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基于AT89C5131单片机和CPLD的USB接口用户专用键盘设计

摘要：随着时代的发展，科技的进步，以及某些特殊场合情况下

控制模块的深入研究和快速发展，我们需要研究出一种满足用户可

自定义按键功能要求的用户专用键盘模块。本设计采用带有usb微

控制器单片机芯片at89c5131为通信的控制核心，at89c5131有较

快的处理速度和较大的存储容量，还可以在系统编程，是usb接口

设计的理想选择，通过编写单片机固件驱动程序和cpld控制程序，

将硬件构造模块化，应用至相关特殊行业中。

关键词：at89c5131；cpld；usb；键盘设计

中图分类号：tp368.11文献标识码：a文章编号：1007-9599(2013)

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随着时代的发展，科技的进步，以及某些特殊场合中情况下控制

模块的深入研究和快速发展，我们需要研究出一种满足用户可自定

义按键功能要求的用户专用键盘模块。在用户专用键盘模块上可按

用户要求布局各种功能按键，在模块面板上与按键内印制功能指示

说明，例如设备的“开”、“关”、“升”、“降”等功能，用户可根据

指示说明的详细流程，进而进行操作键盘模块以控制设备。操作功

能按键，按键键码由用户专用键盘发送至主机，主机返回对应点灯

码或灭灯码控制用户专用键盘按键内部指示灯的亮、灭，同时主机

接收键码调用对应函数控制外部设备以实现相应功能。

1用户专用键盘硬件设计

本次设计用户专用键盘模块主要由at89c5131单片机、cpld、eao

功能按键组成。at89c5131单片机控制电路的主要功能是与主机进

行通信，执行主机按键状态查询命令。因单片机gpio口数量相对

较少，故选择cpld作为按键和按键指示灯的扩展电路，这样的选

择更适合我们的用户专用键盘的扩展设计。

1.1单片机控制设计

at89c5131单片机是atmel公司生产的基于52内核的高性能微处

理器芯片。用户可以使用片上的bootloader或flashapi，通过

usb接口或其他接口对flash存储器（32kb）和e2prom存储器（1kb）

进行isp或者iap编程。at89c5131可满足usb2.0协议并兼容

usb1.1协议，at89c5131拥有1个控制端口、6个可编程端口，可

支持控制、中断、同步与批量传输共4种传输方式，并且支持串行

i/o接口模式以及slave与master的spi接口模式。参照at89c5131

引脚定义图设计单片机控制电路，单片机控制电路见图1-1。

图1-1单片机控制电路图

1.2cpld控制设计

cpld芯片采用成都华微公司生产的hwd240，该芯片可支持2.5v、

3.3v和5v共三种io口电压，gpio口最大预留100个，核心电压

为3.3v。cpld按键、键灯扩展控制电路如图1-2所示。

图1-2cpld按键、键灯扩展控制电路图

1.3对外接口

usb是英文universalserialbus（通用串行总线）的缩写，是

一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。其最

大的特点是支持热插拔和即插即用，当设备插入时，主机枚举到此

设备并加载所需的驱动程序。目前，usb接口已逐渐代替了一些老

式通信接口，例如串口、并口和ps/2口等。表1-1中列出了一些

常用计算机接口，从表中数据可以比较出usb接口所具有的优点。

表1-1常用计算机接口

接口种类接口数据格式接口传输速度接口最大支持设

备数接口是否允许热插拔

rs232串行格式20kbit/s2否

ieee1394串行格式400mbit/s，3.2gbit/s63是

rs485串行格式10mbit/s32否

并口并行格式8mbit/s2个或8个否

usb串行格式1.5mbit/s，12mbit/s，480mbit/s127是

2用户专用键盘模块功能实现

2.1单片机控制功能

整个程序的关键部分就是单片机的控制程序，