用單片機(jī)進(jìn)行全電動(dòng)注塑機(jī)鍵盤的改裝設(shè)計(jì)

1、用單片機(jī)進(jìn)行全電動(dòng)注塑機(jī)鍵盤的改裝設(shè)計(jì)鐘漢如，劉輝杰，張賢寶（華南大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，廣東廣州；震德塑料機(jī)械有限公司，廣東佛山）。（。，；，）摘要：通過(guò)一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例，在全電動(dòng)注塑機(jī)的人機(jī)界面中實(shí)現(xiàn)了注塑機(jī)工藝執(zhí)行按鍵和標(biāo)準(zhǔn)雙重輸入鍵盤。給出了涉及到的單片機(jī)外圍接：電路的設(shè)計(jì)，采用了串口、口和行列式鍵盤等以及相關(guān)的通訊協(xié)議，最后給出了軟件設(shè)計(jì)方法。關(guān)鍵詞：鍵盤；單片機(jī)；全電動(dòng)注塑機(jī)中圖分類號(hào)：文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：文章編號(hào)：（）：，：；一收稿日期：基金項(xiàng)目：年粵港關(guān)鍵領(lǐng)域重點(diǎn)突破項(xiàng)目（）；年廣東佛山關(guān)鍵領(lǐng)域重點(diǎn)突破項(xiàng)目（廣東省佛山市專項(xiàng)）（）引言在注塑行業(yè)，全電動(dòng)注塑機(jī)在控制性能、生產(chǎn)效率、節(jié)能效果及

2、清潔環(huán)保等方面有著優(yōu)異的表現(xiàn)，成為各公司研究的重點(diǎn)。鍵盤在人機(jī)交互（）界面中是一種應(yīng)用最為廣泛的輸入設(shè)備。震德塑料機(jī)械有限公司研發(fā)的新型全電動(dòng)注塑機(jī)，伺服系統(tǒng)采用控制系統(tǒng)，其配套鍵盤價(jià)格昂貴，不能應(yīng)用于其它型號(hào)注塑機(jī)，所以有必要設(shè)計(jì)一種價(jià)格便宜，通用性強(qiáng)的鍵盤。單片機(jī)由于其價(jià)格低、處理能力強(qiáng)，在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛使用。公司的基于精簡(jiǎn)指令集（）的系列微控制器正是這樣一種高效率低價(jià)格單片機(jī)。單片機(jī)選用公司的。鍵盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的鍵盤控制電路安裝在按鍵面板上。按鍵面板采用震德公司的，使用微動(dòng)開關(guān)和薄膜設(shè)計(jì)，可以防止油污、灰塵和液體的進(jìn)入。由薄膜面板引出根數(shù)據(jù)排線，使用根行線，根列了帶速度反饋的閉環(huán)控制。參考

3、文獻(xiàn)：卓晴，等學(xué)做智能車：挑戰(zhàn)“飛思卡爾”杯北京：北京航空航天大學(xué)出版社，邵貝貝單片機(jī)嵌入式應(yīng)用的在線開發(fā)方法北京：清華大學(xué)出版社，程亞龍。周怡君基于傳感器的智能車路徑識(shí)別研究口機(jī)械制造與研究，。（）：卓晴。等基于面陣的賽道參數(shù)檢測(cè)方法電子產(chǎn)品世界，（）：作者簡(jiǎn)介：馬艷（一），女，山東煙臺(tái)人，講師，碩士，研究方向?yàn)榭刂评碚摵椭悄芸刂?。機(jī)械與電子（）萬(wàn)方數(shù)據(jù)線，也就意味著在與單片機(jī)連接時(shí)只能采用的行列式鍵盤。鍵盤在面板上按鍵分成個(gè)部分：全電動(dòng)注塑機(jī)注塑工藝的執(zhí)行按鍵和人機(jī)界面的操作按鍵。各部分獨(dú)立工作，互不影響。執(zhí)行有按鍵個(gè)，包括全自動(dòng)、半自動(dòng)、手動(dòng)、開合模、射膠、熔膠和頂出等按鍵，與之對(duì)應(yīng)的有

