使用CPLD設(shè)計實現(xiàn)QWERTY鍵盤
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圖 1 – QWERTY 鍵盤（摩托羅拉 A630） |
然而，文本信息用戶可能樂意以體積換取 QWERTY 鍵盤，因為文本輸入大為簡便了，而且兩個大拇指都可以用來輸入文本信息或數(shù)據(jù)。最近，有些手機生產(chǎn)商已經(jīng)推出了面向文本用戶的帶 QWERTY 鍵盤的手機。
數(shù)據(jù)輸入鍵盤可以用多種方法來設(shè)計，并無一定之規(guī)。為傳統(tǒng) DTMF 鍵盤添加更多按鍵對設(shè)計人員提出了挑戰(zhàn)，本文即討論應(yīng)對這挑戰(zhàn)的一種可能解決方案。
QWERTY 構(gòu)建模塊
我們的解決方案使用 Xilinx? CoolRunner?-II CPLD；低功耗、小包裝及低成本的特點使其成為此應(yīng)用的理想選擇。
將 DTMF 轉(zhuǎn)化為 QWERTY 鍵盤需要更多按鍵，從而需要更多通用 I/O (GPIO)。例如，DTMF 鍵盤可能只有四行三列，而 QWERTY 鍵盤可能有多至八行八列。不過，鍵盤的大小可根據(jù)終端系統(tǒng)的需求而定。
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圖 2 – 連接到處理器的簡單 4 x 4 鍵盤需要 8 個 GPIO |
擴展 I/O
設(shè)計需要更多 I/O 的鍵盤時（QWERTY 鍵盤即為一例），可能會發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有處理器沒有足夠的 GPIO。一種可能的解決方法是，把一個 CPLD 用作 I/O 擴展器，從而減少對處理器 I/O 數(shù)量的要求。
圖 3 在處理器與鍵盤之間使用了一個 CPLD，其一側(cè)連接鍵盤的行/列，另一側(cè)連接處理器的可用 GPIO。此例中，使用一個 CPLD 后，一個 8 x 8 的鍵盤所需要的處理器 GPIO 端口的數(shù)目與 4 x 4 的鍵盤相同（實際上還少一個）。如果不使用 CPLD，處理器會需要 16 個 GPIO 端口，而不是 7 個。
掃描與編碼
除了減少處理器對 GPIO 的數(shù)量要求外，CPLD 還可以承擔(dān)處理器的某些功能，如：對行進(jìn)行掃描并對列進(jìn)行監(jiān)控以檢測狀態(tài)變化。當(dāng)用戶按鍵時，CPLD 會停止掃描，并立即生成一個編碼字，然后發(fā)送給處理器，告訴處理器哪個鍵按下了。因為使用了編碼字來告知處理器按下了哪個按鍵，對處理器的 I/O 需求得以減輕。
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圖 3 – 使用 CoolRunner-II CPLD 擴展 GPIO |
在圖 3 所示例子中，用 6 個位來代表編碼字。6 個位提供 26（即 64）個不同的值，每個值代表一個按鍵。然而，還必須有一個值代表無按鍵被按時的狀態(tài)。因此，在此例中，在不添加又一個 GPIO 的情況下，實際上只有 63 個按鍵可被代表。
處理器無需掃描鍵盤，因為這一操作現(xiàn)由 CPLD 執(zhí)行；不過，處理器仍需監(jiān)控其 GPIO 上的變化 – 它只是不再需要推斷哪個按鍵被按，因為該信息編碼到一個六位字中了。
還需要用到的是開關(guān)抖動，這可以安排在 CPLD 中或處理器中，取決于哪個裝置有可用資源。在處理器中進(jìn)行這一操作，可將 CPLD 的大小和成本降到最小。
簡要總結(jié)此設(shè)計示例：CPLD 對鍵盤進(jìn)行掃描，檢測被按下的按鍵，然后提供一個編碼字供處理器讀取并解析。這一功能不僅使處理器不必再承擔(dān)掃描任務(wù)，還擴展了 GPIO 的功能。
此設(shè)計非常適合于 CoolRunner-II 32 宏單元裝置（利用率大約為 75%），留下 25% 空間作他用。此外，此設(shè)計還采用了其他一些方法來減少功耗并利用 CoolRunner-II 的節(jié)能功能。
CPLD 設(shè)計詳述
要掃描鍵盤的行，桶式移位寄存器除一位預(yù)置為零外，其他所有位均預(yù)置為 1。移位寄存器的每一位驅(qū)動 CPLD 上的一個輸出引腳，后者與鍵盤的行相連。當(dāng)移位寄存器開始計時時，零位通過桶式移位器移位，將行逐行置低，以對其進(jìn)行掃描。鍵盤的列輸入到 CPLD，每個輸入都通過一個內(nèi)部上拉電阻上拉。
當(dāng)沒有按鍵被按時，CPLD 的所有列輸入都被動上拉至邏輯高位。對所有的列輸入一起進(jìn)行“與”操作，這時輸出端的邏輯 1 表示沒有按鍵被按。
“與”操作的輸出用于啟動移位寄存器。當(dāng)按鍵被按下時，列與行取得連接，按下的鍵所在的列被與該按鍵相關(guān)的行置低?！芭c”操作的輸出將變?yōu)榱?，從而在按鍵被按下時中止移位寄存器。
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圖 4 – 模塊圖 |
結(jié)束語
使用 Xilinx CoolRunner-II CPLD，獲得的是靈動的設(shè)計與低功耗。除了 I/O 擴展之外，CPLD 還可以加入其他“粘合”功能，如：電壓轉(zhuǎn)換、I/O 標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換與輸入滯后。
由于 CPLD 為可編程，您可以將同一裝置用于不同的鍵盤和產(chǎn)品，而收高產(chǎn)量低成本之效。可再編程的特點輔之以簡便易用的設(shè)計工具，使您可以對設(shè)計進(jìn)行晚期更改，降低風(fēng)險。
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