隨著網絡時代的到來，機械制造行業也面臨著如何適應網絡化制造的問題。于是將計算機技術、網絡技術和傳統的控制技術相結合，以嵌入式系統為主的數控系統正日益成為機械制造領域的熱點。對于一個具體的數控系統，在通過鍵盤作為人機交互工具時，按鍵的數目與功能上與其他的數控系統是不同的，實時性和高速率是工業現場所重視的，USB數控鍵盤相對于傳統的PS/2鍵盤具有高速率、支持熱插拔、可靈活配置等特點，所以要為嵌入式數控設備研發出通用的數控鍵盤，來滿足現代化數控系統的需求。具體設計方案如圖1所示。
　　
　　系統硬件電路設計
　　系統（圖1）有四個模塊組成：鍵盤模塊、USB接口模塊、USB和MCU通信模塊。USB數控鍵盤不需要顯示模塊，在實驗中為了便于觀察結果，采用了1602液晶顯示器，來顯示鍵值和通信的狀態。AT89S55單片機和ZLG7290均采用上電復位電路，減少系統的不必要開支，整個電路的供電采用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動8位共陰式數碼管（或64只獨立的LED），同時還可以掃描管理多達64只按鍵，其中有8只按鍵還可以作為功能鍵使用。ZLG7290內部還設置有連擊計數器，能夠使鍵按下后不松手而連續有效。并提供鍵盤中斷信號，方便與處理器接口；可檢測每個按鍵的連擊次數，并具有鍵盤去抖動處理、雙鍵互鎖處理等功能。
　　在設計的過程中可以連接64個按鍵，但是在試驗的過程中，選取了具有代表性的4個按鍵，其中有一個功能鍵F1，如圖2所示。電路中晶振是4MHz，能夠穩定地工作。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）輸出結構。因此實際使用時，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，這4條線分別為：VCC（總線電源）、GND（地線）、D+和D-（數據線）。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機的+5V電源，用于供給ZLG7290、MCU和PDIUSBD12的電源，VCC和GND分別接2個電感，起到電源的濾波作用。
　　PDIUSBD12和MCU通信模塊
　　PDIUSBD12是Philips（編者注：現獨立為NXP）公司的一款特點突出的USB接口芯片，它支持多路復用、非多路復用和DMA并行傳輸。PDIUSBD12需要外接MCU來進行協議處理和數據交換。
　　PDIUSBD12完全遵從USB1.1協議，它內部集成有串行接口引擎（SIE）、FIFO存儲器、收發器以及電壓調整器。還有SoftConnectTM、PLL鎖相環、可編程的時鐘輸出、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的連接都已標出。PDIUSBD12的8位并行數據接入AT89S55的P0口，設計電路中只有D12一個外部總線擴展電路，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，經過D12內部倍頻電路以后，實際D12內部時鐘為24MHz。注意兩個電容值的大小是不一樣的，采用22pF和68pF的。