4、個(gè)指示燈，指示注塑機(jī)當(dāng)前正在進(jìn)行的工藝狀態(tài)。人機(jī)界面的操作按鍵采用標(biāo)準(zhǔn)鍵盤，包括頁(yè)面切換、數(shù)字輸入、字符輸入、方向控制、確定和刪除等按鍵，將字母輸入與數(shù)字輸入采用復(fù)用的形式，簡(jiǎn)化了標(biāo)準(zhǔn)按鍵，共使用了個(gè)按鍵，卻不影響輸入功能的使用。硬件設(shè)計(jì)全電動(dòng)注塑機(jī)鍵盤完成注塑工藝的輸入控制和標(biāo)準(zhǔn)鍵盤碼的信息輸入。按照注塑工藝的要求，從面板輸入控制操作，單片機(jī)接收到信號(hào)，按照控制器提供的通信協(xié)議，通過(guò)口發(fā)送到。接受到命令就執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，然后反饋一個(gè)執(zhí)行信息，單片機(jī)接受到此信息后點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)的指示燈。如果需要設(shè)定或者修改工藝參數(shù)，用標(biāo)準(zhǔn)按鍵鍵入相關(guān)信息，然后按照標(biāo)準(zhǔn)鍵盤的碼值通過(guò)發(fā)送到上位機(jī)。結(jié)構(gòu)原理如圖所示。圖

5、結(jié)構(gòu)原理全電動(dòng)注塑機(jī)鍵盤的電路設(shè)計(jì)主要包括行列式按鍵電路，用于執(zhí)行按鍵鍵碼和燈代碼傳送的接口電路，用于標(biāo)準(zhǔn)按鍵代碼傳送的接口電路以及串入并出的燈驅(qū)動(dòng)電路。行列式按鍵電路將用于按鍵的行信號(hào)，和，用于按鍵的列信號(hào)。行線加二極管防止信號(hào)干擾，列線通過(guò)上拉電阻接電壓。單片機(jī)對(duì)行信號(hào)輸出高電平，通過(guò)查詢的方式，依次拉低行信號(hào)，讀取各列信號(hào)，由行信號(hào)和列信號(hào)，獲知按鍵行列式鍵值，再通過(guò)串口發(fā)送該鍵值對(duì)應(yīng)的鍵碼。執(zhí)行按鍵鍵碼通過(guò)串口發(fā)送到。的（）和（）個(gè)引腳經(jīng)機(jī)械與電子）（）過(guò)芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。，如圖所示。個(gè)燈指示個(gè)按鍵狀態(tài)，如果采用單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)必將占用大量的口資源，本設(shè)計(jì)采用串入并出的移位寄存器驅(qū)動(dòng)，在

6、移位時(shí)鐘的配合下，通過(guò)串行數(shù)據(jù)線把各的狀態(tài)輸入到移位寄存器中，然后利用鎖存時(shí)鐘，輸出。寄存器采用三菱公司的，可以實(shí)現(xiàn)位串人并出驅(qū)動(dòng)燈。將塊移位寄存器串聯(lián)，即可滿足驅(qū)動(dòng)個(gè)燈的要求，同時(shí)只用到了單片機(jī)個(gè)口，節(jié)省了大量資源。用于串行數(shù)據(jù)信號(hào)，用于移位時(shí)鐘信號(hào)，用于鎖存時(shí)鐘信號(hào)，用于復(fù)位信號(hào)，如圖所示。：隈蔚廣一犀圖外圍接口電路連接圖標(biāo)準(zhǔn)按鍵采用接口與上位機(jī)進(jìn)行通訊。接口連接器的管腳使用腳，接口定義使用個(gè)引腳就可以保證物理連接，它們分別是（時(shí)鐘腳）、（數(shù)據(jù)腳）、（電源腳）和（電源地）。其中是由上位機(jī)主機(jī)提供給外設(shè)的電源，和都是具有集電極開路性質(zhì)的雙向信號(hào)線。通信協(xié)議及程序流程單片機(jī)通過(guò)口發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)按鍵鍵

