專用鍵盤接口芯片的一種CPLD實(shí)現(xiàn)方案
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其工作原理如下：（1）鍵盤掃描控制及編碼電路中內(nèi)含一個(gè)環(huán)形計(jì)數(shù)器。該計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)輸出至KSL[0～3]端作為鍵盤掃描信號。每當(dāng)掃描信號發(fā)生變化時(shí)，鍵盤掃描控制器從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，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松開該鍵。與此同時(shí)，數(shù)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(shù)據(jù)容量為16位。每4位對應(yīng)一個(gè)字形符，所以七段LED數(shù)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(shù)據(jù)選通信號。掃描顯示輸出控制電路根據(jù)位數(shù)據(jù)選通信號讀取FIFO RAM中相對應(yīng)的數(shù)據(jù)，然后送七段譯碼電路輸出DP[0～6]驅(qū)動LED顯示屏的段選信號電極。（4）接口控制電路一方面用來識別CPU的讀時(shí)序；另一方面用來對地址信號線A1A0譯碼，實(shí)現(xiàn)對輸出數(shù)據(jù)的選擇。若A0A1=“00”，則輸出FIFO RAM中的低字節(jié)數(shù)據(jù)；若A0A1=“01”，則輸出FIFO RAM中的高字節(jié)數(shù)據(jù)；若A0A1=“10”，則輸出控制數(shù)據(jù)（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(shù)據(jù)。
3 專用鍵盤接口芯片核心部分的狀態(tài)描述與實(shí)現(xiàn)
為了實(shí)現(xiàn)上述專用鍵盤接口芯片功能結(jié)構(gòu)，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(xiàn)。由于鍵盤掃描控制和去抖的邏輯時(shí)序設(shè)計(jì)較復(fù)雜并具典型性，因此下面將對鍵盤掃描控制和去抖部分的設(shè)計(jì)思想進(jìn)行介紹。
鍵盤掃描時(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(fù)位)、KEY-PRESS（有按鍵）、TIMER-OVER（去抖動延時(shí)結(jié)束）；輸出變量包括EN-SCAN（掃描行轉(zhuǎn)移）、EN-CODED（鍵盤編碼啟動）、START-TIMER（開啟去抖動延時(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(dāng)按鍵被按下時(shí)，進(jìn)入啟動（S3）去抖延時(shí)狀態(tài)鏈；去抖延時(shí)結(jié)束后（S5），若按鍵沒有按下則恢復(fù)掃描狀態(tài)鍵（S0）；若按鍵確認(rèn)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。
根據(jù)狀態(tài)圖3和上述的狀態(tài)轉(zhuǎn)移描述，進(jìn)行鍵盤掃描控制電路的設(shè)計(jì)，結(jié)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分別代表鍵盤掃描控制電路的狀態(tài)S0～S6，當(dāng)然它們并非一一對應(yīng)，但實(shí)現(xiàn)的功能相同。值得一提的是，如果專用鍵盤芯片KB-CORE的外部時(shí)鐘CLK來自單片機(jī)的ALE信號（如圖1所示），當(dāng)單片機(jī)時(shí)鐘為6MHz時(shí)，則專用鍵盤芯片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)過一個(gè)分頻器，使其輸出的信號周期約為Tclk=1μs×2 12≈4ms，然后再作為H3的時(shí)鐘信號。這意味著鍵盤掃描控制電路約4ms掃描一行按鍵。如果H3中的Q2態(tài)沒有被使用，則可以實(shí)現(xiàn)約8ms的去抖動延時(shí)。通過這樣的設(shè)計(jì)，可以免除延時(shí)計(jì)數(shù)器，簡化電路。
4 專用鍵盤接口芯片的實(shí)現(xiàn)
根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，使用了34上自定義I/O引腳和PC44封裝的CPLD來實(shí)現(xiàn)專用鍵盤接口芯片KB-CORE。芯片型號的選擇依據(jù)綜合所需要的宏單元（Macrocells）個(gè)數(shù)決定。如果借助硬件描述語言VHDL[5]對上述設(shè)計(jì)進(jìn)行描述，綜合結(jié)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芯片可以滿足上述專用鍵盤接口芯片KB-CORE的要求。實(shí)際使用如圖1和圖2所示。操作結(jié)果表明鍵盤接口芯片性能穩(wěn)定。
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