基于FPGA和VHDL語言的多按鍵狀態(tài)識別系統(tǒng)
3.2 編碼模塊
以0、l表示按鍵通斷狀態(tài),60個按鍵則需要8個字節(jié);在實(shí)際中單鍵動作的概率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于多鍵同時動作的概率,若只對狀態(tài)發(fā)生變化的按鍵以8位編碼方式傳輸按鍵信息,則一個按鍵只需傳送一個字節(jié),因此為盡可能地減少M(fèi)CU的負(fù)擔(dān),提高實(shí)時性,設(shè)計(jì)為只在按鍵發(fā)生狀態(tài)變化時才向MCU傳輸相應(yīng)按鍵的編號和狀態(tài)數(shù)據(jù)。其編碼數(shù)據(jù)格式如圖6所示。
狀態(tài)位lbit,0表示按鍵閉合狀態(tài),1表示按鍵打開;數(shù)據(jù)6bits,即0X01~OX3C分別表示1~60個按鍵;lbit偶校驗(yàn)位。這樣傳輸一次數(shù)據(jù)就可完成按鍵編號和狀態(tài)的傳輸。
編碼器采用連續(xù)和隨機(jī)2種工作模式。連續(xù)工作模式每次掃描后對所有按鍵依次編碼,并獲取所有按鍵的當(dāng)前狀態(tài);而隨機(jī)工作模式在每次掃描后只對狀態(tài)發(fā)生變化的按鍵編碼。
3.3 控制模塊
控制模塊完成MCU與FPGA之間的功能控制,有2個作用:一是根據(jù)Scan信號選擇編碼模塊的工作模式,二是產(chǎn)生FIFO RAM的讀取操作時序。
對于模式控制,Scan上升沿觸發(fā)控制模塊,使編碼模塊進(jìn)入連續(xù)工作模式,掃描完成一周,控制模塊發(fā)送控制信號使編碼模塊進(jìn)入隨機(jī)工作模式。
對于讀取數(shù)據(jù),控制模塊根據(jù)FIFO RAM的Data[7:0]是否有數(shù)據(jù),置位Ready信號。有數(shù)據(jù),Ready為低電平;無數(shù)據(jù),Ready為高電平。RdClk為讀取時鐘,相當(dāng)于確認(rèn)信號,每讀完一個數(shù)據(jù),發(fā)送一個脈沖。
3.4 FIFORAM模塊
與MCU通信的接口種類很多,可選擇串口、I2C、并口等形式,應(yīng)用中可根據(jù)MCU資源以及項(xiàng)目成本、進(jìn)度等具體情況選擇最合適的一種方式。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)利用同步FIF0 RAM并口傳輸。FIF0 RAM模塊采用EDA軟件庫中的標(biāo)準(zhǔn)模塊。
4 仿真結(jié)果
采用Altera公司提供的Quartus II仿真工具,其集成有與硬件實(shí)時操作相吻合的硬件測試工具。綜合仿真結(jié)果如圖7所示,系統(tǒng)時鐘SysClk為12 kHz,其仿真結(jié)果表明系統(tǒng)設(shè)計(jì)達(dá)到要求。
5 結(jié)論
提出基于FPGA器件,VHDL語言描述的特殊鍵盤設(shè)計(jì)方案解決遠(yuǎn)距離、分散、多鍵動作狀態(tài)識別問題,極大節(jié)省PCB面積和MCU的I/0端口資源。模塊中掃描延遲、掃描間隔等參數(shù)可根據(jù)系統(tǒng)需求靈活改變,FPGA器件使得電路功能的擴(kuò)展方便,具有極高穩(wěn)定性和靈活性。這一方案已在實(shí)際項(xiàng)目中應(yīng)用,經(jīng)現(xiàn)場驗(yàn)證性能穩(wěn)定可靠。
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