7、碼，通過(guò)串口發(fā)送執(zhí)行按鍵鍵碼并通過(guò)串口接收顯示命令。標(biāo)準(zhǔn)鍵盤代碼，此代碼是指采用第套掃描碼集所規(guī)定的碼值來(lái)編碼。用于標(biāo)準(zhǔn)鍵盤與上位機(jī)之間的通訊中所接收和響應(yīng)的代碼。使用標(biāo)準(zhǔn)按鍵可產(chǎn)生此代碼，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)界面中界面的更換和相關(guān)工藝參數(shù)的設(shè)定和修改。當(dāng)設(shè)備等待發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它首先檢查（時(shí)鐘腳）以確認(rèn)其是否為高電平。如果是低電平，則認(rèn)為是機(jī)抑制了通訊，此時(shí)它必須緩沖需要發(fā)送的數(shù)據(jù)直到重新獲得總線的控制權(quán)。如果（時(shí)鐘腳）為高電平，設(shè)備便開始將數(shù)據(jù)發(fā)送到機(jī)。一般都是由設(shè)備產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。發(fā)送時(shí)一般都萬(wàn)方數(shù)據(jù)是按照數(shù)據(jù)幀格式順序發(fā)送。其中數(shù)據(jù)位在（時(shí)鐘腳）為高電平時(shí)準(zhǔn)備好，在（時(shí)鐘腳）的下降沿被機(jī)讀入。設(shè)備到機(jī)

8、的通訊時(shí)序如圖所示引。圖設(shè)備到機(jī)的通信時(shí)序其中鍵盤碼分為通碼（）和斷碼（）。通碼是按鍵接通時(shí)所發(fā)送的編碼，用位十六進(jìn)制數(shù)來(lái)表示，斷碼通常是按鍵斷開時(shí)所發(fā)送的編碼，用位十六迸制數(shù)來(lái)表示，前位為“”，后兩位為對(duì)應(yīng)的通碼值川。執(zhí)行按鍵代碼指執(zhí)行按鍵與的通訊中所接收和響應(yīng)的代碼。與標(biāo)準(zhǔn)按鍵代碼的區(qū)別是，它實(shí)現(xiàn)注塑機(jī)的工藝控制動(dòng)作，因此依賴于外部與執(zhí)行動(dòng)作的通信協(xié)議。本文中全電動(dòng)注塑機(jī)采用公司的，使用串口通訊時(shí)參數(shù)配置為：，無(wú)硬件流，無(wú)軟件流。鍵碼幀格式：式中命令字節(jié)的取值（為按鍵按下；為按鍵持續(xù)按下；為釋放按鍵；為按鍵碼值）顯示命令代碼用于顯示執(zhí)行按鍵的工作狀態(tài)，同樣依賴于執(zhí)行動(dòng)作的通信協(xié)議。代碼在傳

