基于CPLD的專用鍵盤接口芯片的方案設計
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鍵盤掃描時序的基本原理[4]可以用圖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(去抖動延時結束)；輸出變量包括EN-SCAN(掃描行轉移)、EN-CODED(鍵盤編碼啟動)、START-TIMER(開啟去抖動延時)。從圖3中知道，狀態(tài)S０→S1→S2為按鍵掃描狀態(tài)鏈，狀態(tài)S3→S4→S5為去抖延時狀態(tài)鏈，狀態(tài)S6為按鍵保持期。當按鍵被按下時，進入啟動(S3)去抖延時狀態(tài)鏈；去抖延時結束后(S5)，若按鍵沒有按下則恢復掃描狀態(tài)鏈(S0)；若按鍵確認被按下則進入保持期(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)轉移描述，進行鍵盤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，由時鐘CLK觸發(fā)實現(xiàn)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，當然它們并非一一對應，但實現(xiàn)的功能相同。值得一提的是，如果專用鍵盤芯片KB-CORE的外部時鐘CLK來自單片機的ALE信號(如圖1所示)，當單片機時鐘為6MHz時，則專用鍵盤芯片KB-CORE的外接時鐘為1MHz的方波信號，信號周期為1μs。如果將該時鐘信號經(jīng)過一個分頻器，使其輸出的信號周期約為Tclk=1μs×212≈4ms，然后再作為H3的時鐘信號。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，則可以實現(xiàn)約8ms的去抖動延時。通過這樣的設計，可以免除延時計數(shù)器，簡化電路。
4 專用鍵盤接口芯片的實現(xiàn)
根據(jù)實時數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)的設計要求，使用了34個自定義I/O引腳和PC44封裝的CPLD來實現(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)個數(shù)決定。如果借助硬件描述語言VHDL[5]對上述設計進行描述，綜合結果需要約140個宏單元；如果改用原理圖輸入方式，則只需約60個宏單元。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。實際使用如圖1和圖2所示，操作結果表明鍵盤接口芯片性能穩(wěn)定。
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