基于89C51的计算机可锁定加密键盘设计
摘要:介绍PC键盘和键盘接口的PS/2通信协议,以及用89C51实现可锁定键盘的软件和硬件设计方法.具有安全可靠,容错能力强,可以直接采用标准键盘进行改装,便于实现等优点,并保留标准键盘的全部功能.
关键词:PS/2 89C51 C51 键盘
引 言:
在智能仪器,自动控制等领域,已大量使用嵌入式PC,如Advantech公司的PC/104,AMD公司的DIMM-PC等.为适应开放式,模块化的要求,嵌入式PC具有标准的PC接口,如VGA显示器控制接口,以太网接口,RS232接口,PC/AT键盘接口等.所以,可以用标准的PC键盘对嵌入式PC进行操作与控制.键盘在输入指令之后,可能很长一段时间不用.为计算机安全和防止误触发,需要将键盘锁定,还要对某些键采取屏蔽措施,但是PC标准键盘不能满足这些要求.本文介绍一种用89C51设计实现的可锁定加密PC/AT键盘.
1 键盘功能及工作原理
PC键盘功能主要有按键识别,去抖,重键处理,发送扫描码,自动重发,接收键盘命令,处理命令等.键盘有编码键盘和非编码键盘.编码键盘程序设计简单,但硬件电路复杂,价格较高;非编码键盘用软件来实现识别键,编码转换,去抖等功能,硬件电路简单,价格便宜.现代微机系统中广泛采用非编码键盘.PC键盘多采用18行×8列的二维矩阵行列结构.采用行扫描法识别按下的按键.
2 PS/2协议
PS/2协议是外设与主机之间通信的一种同步双向串行协议.在该协议中主机拥有较高的优先级,在一定条件下可以终止外设正在进行的发送过程.PS/2协议采用的传送数据帧的格式为:1位起始位(0),8位数据位,1位奇偶校验位,1位停止位(1).数据发送时低位在前,高位在后.外设每收到主机发来的1帧数据,都要紧随该帧的停止位发送一个握手位ACK(0)应答主机.然后,外设还要发1帧应答数据(0xF0),表示外设已经完整地接收到了主机的命令;而主机则不需发送握手位,也不需要发送应答帧.
2.1 键盘到PC键盘接口的通信
当时钟线和数据线均为高电平时,允许键盘发送数据,系统将接收数据;当时钟线被拉为低电平时,表明系统禁止数据传输.图1给出了发送时序,包含1个低电平触发的起始位,8位数据位,1个奇校验位和1个高电平的结束位.

2.2 PC系统到键盘的通信协议
若时钟线出现高电平,数据线出现低电平,表明系统请求发送,键盘准备产生同步时钟脉冲串,并接收数据.包含了1个低电平触发的起始位,8位数据位,1个奇校验位,1个应答位,1个高电平的结束位.图2为时序图.

(1)键盘命令及执行过程
① FFH:复位键盘.系统通过此软件复位命令使键盘进入程序复位和内部自测试,称为基本保证测试(BAT).复位键盘的过程如下:
a. 键盘收到FFH后立即回送ACK(FAH)作答;
b. 键盘接口收到ACK后,将键盘时钟和数据线置为
高电平;
c. 键盘检测到此状态后开始BAT操作;
d. 如果BAT正确完成,键盘发送AAH以表示结束,
否则以FDH(或其它任何值)表示诊断有误.
② FEH:重新发送.当系统检测到从键盘送来的任何传输错误时,它便向键盘发送FEH命令.键盘接收到此命令后,将重新送出原来的内容.
③ FDH~F7H:空操作(保留未用).
④ F6H:设置缺省值.此命令使键盘所有条件复位到电源接通时的缺省状态,键盘继续扫描.
⑤ F5H:设置缺省值和停止键盘.此命令使键盘所有条件复位到电源接通时的缺省状态,并停止键盘扫描,等待下一个键盘命令.
⑥ F4H:启动键盘.键盘接收到此命令后,用ACK(FAH)作答,清除输出缓冲器,并启动键盘开始扫描.
⑦ F3H:设置拍发速率和延时参数.每当按下任一键时,键盘以拍发速率连续送出键的接通码,直到键被释放为止.延时参数是指按下一键后,键盘输出的响应时间.
系统缺省设置:拍发速率=10个/s±20%,延时=500ms±20%.
当要改变设置时可以使用F3H命令,并后跟一个字节的参数.参数定义如表1所列.

计算拍发速率和响应延时的公式如下:
拍发速率=1/[(8+A)×2B×0.00417] (1/s)
响应延时=(1+C)×250 (ms)
注:缺省的延时参数值为2CH.
此命令的执行过程如下:

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