一. 按鍵設計
按鍵板采用薄膜面板開關形式，薄膜面板開關設計簡單，操作方便，安放容易，直接貼在一表面就可使用，加上其防水防塵的性能，很適合工業控制的應用場合。對一個彈簧機的按鍵板來說，其按鍵包括三類：數字鍵，功能鍵和編輯鍵。數字鍵實現的是數字的輸入；功能鍵對應的是彈簧機的操作命令；編輯鍵用于對彈簧加工程序的編輯，如清除、保存等。一個設計合理的按鍵布局，與操作的方便性與可靠性直接關聯，對于具體各個鍵的布置，應綜合考慮操作的方便和布局的美觀，該設計完成后的7行×8列的按鍵薄膜面板下面的行列陣電路采用單面柔性電路板(FPC)制作，電路起凸的形式保證了按鍵時的手感。它輸出的是鍵盤行列陣的行線和列線。
二. 按鍵板的軟硬件設計
無論是按鍵板的硬件設計還是軟件設計，都必定會涉及到按鍵板和主機的通信協議。所以在進入到軟硬件設計之前，先對PS/2協議做一簡單介紹。
1. PS/2協議
PS/2協議是外設與主機之間通信的一種同步雙串行協議。在協議中主機端擁有較高的優先級，在一定條件下它可中止外設正在進行的發送過程。該協議采用的短幀格式傳送數據的數據幀格式為：1位起始位（0），8位數據位，一位奇校驗位，一位停止位（1）。數據發送時低位在前，高位在后。外設每收到主機發來的一幀數據，都要緊隨該幀的停止位發送一個握手位ACK(0)應答主機，然后外設還要發1幀應答數據（0xF0），表明已完整地接收到了主機的命令；而主機在接收外設數據后不用發握手信號ACK，也不需要另外發送應答幀。無論是主機發還是外設發數據，同步時鐘都是由外設產生的。
按照接收方和發送方的不同，該協議可分為兩部分，其一為外設發送主機接收的通信，這一過程發生在工作人員操作外設或外設應答主機端發來的命令時，數據線和時鐘線處于空閑狀態下維持高電平狀態；其二為主機發送外設接收的通信，該過程發生在主機上電自檢時，主機發送測試信號檢測外設是否存在并判斷是何種類型的外設時。這個上電檢測對外設來說很重要，其中一個檢測項目為基本保證測試（Basic Assure Test）,當主機發送該命令到外設時，外設必須回送相應的應答幀，否則主機就認為該外設的開機自檢沒能通過，在DOS以上的系統中，外設將無法使用。主機上電自檢時，發送給外設的數據是一個命令集，針對每個命令，外設都要作出相應的響應，這些響應字也都是協議所規定好的。
2. 硬件設計
在這里采用AT89S51作為按鍵板的主處理芯片。AT89S51是一個低功耗、高性能的8位CMOS單片機，有32個I/O口可供使用，能滿足行列掃描口較多時的要求，并具有軟件看門狗。
與前面的按鍵布局相對應，采用7×8的矩陣行列結構。行線用89S51的P2口，列線用P0口，由于P0口無內部上拉電阻，因而列線須外接上拉電阻。AT89S51的電源都由主機的PS/2接口提供，采用頻率為12MHz外部晶振。用P3.6和P3.7作為數據線和時鐘線和主機進行通信，完成后的硬件原理。
3. 軟件設計
軟件的設計是按鍵板實現的關鍵，采用單片機C語言編程。它通過主程序和一系列的子程序來實現。主程序用于系統的初始化，子程序的調用。子程序包括接收主機命令子程序，發送數據子程序，接收數據子程序，行列掃描子程序以及發送鍵碼子程序。
接收主機命令子程序用于面板接收主機的命令，并作出相應的響應，這在DOS以上的系統中很重要，否則主機不承認按鍵板的存在。發送數據子程序用于發送數據幀到主機，每一位數據的發送都是按PS/2協議的時序要求所編寫的。接收數據子程序用于接收主機發來的數據幀，每一位數據的接收也是由時序規定的。行列掃描子程序作用是對按鍵板上鍵的識別，并將該鍵對應的碼發送到按鍵緩沖區暫存起來。PS/2協議中，當一個鍵被按下或按住時就發送該鍵的通碼(MAKE)，被釋放時就發送斷碼(BREAK)，每個按鍵都被分配了唯一的通碼和斷碼（協議中統稱為掃描碼），這樣主機通過掃描碼就可識別按鍵的類別。在彈簧機的按鍵板中，因為面板中的鍵不全是標準的，對于那些自定義的鍵，可將該鍵與一標準鍵的掃描碼對應起來，例如可將面板中的“啟動”與標準鍵“A”對應，這樣當“啟動”被按下時，發送給主機的就是字母“A”的掃描碼，通過重定義主機系統中的相關控制部分，就可實現啟動彈簧機的功能。發送鍵碼子程序用于發送按鍵緩沖區中的數據。而對于面板中的“鎖鍵”，實現的是面板的鎖死，在工控系統中，這個對于操作系統的可靠性是很有必要的，當該鍵按下時，則不發送緩沖區中的數據，同時清空緩沖區，多按一下則可解鎖。為了防止死機現象的發生，在主程序的循環中加入軟件看門狗。