基于NIOSⅡ的矩陣鍵盤和液晶顯示外設(shè)組件的設(shè)計(jì)

　　引言

　　NiosⅡ是Altera公司推出的第二代IP軟核處理器。它與其他IP核可構(gòu)成SOPC系統(tǒng)的主要部分。Altera SOPC Builder提供有NiosⅡ處理器及一些常用外設(shè)接口，因此，對于一些庫中沒有提供的模塊，用戶就可以自己定義添加。用戶還可以通過自定義邏輯方法在SOPC設(shè)計(jì)中添加自己開發(fā)的IP核。而定制用戶邏輯外設(shè)是使用NiosⅡ嵌入式軟核處理器的SOPC系統(tǒng)的重要特性之一。

　　本文提出了一種針對LCD控制器和矩陣鍵盤的IP核的設(shè)計(jì)方法。該方法利用SOPC Builder中元件編輯器Create New Component，通過自定義邏輯方法在SOPC設(shè)計(jì)中添加自己開發(fā)的液晶顯示模塊和鍵盤IP核。該控制器具有Avalon總線接口，可與其它標(biāo)準(zhǔn)IP核一起構(gòu)成以NiosⅡ?yàn)楹诵牡钠舷到y(tǒng)，并可編寫驅(qū)動(dòng)程序。

　　1 鍵盤和顯示電路的硬件設(shè)計(jì)

　　鍵盤采用4×4行列式鍵盤，其4根行輸入線KEY0～KEY3和4根列輸出線KEYSCAN0～KEYSCAN3與鍵盤接口電路相連，每行信號線使用上拉電阻接到3.3 V電源上。液晶顯示采用的是THSl2864-12顯示模塊。HSl2864-12是一種圖形點(diǎn)陣液晶顯示器，液晶顯示屏為128×64點(diǎn)陣，可顯示4行，每行顯示8個(gè)漢字，該模塊具有2MB的中文字型ROM，可提供8192個(gè)16×16點(diǎn)陣中文字型。同時(shí)，為了便于英文和其它常用字符顯示，它還具有16 KB半寬字型ROM，提供有128個(gè)16×8點(diǎn)陣的字母符號字型;另外，繪圖顯示畫面還可提供一個(gè)64×256點(diǎn)陣的繪圖區(qū)域(GDRAM)及240點(diǎn)的ICONRAM，可以和文字、畫面混合顯示，其內(nèi)含的CGRAM可提供4組軟件可編程的16×16點(diǎn)陣造字功能。其鍵盤電路和顯示模塊接口電路如圖1所示。

　　2 鍵盤掃描電路的程序設(shè)計(jì)

　　行列式鍵盤又叫矩陣式鍵盤，它用帶有I/O口的線組成行列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行列的交點(diǎn)上。傳統(tǒng)矩陣鍵盤大多使用軟件驅(qū)動(dòng)控制，即在程序中循環(huán)掃描查詢鍵盤的狀態(tài)，以判斷是否有鍵按下，這種方法比較耗費(fèi)CPU資源，而且查詢掃描結(jié)果可能出現(xiàn)誤碼。本文提出了一種新的用硬件描述語言在FPGA中實(shí)現(xiàn)矩陣鍵盤控制的方法。該方法使用時(shí)序電路掃描查詢鍵盤，在發(fā)現(xiàn)鍵按下的時(shí)候，可給出相應(yīng)的鍵碼和中斷信號，并以中斷的方式處理按鍵。矩陣鍵盤掃描分4個(gè)時(shí)序，在每一個(gè)時(shí)序，KEY0～KEY3(四根行線線)端口分別輸出1110、1101、1011、0111掃描碼，并分別控制一列按鍵接地，同時(shí)在每個(gè)時(shí)序查詢KEYSCAN0～KEYSCAN3(四根列線)端口。

　　圖2所示是一種4×4行列結(jié)構(gòu)的鍵盤掃描電路，它由分頻器電路、鍵盤掃描計(jì)數(shù)電路、鍵盤行(row)列(col)按鍵檢測電路、按鍵抖動(dòng)消除電路、鍵盤編碼電路等組成。

　　設(shè)計(jì)好鍵盤的硬件控制程序以后，鍵盤控制程序可封裝為參數(shù)可配置的用戶自定義外設(shè)組件，以在SOPCBuilder中直接添加使用。完成KEYS器件的加入后，KEYS器件就會(huì)出現(xiàn)在SOPCBuilder的組件選擇欄的“User Logic”項(xiàng)目下，最后在NiosⅡIDE中設(shè)計(jì)矩陣鍵盤的驅(qū)動(dòng)程序，安裝鍵盤按鍵中斷，編寫按鍵中斷服務(wù)程序，從而通過按鍵中斷獲取相應(yīng)按鍵的鍵盤碼。其例程如下：

　　/*初始化鍵盤中斷*/