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。
　　
　　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。
　　
　　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3～10kΩ。
　　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PDIUSBDl2芯片的D-和D+引腳。D+和D-線上必須串接18Ω+1％的精密電阻，D+和D-線必須分別用1MΩ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
　　PDIUSBD12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AT89S55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10kΩ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。