基于HID協(xié)議的工控自定義鍵盤接口設(shè)計(jì)

圖中J1為USB接口直接與STM32處理器PA11、PA12相連，J3、J4為鍵盤掃描接口，共引出16個(gè)IO，最多可掃描8*8矩陣鍵盤即64個(gè)按鍵。其余電路為處理器最小系統(tǒng)電路。

4 軟件設(shè)計(jì)

ST公司給我們提供了詳盡的The USB—FS—Device library固件庫(kù)，固件庫(kù)程序結(jié)構(gòu)清晰，主要分為底層和上層兩個(gè)部分。

1)底層結(jié)構(gòu)包括5個(gè)文件：usb_core.c(USB總線數(shù)據(jù)處理的核心文件)，usb_init.c，usb_int.c(用于端點(diǎn)數(shù)據(jù)輸入輸入中斷處理)，usb_mem.c(用于緩沖區(qū)操作)，usb_regs.c(用于寄存器操作)。

2)上層結(jié)構(gòu)總共5個(gè)文件：hw_config.c(用于USB硬件配置)、usb_pwr.c(用于USB連接、斷開操作)、usb_istr.c(直接處理USB中斷)、usb_prop.c(用于上層協(xié)議處理，比如HID協(xié)議，大容量存儲(chǔ)設(shè)備協(xié)議)、usb_desc.c(具體設(shè)備的相關(guān)描述符定義和處理)。

基于STM32 USB固件庫(kù)的主程序設(shè)計(jì)流程如圖3所示。

設(shè)備初始化所做的工作主要有：初始化時(shí)鐘系統(tǒng)、GPIO及相關(guān)設(shè)備;配置USB所用到的中斷;配置和使能USB時(shí)鐘;初始化全局指針。

進(jìn)入主程序大循環(huán)后，掃描按鍵改動(dòng)，按鍵有變動(dòng)，通過SendReport()函數(shù)將按鍵狀態(tài)發(fā)送到USB主機(jī)。實(shí)際上這里只是將數(shù)據(jù)寫入IN端點(diǎn)緩沖區(qū)，主機(jī)的IN令牌包來的時(shí)候，SIE負(fù)責(zé)把它返回給主機(jī)。

5 系統(tǒng)測(cè)試與應(yīng)用

軟件設(shè)計(jì)完成后，將程序下載到STM32處理器中，連接計(jì)算機(jī)USB給處理器上電，在完成設(shè)備初始化后，打開計(jì)算機(jī)設(shè)備管理器可以看到鍵盤設(shè)備中新增一項(xiàng)HID Keyboard Device(如圖4)，這時(shí)鍵盤設(shè)備已經(jīng)作為標(biāo)準(zhǔn)HID設(shè)備被計(jì)算機(jī)識(shí)別了。

接下來要進(jìn)行的工作要根據(jù)鍵盤定制要求，查閱HID用途表文檔，確定工控鍵盤上行列值對(duì)應(yīng)的按鍵代碼，修改函數(shù)SendReport()，完成鍵盤定制程序設(shè)計(jì)。函數(shù)SendReport()返回8字節(jié)報(bào)告暫存在數(shù)組Buf[8]中。通過報(bào)告描述符的定義及HID用途表文檔，可知Buf[0]的D0是左Ctrl鍵，D1是左Shift鍵，D2是左Alt鍵，D3是左GUI(即Window鍵)，D4是右Ctrl，D5是右Shift，D6是右Alt，D7是右GUI鍵。Buf[1]保留，值為0。Buf[2]-Buf[7]為鍵值，最多可以有6個(gè)。

6 結(jié)論

在工業(yè)控制應(yīng)用領(lǐng)域，工控鍵盤定制屢見不鮮。本文通過對(duì)USB HID設(shè)備的研究，提出自定義USB工控鍵盤設(shè)計(jì)，電路簡(jiǎn)單，成本低廉，無需驅(qū)動(dòng)自動(dòng)識(shí)別，具有很高的實(shí)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。