嵌入式设备中CPLD的键盘控制实现

摘   要：用CPLD在信息家电控制平台中设计键盘控制器。

 

前言

嵌入式系统中所用的键盘有编码和非编码键盘两种。编码键盘的优点是比较方便，亦不需要编写太复杂的程序。其缺点是使用的硬件较复杂。非编码键盘的按键是排列成行、列矩阵形式的，可以采用多种锁存器和可编程并行I/O接口芯片组成，但是，在这些方法中，键盘扩展电路需要占用微处理器的资源对按键进行监控和处理，还有不能按照嵌入式设备中特定要求来进行开发，这些都制约了键盘在嵌入式设备中的开发应用。为了解决这一问题，本文提出一种利用复杂可编程逻辑器件设计技术实现键盘控制部分。

 

键盘时序信号和功能

本设计采用通用键盘的实现形式。用户通过通用键盘向主机输送信息，使用的键盘方式只向主机单向传输数据，而不接收主机发送过来的数据。键盘输出的是扫描码，按串行方式输出。键盘输出的信号包括时钟信号和串行数据信号。键盘接口电路，按照串行传送的键盘代码的应答约定，接收键盘发送的扫描码，同时，还向键盘发送主机的控制信号，主机与键盘接口的连接信号时序如图1所示。

从时序图可以看出键盘控制器欲实现以下功能：产生按键扫描时序，并进行硬件去抖动,如果有按键按下，实现按键编码、中断处理等功能；可以同时处理数字键和功能键，对多个按键同时按下，采用一定的处理算法优先进行处理；提供数据显示接口，可以和我们采用的NEC公司NL3224BC35-20彩色显示器正确连接。

在本控制平台中根据系统要求对按键进行如下设置：数字键(0~9)、字母键(A~Z)、功能键(手动、自动、编程方式选择)、清零键(CLR)等共56个，排成8×7的键盘面板方式。

图1  CPU与键盘连接信号时序

 

图2　键盘控制器结构框图

 

图3　键盘控制器的CPLD实现图

 

图4  VHDL语言实现键盘扫描控制示意图

 

 

键盘控制器结构和设计

按照上述设计要求，本控制器中应有：键盘扫描控制及编码电路，分行实时扫描按键的状态信号，如果没有按键被按下，则扫描下一行，如果有按键被按下，则控制器锁定被扫描行，然后进行键盘抖动处理，确定是操作按键后，进行相应的处理；键值存放RAM中数据容量设定为16位；扫描显示输出控制电路，用来驱动NL3224BC35-20连接信号电极；接口控制电路，主要相应CPU的时序和对地址和数据线进行处理。其结构框图示于图2。

为了实现上述的控制器功能结构，利用可编程逻辑技术对各个功能块进行逻辑的时序描述和实现。程序的设计主要采用了图形设计方法,其中大部分的元件应用VHDL语言编程来制作,一些简单通用的元件使用Max PlusⅡ所提供的器件,最后再把它们按照图3的系统框图连接。

根据结构框图可知道，由于S3C4510B的时钟频率50MHz，键盘扫描不需要那么高的频率，所以要进行分频处理，将频率降到1KHz；计数器产生循环扫描信号，用来控制按键监测和键盘编码；由分频器的时钟信号则可以实现约10ms的去抖动延时。整个设计思路，便于用硬件描述语言(VHDL)对上述设计进行描述(见图4)。

由于在系统中，还考虑了SMART卡接口电路的设计，根据设计要求采用的CPLD芯片为EPM7128AELC84-5。在本控制平台使用中键盘接口芯片性能稳定，既满足了键盘控制的要求，又实现了高速SMART卡的传输需求。