9、送時(shí)與執(zhí)行按鍵代碼使用同一個(gè)串口，參數(shù)設(shè)置也完全相同。串口接收到的代碼幀格式：式中詫取值一，代表第阼組代表每組中各個(gè)的狀態(tài)（為亮，為熄）在內(nèi)，鍵盤若無(wú)接收到命令刷新，自動(dòng)熄滅。無(wú)論是執(zhí)行按鍵鍵碼發(fā)送到，還是收到信息后回復(fù)燈點(diǎn)亮信號(hào)，都是通過(guò)串口發(fā)送或接收，對(duì)的通信模塊哺進(jìn)行操作。綜上所述，可以歸結(jié)出程序流程如圖所示。鬯堡竺哆三執(zhí)行按鍵標(biāo)準(zhǔn)按鍵焉葫工二二二二二三初始口型號(hào)型型廠妒年再五麗簦鱟壁墼坼觜代碼等待釋放發(fā)送代碼望旦圖程序流程結(jié)束語(yǔ)其創(chuàng)新點(diǎn)是在全電動(dòng)注塑機(jī)中，實(shí)現(xiàn)了基于單片機(jī)的工藝執(zhí)行和標(biāo)準(zhǔn)按鍵雙重輸入鍵盤，并使用串人并出移位寄存器實(shí)現(xiàn)燈的按鍵狀態(tài)指示。實(shí)現(xiàn)了替代控制系統(tǒng)中價(jià)格昂貴的專用鍵

10、盤。此設(shè)計(jì)方法可應(yīng)用于其它具有鍵盤控制和人機(jī)界面信息交互的工業(yè)控制系統(tǒng)中。參考文獻(xiàn)：劉篤仁軟硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)：基于系列北京；電子工業(yè)出版社，劉和平單片機(jī)實(shí)用軟件與接口技術(shù)語(yǔ)言及其應(yīng)用北京：北京航空航天大學(xué)出版社，趙彥強(qiáng)，方潛生用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)多鍵盤掃描微機(jī)發(fā)展（）；彭樹生。莊志鴻趙惠昌單片機(jī)原理及應(yīng)用北京：機(jī)械工業(yè)出版社，徐曉，汪道輝標(biāo)準(zhǔn)鍵盤與單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)中國(guó)測(cè)試技術(shù)，（）：王戈，等標(biāo)準(zhǔn)機(jī)鍵盤在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)代制造工程。（）：李秀梅，李學(xué)華，陸坤協(xié)議的研究及其在單片機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用微型機(jī)與應(yīng)用，（）：張明峰單片機(jī)入門與實(shí)戰(zhàn)北京：北京航空航天大學(xué)出版社，作者簡(jiǎn)介：鐘漢如（），男，廣東龍川人，教授

11、，工學(xué)博士，研究方向?yàn)闄C(jī)械裝備控制理論與應(yīng)用機(jī)械與電子（）美桑萬(wàn)方數(shù)據(jù) 用單片機(jī)進(jìn)行全電動(dòng)注塑機(jī)鍵盤的改裝設(shè)計(jì)作者：鐘漢如， 劉輝杰， 張賢寶， ZHONG Han-ru， LIU Hui-jie， ZHANG Xian-bao作者單位：鐘漢如,劉輝杰,ZHONG Han-ru,LIU Hui-jie(華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院,廣東,廣州,510640 ， 張賢寶,ZHANG Xian-bao(震德塑料機(jī)械有限公司,廣東,佛山,528300刊名：機(jī)械與電子英文刊名：MACHINERY & ELECTRONICS年，卷(期：2009，(2引用次數(shù)：0次參考文獻(xiàn)(8條1. 劉篤仁 PIC軟硬

12、件系統(tǒng)設(shè)計(jì):基于PIC16F877X系列 20052. 劉和平 PIC16F87X單片機(jī)實(shí)用軟件與接口技術(shù)-C語(yǔ)言及其應(yīng)用 20023. 趙彥強(qiáng). 方潛生 用PIC16C54單片機(jī)實(shí)現(xiàn)多鍵盤掃描期刊論文-微機(jī)發(fā)展 1994(44. 彭樹生. 莊志鴻. 趙惠昌 PIC單片機(jī)原理及應(yīng)用 20025. 徐曉. 汪道輝 標(biāo)準(zhǔn)PS/2鍵盤與單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)期刊論文-中國(guó)測(cè)試技術(shù) 2005(16. 王戈. 黃忠全. 張根保. 張穎. 朱福益. 頡瑞昌 標(biāo)準(zhǔn)PC機(jī)鍵盤在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用期刊論文-現(xiàn)代制造工程2005(17. 李秀梅. 李學(xué)華. 陸坤 PS/2協(xié)議的研究及其在單片機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用期刊論文-微型

