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專(zhuān)用鍵盤(pán)接口芯片的一種CPLD實(shí)現方案
作者：
時(shí)間：2012-04-14
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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其工作原理如下：（1）鍵盤(pán)掃描控制及編碼電路中內含一個(gè)環(huán)形計數器。該計數器計數輸出至KSL[0～3]端作為鍵盤(pán)掃描信號。每當掃描信號發(fā)生變化時(shí)，鍵盤(pán)掃描控制器從KRL[0～3]端讀入某一行按鍵的狀態(tài)信號。如果沒(méi)有按鍵被按下，則掃描下一行；如果有按鍵被按下，則控制器鎖定被掃描行，并延遲約10ms去抖動(dòng)，然后再次掃描被鎖定行以確定按鍵是否誤讀。如果按鍵被證實(shí)按下，則一直等待直至用戶(hù)松開(kāi)該鍵。與此同時(shí)，數字鍵碼將被保存到先進(jìn)先出存儲器，功能鍵則直接產(chǎn)生中斷請求信號IRQ，通知CPU讀取鍵碼DBO[0～7]。（2）FIFORAM中數據容量為16位。每4位對應一個(gè)字形符，所以七段LED數碼管需要4位。（3）掃描發(fā)生器一方面產(chǎn)生LED的位選信號DSL[0～3]，另一方面產(chǎn)生掃描顯示輸出控制電路的位數據選通信號。掃描顯示輸出控制電路根據位數據選通信號讀取FIFO RAM中相對應的數據，然后送七段譯碼電路輸出DP[0～6]驅動(dòng)LED顯示屏的段選信號電極。（4）接口控制電路一方面用來(lái)識別CPU的讀時(shí)序；另一方面用來(lái)對地址信號線(xiàn)A1A0譯碼，實(shí)現對輸出數據的選擇。若A0A1=“00”，則輸出FIFO RAM中的低字節數據；若A0A1=“01”，則輸出FIFO RAM中的高字節數據；若A0A1=“10”，則輸出控制數據（表明ROW、COL、DAT中哪一個(gè)被按下）；若A0A1=“11”，則不輸出FIFO RAM中的任何數據。
3 專(zhuān)用鍵盤(pán)接口芯片核心部分的狀態(tài)描述與實(shí)現
為了實(shí)現上述專(zhuān)用鍵盤(pán)接口芯片功能結構，利用可編程邏輯技術(shù)對各個(gè)功能塊進(jìn)行邏輯的序描述和實(shí)現。由于鍵盤(pán)掃描控制和去抖的邏輯時(shí)序設計較復雜并具典型性，因此下面將對鍵盤(pán)掃描控制和去抖部分的設計思想進(jìn)行介紹。
鍵盤(pán)掃描時(shí)序的基本原理[4]可能用圖3所示的狀態(tài)圖表示。狀態(tài)圖的輸入變量為RST(復位)、KEY-PRESS（有按鍵）、TIMER-OVER（去抖動(dòng)延時(shí)結束）；輸出變量包括EN-SCAN（掃描行轉移）、EN-CODED（鍵盤(pán)編碼啟動(dòng)）、START-TIMER（開(kāi)啟去抖動(dòng)延時(shí)）。從圖3中知道，狀態(tài)S0→S1→S2為按鍵掃描狀態(tài)鍵，狀態(tài)S3→S4→S5為去抖延時(shí)狀態(tài)鏈，狀態(tài)S6為按鍵保持期。當按鍵被按下時(shí)，進(jìn)入啟動(dòng)（S3）去抖延時(shí)狀態(tài)鏈；去抖延時(shí)結束后（S5），若按鍵沒(méi)有按下則恢復掃描狀態(tài)鍵（S0）；若按鍵確認被按下則進(jìn)入保持期（S6），并輸出按鍵編碼，維持至按鍵松開(kāi)。
根據狀態(tài)圖3和上述的狀態(tài)轉移描述，進(jìn)行鍵盤(pán)掃描控制電路的設計，結果如圖4所示。其中H3是6位循環(huán)移位寄存器，由時(shí)鐘CLK觸發(fā)實(shí)時(shí)狀態(tài)移位。移位寄存器的輸出Q0～Q5分別代表鍵盤(pán)掃描控制電路的狀態(tài)S0～S6，當然它們并非一一對應，但實(shí)現的功能相同。值得一提的是，如果專(zhuān)用鍵盤(pán)芯片KB-CORE的外部時(shí)鐘CLK來(lái)自單片機的ALE信號（如圖1所示），當單片機時(shí)鐘為6MHz時(shí)，則專(zhuān)用鍵盤(pán)芯片KB-CORE的外接時(shí)鐘為1MHz的方波信號，信號周期為1μs。如果將該時(shí)鐘信號經(jīng)過(guò)一個(gè)分頻器，使其輸出的信號周期約為T(mén)clk=1μs×2 12≈4ms，然后再作為H3的時(shí)鐘信號。這意味著(zhù)鍵盤(pán)掃描控制電路約4ms掃描一行按鍵。如果H3中的Q2態(tài)沒(méi)有被使用，則可以實(shí)現約8ms的去抖動(dòng)延時(shí)。通過(guò)這樣的設計，可以免除延時(shí)計數器，簡(jiǎn)化電路。
4 專(zhuān)用鍵盤(pán)接口芯片的實(shí)現
根據實(shí)時(shí)數據校正系統的設計要求，使用了34上自定義I/O引腳和PC44封裝的CPLD來(lái)實(shí)現專(zhuān)用鍵盤(pán)接口芯片KB-CORE。芯片型號的選擇依據綜合所需要的宏單元（Macrocells）個(gè)數決定。如果借助硬件描述語(yǔ)言VHDL[5]對上述設計進(jìn)行描述，綜合結果需要約140個(gè)宏單元；如果改用原理圖輸入方式，則只需約60個(gè)宏單元。因此選用XC9572芯片可以滿(mǎn)足上述專(zhuān)用鍵盤(pán)接口芯片KB-CORE的要求。實(shí)際使用如圖1和圖2所示。操作結果表明鍵盤(pán)接口芯片性能穩定。
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