基于FPGA的RS232行列式矩陣鍵盤接口設(shè)計(jì)

一、引言

本方案是用VHDL語言來實(shí)現(xiàn)的基于RS232按位串行通信總線的行列式矩陣鍵盤接口電路，具有復(fù)位和串行數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送功能，根據(jù)發(fā)光二極管led0-led2的顯示狀態(tài)可判斷芯片的工作情況;實(shí)現(xiàn)所有電路功能的程序均是在美國ALTERA公司生產(chǎn)的具有現(xiàn)場(chǎng)可編程功能的芯片EPM7128SLC84-15上調(diào)試通過的。能通過動(dòng)態(tài)掃描來判有鍵按下、將鍵值轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的ASCII碼值，在時(shí)鐘脈沖的作用實(shí)現(xiàn)串行數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送。

二、設(shè)計(jì)方案

1.芯片引腳定義

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reset復(fù)位輸入端;clk時(shí)鐘輸入端;rxd串行數(shù)據(jù)接收端;retn0-retn7鍵盤掃描行輸入線;txd串行數(shù)據(jù)發(fā)送端;scan0-scan7鍵盤掃描列輸出線;led0-led2顯示輸出端。

2.鍵盤與芯片的連接圖(如圖2所示，為8×8的64鍵鍵盤)

3.動(dòng)態(tài)掃描原理

(1)依次使列線scan0-scan7輸出0電平，檢查行線retn0-retn7的電平狀態(tài)。如果行線retn0-retn7的電平全為高電平，表示沒鍵按下。如果retn0-retn7上的電平不全為高電平，表示有鍵按下。

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(2)如果沒鍵按下，就返回掃描。有鍵按下則進(jìn)行逐行掃描，找出閉合鍵的鍵號(hào)。其過程是：先使scan0=0,scan1-scan7=1,檢測(cè)retn0-retn7上的電平，如果retn=0,則表示第一行第一列的鍵被按下，如果retn1=0,則表示第二行第二列的鍵被按下，其它依次類推;如果retn0-retn7均不為0,則表示這一列沒鍵按下;然后再使scan1=0,檢測(cè)第二列按鍵，這樣一直循環(huán)下去，知道把閉合的鍵找到為止。

當(dāng)有鍵按下時(shí)，根據(jù)該時(shí)刻的scan值和retn值就可判斷按下的是哪一個(gè)鍵。

4.芯片內(nèi)部模塊框圖

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三、芯片設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)接收模塊框圖如圖4所示。

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Reset復(fù)位輸入端;clk時(shí)鐘輸入端;rxd串行數(shù)據(jù)接收端;led[20]輸出按下鍵對(duì)應(yīng)的ASCII碼值的低三位去驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管。

該模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)串行數(shù)據(jù)的接收記數(shù)和串并變換的控制功能。

1.串行數(shù)據(jù)接收控制單元

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Reset 復(fù)位輸入端;clk 時(shí)鐘輸入端;rxd 串行數(shù)據(jù)接收端;sh_rx[30]接收計(jì)數(shù)器高4位;sl_rx[10]接收計(jì)數(shù)器低2位。

將串行數(shù)據(jù)接收計(jì)數(shù)器設(shè)置位一個(gè)6位計(jì)數(shù)器，高4位為sh_r,低2位為sl_r,利用該計(jì)數(shù)器的狀態(tài)實(shí)現(xiàn)串行數(shù)據(jù)的同步控制和記數(shù)控制。

2.串并轉(zhuǎn)換電路單元

從RXD端接收的串行數(shù)據(jù)進(jìn)經(jīng)過串并變換后，將其低三位經(jīng)LED輸出端輸出，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管LED0,LED1,LED2發(fā)光，從而顯示接收端RXD的每個(gè)數(shù)據(jù)的低三位。當(dāng)每個(gè)數(shù)據(jù)的低三位相同時(shí)，顯示狀態(tài)就不變化，否則就出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象，以此來檢查芯片的工作情況。

四、總結(jié)

本方案是用VHDL語言來實(shí)現(xiàn)的基于RS232按位串行通信總線的行列式矩陣鍵盤接口電路的設(shè)計(jì)，具有復(fù)位和串行數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送功能，根據(jù)發(fā)光二極管led0-led2的顯示狀態(tài)可判斷芯片的工作情況;實(shí)現(xiàn)所有電路功能的程序均是在美國ALTERA公司生產(chǎn)的具有現(xiàn)場(chǎng)可編程功能的芯片EPM7128SLC84-15上調(diào)試通過的。該電路的設(shè)計(jì)貼近生活，實(shí)用性強(qiáng)，制成芯片后可作為一般的PC機(jī)鍵盤與主機(jī)的接口使用。