虑到成本和电路的简便程度，本设计采用的是STC89C52芯片进行设计。STC89C52芯片是我们熟悉的芯片，对其性能、引脚、电路的接法等在学习的过程中也有一定的了解，所以，选择STC89C52芯片在制作过程中也不会有太大的困难。 2.1.2键盘
键盘是微型计算机系统中最常用的人机对话输入设备。在单片机应用系统中为了控制系统的工作状态，以及向系统输入数据，应用系统设有按键或键盘。在计算机系统中，键盘有两种基本类型：编码键盘和非编码键盘。编码键盘本身除了按键以外，还包括产生编码的硬件电路，使用虽然方便，但价格较高，在一般单片机应用系统中很少采用。非编码键盘靠软件来识别键盘上的闭合键，由此得出键码，在单片机应用系统中普遍采用。
键盘分为独立式键盘接口电路和矩阵式键盘接口电路两种方式。 方案1：独立式键盘
独立式键盘就是一个按键对应一个端口输入，没一个按键都有一个按键电路来区分其是否有键按下。它们可以直接与单片机I/O线相接或通过输入口与数据线相接，结构简单。这些测试线相互独立无编码关系，因而键盘软件不存在译码问题，一旦坚持到某测试线上有键闭合，便可直接转入到相应的键功能处理程序进行处理。
方案2：矩阵式键盘
在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式，也就是常说的行列键盘-。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口（如P1口）就可以构成4*4= 16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9键）。由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些，列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机的I/O口作为输出端，而列线所接的 I/O口则作为输入。这样，当按键没有按下时，所有的输出端都是高电平，代表无键按下。行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被
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拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了。因此，本设计采用的是矩阵式键盘。 2.1.3按键消抖
键盘按键一般采用触点式按键开关，按键本身是机械开关，当按键背按下或释放时，按键触点的弹性会产生一种抖动现象。即当按键按下时，触点不会迅速可靠地接通；当按键释放时，触点也不会立即断开，而是要经过一段时间的抖动才能稳定下来。抖动时间视按键材料的不同一般在5~10ms之间。
按键稳定闭合时间的长短则是由操作人员的按键动作决定的,一般为零点几秒至数秒。键抖动会引起一次按键被误读多次。为确保CPU对键的一次闭合仅作一次处理,必须去除键抖动。在键闭合稳定时读取键的状态,并且必须判别到键释放稳定后再作处理。按键的抖动有硬件或软件两种方案。
方案1：硬件电路消除法
硬件消抖可利用RS触发器来吸收按键的抖动，其硬件电路接法如下图。一旦有键按下时，触发器就立即翻转，触点的抖动便不会再对输出产生影响，按键释放时也是这样。如图2-1-3硬件电路：
方案2：软件延时法
常用软件方法去抖,即检测出键闭合后执行一个延时程序,产生5ms～10ms的延时,让前沿抖动消失后再一次检测键的状态,如果仍保持闭合状态电平,则确认为真正有键按下。当检测到按键释放后,也要给5ms～10ms的延时,待后沿抖动消失后才能转入该键的处理程序。
本设计采用的是软件延时法。 2.2 波特率的选择
在异型机种的串行通讯中，当规定了传输速率后，MCS-51/52单片机系统中选取适
图2-1-3硬件电路
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-51/52单片机串行接口工作在方式0时，其
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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2SMOD/64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： 定时器1溢出率=定时器1的计数速率/（256-X） 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：
定时器1溢出率=定时器1的计数速率/（256-X）
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:
波特率={2SMOD/32}*（晶振频率/12）*{1/（256-X）} =（2SMOD*晶振频率）/[32*12*（256-X）]
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:
波特率=2*12*104/{32*12*（256-x）}=9600b/s
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为：
波特率1=2*12*104/{32*12*（256-250）}=10416.67b/s 波特率误差1=（9600-10416.67）/9600=-8.5%
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。
通过上面的公式，我们要得到9600 的波特率，晶振为11.0592M 和12M，定时器1 为模式2，SMOD 设为1，分别看看那所要求的TH1 为何值。代入公式： 11.0592M
9600＝(2÷32)×((11.0592M/12)/(256-TH1)) TH1＝250 12M
9600＝(2÷32)×((12M/12)/(256-TH1)) TH1≈249.49
上面的计算可以看出使用12M 晶体的时候计算出来的TH1 不为整数，而TH1 的值只能取整数，这样它就会有一定的误差存在不能产生精确的9600 波特率。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
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