牛伟鹏，李泽阳，魏欣玮，郭春锋
(山西大众电子信息产业集团有限公司技术(研发)中心，山西 太原030051)
在互联网时期，电脑成为网络终端设备，不光是用于网络文娱和一般办公，更重要的是用于信息产出和交流。鼠标和键盘是电脑的两大输入设备，控制电脑的大部分操作使用。其中键盘的历史甚至比计算机还要久远。
近年，随着市场的转变和国内各元器件研制单位的研发水平的提高，国产电子元器件水平取得了长足发展，键盘类模块也取得了长远的进步。键盘类产品核心部件主要是处理器和其外围电路，目前国外市场上键盘控制芯片主要以台湾HOLTEK、美国Cypress为主，在国产化推进的大环境下，国产化键盘设备也随之提上日程。
本文主要是对该电路模块的各个部件进行研究，设计一款基于STC8H3K64U的国产化率100%、多功能通用键盘模块。
键盘通用模块由控制模块、控制软件、接口组件组成，控制模块是整个键盘的控制核心，主要负责按键扫描识别、编码和传输接口工作，它将各个键所表示的数字或字母转换成计算机可以识别的信号，最后通过接口组件实现与用户主机的通信。
键盘通用模块预留16×8行列矩阵，具有Num、Caps、Scroll状态指示灯、预留背光灯接口功能。设计有1个USB电气接口，1个PS2电气接口。其功能模块框图如图1所示。
图1 功能模块框图
1.1 控制处理模块
控制处理模块由单片机、静电保护电路、接口等组成，采用嵌入式微处理器完成按键扫描、处理及传输工作，通过USB/PS2接口协议传送数据。电路设计有静电保护防止高压静电击穿，提高整机抗静电性能。控制模块原理框图如图2所示。
图2 控制模块原理框图
1.2 供电电路设计
该模块的供电电路最主要的功能是为CPU及其元器件提供电能，保证模块的正常工作。
供电电路设计为低压差输出的三端稳压调整电路，5 V转换为3.3 V，所有电源共地设计。供电电路设计如图3所示。
图3 供电电路原理框图
1.3 静电保护电路设计
该模块的静电保护电路设计措施是在控制处理模块与键盘矩阵、接口连接端点处均设计有静电保护瞬态抑制二极管。静电保护电路设计如图4所示。
图4 静电保护电路原理框图
1.4 接口设计
嵌入式ARM微处理器内部支持USB2.0底层协议，可工作在全速和高速两种状态，通过差分信号线D+或D-的上拉电阻实现，同时设计有静电保护电路。
1.5 抗振动冲击设计
强烈的振冲易造成印刷电路板变形，元器件松动、接插件连接不可靠等断路或短路，为了增强电路板的抗振动、冲击的性能，必须减小在振动冲击时电路板内部的应力和应变，提高电路板的抗振强度，避免电路印制线路断裂、焊盘脱落。为此，该模块电路设计尽量缩小电路板的面积，对印制板中体积、质量大的易损元件用硅胶粘接处理，达到紧固元件、缓冲应力的目的；
信号连接接插件采用具有紧固功能的航空连接器达到加固的目的。
软件设计由单片机控制软件和上位机人机交互软件组成。其中单片机控制软件首先判断是否进入配置模式，若进入，则通过串口按照协议规定的格式来接收这些数据存储到EEPROM，按照协议规定，协议分为起始位、数据个数、数据位(行、列、键值)、校验位、结束位，键值按先行后列的顺序输入；
通过串口命令可设置运行模式和配置模式，其中运行模式的帧头为aa 01，配置模式的帧头为aa 02，当串口收到aa 01，程序执行配置模式，即开始解析串口发来的数据，并更新键值表，当串口收到aa 02，程序执行运行模式，即此时设备为标准的键盘设备。具体软件流程图见图5。
图5 软件流程图
该模块所配套的上位机可自定义行列大小、自定义键盘的键值、可自主切换键盘接口类型。行列数和键盘接口类型可在界面进行选择，按键键值顺序按先行后列的顺序按下对应的按键即可，最后点击配置按钮，即完成了该模块的配置。操作界面如图6所示。
图6 上位机操作界面
国产化多功能加固键盘模块已在产品中得到应用并验证其可行性，之后此模块可扩展应用到所内乃至国内要求的国产化键盘中，缩短了设计周期，提高了设计经济性与可靠性，为我国的国防事业建设做出贡献。
猜你喜欢键值框图电路设计非请勿进 为注册表的重要键值上把“锁”电脑爱好者(2020年18期)2020-09-26捷豹I-PACE纯电动汽车高压蓄电池充电系统（三）汽车维修技师(2019年7期)2020-01-16基于Multisim的单管共射放大电路设计与仿真分析电子制作(2019年22期)2020-01-14一种车用醉驾检测电路设计电子制作(2019年13期)2020-01-14Altium Designer在电路设计中的应用电子制作(2019年16期)2019-09-27负反馈放大电路设计电子制作(2019年23期)2019-02-23电路图2017年凯迪拉克XT5汽车维修技师(2018年11期)2018-05-11一键直达 Windows 10注册表编辑高招电脑爱好者(2017年9期)2017-06-01算法框图的补全中学生数理化·高一版(2017年1期)2017-04-25基于图表法构建《万有引力定律与航天》知识网络新高考·高一物理(2014年4期)2014-09-17