13、機(jī)與應(yīng)用 2003(28. 張明峰 PIC單片機(jī)入門與實(shí)戰(zhàn) 2004相似文獻(xiàn)(10條1.期刊論文 李伍元. LI Wu-yuan 淺談單片機(jī)非編碼鍵盤工作原理及設(shè)計(jì)方法 -科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)2009,19(2分析了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中鍵盤的工作原理,并就獨(dú)立式鍵盤和矩陣式鍵盤兩種非編碼鍵盤的結(jié)構(gòu)、工作方式及軟件編制進(jìn)行了比較和分析.2.期刊論文 趙琳娜. 王曉寧. 張瑞靜. ZHAO Lin-na. WANG Xiao-ning. ZHANG Rui-jing 利用單片機(jī)設(shè)計(jì)仿真鍵盤的原理及與PC機(jī)的通信 -內(nèi)蒙古民族大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）2005,20(2嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的飛速發(fā)展,使得工業(yè)領(lǐng)域

14、的自動(dòng)控制不再局限于使用單片機(jī),已采用功能強(qiáng)的微機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制.但是做為微機(jī)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)輸入設(shè)備鍵盤卻因體積大,按鍵多而不適合簡(jiǎn)單的現(xiàn)場(chǎng)控制,針對(duì)這一情況,筆者利用單片機(jī)設(shè)計(jì)了PC機(jī)仿真鍵盤,這種鍵盤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低廉,適合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的輸入控制,并與微機(jī)系統(tǒng)具有良好的兼容性.3.期刊論文 于印泉. 佴曉東. 王兆娟. Yu Yinquan. Nai Xiaodong. Wang Zhaojuan 單片機(jī)與PC鍵盤接口 -內(nèi)燃機(jī)車2000(5單片機(jī)在應(yīng)用中常使用的鍵盤為非標(biāo)準(zhǔn)非編碼鍵盤,這類鍵盤一般價(jià)格較貴,且需要專門為其編寫上電復(fù)位、按鍵掃描、通信等程序,PC用鍵盤則恰恰相反,不但價(jià)格便宜,穩(wěn)定可

15、靠,而且是編碼鍵盤,可自動(dòng)掃描鍵盤并通過(guò)鍵盤用標(biāo)準(zhǔn)5芯插口發(fā)送按鍵的掃描碼.因此,用PC鍵盤或?qū)ζ浼右愿脑於鴳?yīng)用于單片機(jī)系統(tǒng)是一種很好的選擇.本文通過(guò)實(shí)例對(duì)PC鍵盤工作原理及接口做一介紹,并提供了通信用參考程序.4.期刊論文 湯曉君. 劉君華. 梁鴻生 MCS系列單片機(jī)P1口鍵盤顯示功能的實(shí)現(xiàn) -儀表技術(shù)與傳感器2002(11介紹了一種利用MCS系列單片機(jī)的P1口實(shí)現(xiàn)鍵盤顯示功能的設(shè)計(jì)方法.這種方法利用MCS系列單片機(jī)P1口的準(zhǔn)雙向口功能,向顯示驅(qū)動(dòng)器串行發(fā)送所需顯示的數(shù)據(jù),從按鍵接收電平信號(hào),通過(guò)軟件識(shí)別不同情況下按鍵碼的含義,以實(shí)現(xiàn)一鍵多功能.給出了鍵盤顯示系統(tǒng)的電路圖,介紹了一鍵多功能的

