基于CPLD的專用鍵盤接口芯片的方案設(shè)計(jì)
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鍵盤掃描時(shí)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(fù)位)、KEY-PRESS(有按鍵)、TIMER-OVER(去抖動(dòng)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(dòng))、START-TIMER(開啟去抖動(dòng)延時(shí))。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(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(dòng)(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)鏈(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)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(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(hào)(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(hào)，信號(hào)周期為1μs。如果將該時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)過一個(gè)分頻器，使其輸出的信號(hào)周期約為Tclk=1μs×212≈4ms，然后再作為H3的時(shí)鐘信號(hào)。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(dòng)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個(gè)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(hào)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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