16、鍵盤設(shè)計(jì)方法.通過(guò)在內(nèi)燃機(jī)汽缸內(nèi)壁激光熱處理?xiàng)l紋寬度與厚度的檢測(cè)系統(tǒng)中應(yīng)用表明,MCS系列單片機(jī)的這種鍵盤顯示技術(shù)節(jié)省了系統(tǒng)資源,經(jīng)濟(jì)實(shí)用,穩(wěn)定性好,具有較高的使用價(jià)值.5.期刊論文 唐穎. 阮文海 基于單片機(jī)的硬件編碼鍵盤控制及顯示器接口電路設(shè)計(jì) -浙江樹人大學(xué)學(xué)報(bào)2004,4(1本文主要介紹編碼鍵盤接口芯片74922與單片機(jī)AT89C51及相關(guān)譯碼器構(gòu)成多鍵盤、多位數(shù)顯示接口電路(以44 鍵盤,8位數(shù)顯示接口為例.本電路克服了以往并行接口設(shè)計(jì)中占用較多I/O口且鍵盤控制編程較繁的缺點(diǎn),在構(gòu)成多按鍵和多數(shù)字顯示的較大規(guī)模單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中有參考和實(shí)用價(jià)值.6.期刊論文 張華. 吳斌. 劉曉明.

17、 劉宗行. 王妲. Zhang Hua. Wu Bin. Liu Xiaoming. Liu Zhonghang. Wang Heng PC機(jī)鍵盤通信協(xié)議及其在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn) -西南科技大學(xué)學(xué)報(bào)2001,16(2在單片機(jī)系統(tǒng)中,可能會(huì)用到標(biāo)準(zhǔn)的PC機(jī)鍵盤.標(biāo)準(zhǔn)PC機(jī)鍵盤有獨(dú)立的微處理器,它與主控制器的通信必須遵守嚴(yán)格的通信協(xié)議及時(shí)序關(guān)系,所傳送的數(shù)據(jù)也有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn).本文對(duì)標(biāo)準(zhǔn)PC/AT鍵盤接口的通信協(xié)議及傳輸時(shí)序進(jìn)行了研究,全面介紹了鍵盤掃描碼、系統(tǒng)命令碼及鍵盤響應(yīng)碼,解決了單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)PC鍵盤的問(wèn)題,給出了典型應(yīng)用實(shí)例.7.期刊論文 吳漢權(quán). 萬(wàn)宇杰. Wu Hanquan.

18、 Wan Yujie 基于AVR單片機(jī)的PS/2鍵盤接口擴(kuò)展技術(shù)應(yīng)用研究 -國(guó)外電子測(cè)量技術(shù)2008,27(9PS/2接口在PC與工業(yè)控制中有廣泛的應(yīng)用,在其它領(lǐng)域?qū)S/2技術(shù)的擴(kuò)展研究有很實(shí)用價(jià)值,在嵌入式系統(tǒng)中有良好的應(yīng)用前景.PS/2鍵盤接口采用標(biāo)準(zhǔn)PS/2協(xié)議通信,針對(duì)擴(kuò)展鍵盤接口,本文介紹了其物理接口及通信協(xié)議,并對(duì)其工作時(shí)序和部分命令字進(jìn)行了說(shuō)明,給出了PS/2鍵盤與單片機(jī)的接口電路及擴(kuò)展方案,并提供相應(yīng)的軟件流程,該鍵盤擴(kuò)展接口技術(shù)已得到成功應(yīng)用.8.期刊論文 程紅躍. 吳三元 用AVR單片機(jī)設(shè)計(jì)無(wú)線鍵盤接口 -福建電腦2009,25(99.期刊論文 林毅. LIN Yi 基于AT89C51單片機(jī)構(gòu)成的鍵盤顯示電路 -現(xiàn)代電子技術(shù)2006,29(13在一些智能化儀表中,人機(jī)接口通常是LED顯示器和小型鍵盤.常見的工作方式有兩種:一是直接使用系統(tǒng)中的CPU對(duì)顯示器進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描和鍵盤檢測(cè);二是專用的顯示、鍵盤芯片.但這兩種方