键盘控制器设计

集成电路课程设计(报告）题目：键盘控制器设计

一、技术规范

1 概述

本文主要研究参考8279来进行键盘控制器的设计，实现利用键盘控制器对4*4矩阵键盘的自动扫描，并识别键盘上闭合键的键号，这样可以大大节省CPU 对键盘的操作时间，从而减轻CPU的负担，程序简单，不会出现错误操作。使用它可简化系统的软件设计，提高CPU的工作效率，在工程设计中将有很大的好处。本次课程设计使用EDA工具完成，包括NC-Verilog、DC、PT等。

2 接口定义

接口定义与说明见下表。

表1.1 接口定义与说明

引脚名称宽度方向引脚描述clk 1 输入上升沿有效

reset 1 输入低电平复位

row 4 输入键盘扫描行

col 4 输出键盘扫描列key_value 4 输出键盘的键值

3 功能说明

本次设计的主要思想是：当有按键按下时进行键盘行（row）和键盘列(col)扫描，其中键盘的行和列则对应键盘本身，当行列键盘值为一下数据时则对应的键盘值如下：

4 关键接口时序

电路时序如图1.1所示。

5 环境、工具、单元库说明

本设计使用Verilog HDL语言进行描述，在Linux下的vim文本编辑器中进行编写。

二、总体设计方案

1 概述

本设计采用键盘工作方式参照8279，在键盘工作方式时，可设置为双键互锁方式和N键循回方式。

键互锁方式：若有两个或多个键同时按下时，不管按键先后顺序如何，只能识别最后一个被释放的键，并把该键值送入FIFO RAM中。

N键循回方式：一次按下任意个键均可被识别，按键值按扫描次序被送入FIFO RAM中。

2 总体结构图及其说明

键盘控制器的各种工作方式都要通过对命令寄存器的设置来实现。其中共有8种命令，通过这些命令设置工作寄存器，来选择各种工作方式。命令寄存器共8位，格式为:

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

命令类型命令内容

命令寄存器图

如上图，键盘控制器的一条命令由两大部分组成，一部分表征命令类型，为命令特征位，由命令寄存器高3位D7---D5决定。D7---D5三位的状态可组合出8种形式，对应8类命令。另一部分为命令的具体内容，由D4---D0决定。每种特征所代表的命令如表2-1所示

表2-1 键盘控制器命令特征表

下面详细说明各种命令中，D4---D0各位的设置方法，以便确定各种命令字。

特征位D7 D6 D5=000

D4、D3两位用来设定4种显示方式，D2---D0三位用以设定8种键盘/显示扫描方式，如表2.2所示。

表2-2 键盘/显示扫描方式

3子模块1-微控制器模块规范

数据缓冲器是双向缓冲器，连接内、外总线，用于传送CPU和键盘控制器之间的命令或数据；

I/O控制线是CPU对键盘控制器进行控制的引线。CS是键盘控制器的片选信号，CS=0时，控制器才被允许读出或写入信息。WR、RD为来自CPU的控制信号。A0用于区别信息特性：A0=1时，表示数据缓冲器输入为指令、输出为状态字；A=0时，输入、输出皆为数据。

4子模块2-键盘功能模块规范

回复缓冲器、键盘去抖及控制来自RL0~RL3的8根回复线的回复信号，由回复缓冲器缓冲并锁存。

在键盘工作方式中，回复线作为行列式键盘的行列输入线。在逐行列输入时，在逐行列扫描时，回复线用来搜索每一行列中闭合的键。当某一键闭合时，去抖电路被置位，延时等待10ms后，再检验该键是否继续闭和，并将该键的地址和附加的移位、控制状态一起形成键盘数据被送入键盘控制器内部FIFO（先进先出）存储器。键盘数据格式如下：

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

控制移位扫描回复

控制和移位（D6、D7）的状态由两个独立的附加开关决定，而扫描（D5、D4、D3）和回复（D2、D1、D0）则是被按键置位的数据。D5、D4、D3来自动扫描计数器，是按下键的行列编码，而（D7D7D7）则来自行/列计数器，它们是根据回复信号而确定的行/列编码。在传感器开关状态矩阵方式中，回复线的内容直接被送往和相应的传感器RAM（即FIFO存储器）。在选通输入方式中，回复线的内容在CNTL/STB线的脉冲上升沿被送入FIFO存储器。

5 子模块3-键盘控制器的译码和编码模块规范

键盘控制器的译码和编码参考8297，内、外译码由键盘/显示命令字的最低位D0选择决定。

D0=1选择内部译码，也称为译码方式，SL0—SL3每时刻只能有一位为低电平。此时键盘控制器只能接4×4矩阵式键盘。

D0=0选择内部编码，也称为编码方式，SL0—SL3为计数分频式波形输出，键盘方式可接2—4译码器，构成4×4矩阵式键盘。

8297命令功能如下：

三、验证方案

1 概述

主要对键盘控制器模块进行验证，通过编写激励，观察键盘控制器模块的输出。

2 验证结构

采用门级结构进行验证。

3 验证项目说明

以键盘控制为例，编写激励，控制时钟和控制信号，期望每1个时间单位观察键盘输出值。激励如下：

module test;

reg clk, rst_n,RESET,key_clk,key_data;

wire FLGA0;

wire key_pressed;

wire[7:0] DATA;

top_eda s1(.clk(clk), .key_clk(key_clk),.RESET(RESET),

.key_data(key_data),.DATA(DATA),.FLGA0(FLGA0),

.key_pressed(key_pressed));

initial begin

#1 clk = 1'b0;

forever #2 clk = ~clk;

end

initial begin

#1 key_clk = 1'b0;

forever #2 key_clk = ~key_clk;

end

initial begin

#0 RESET = 1'b0;

#10 RESET = 1'b1;

end

initial begin

#0 key_data = 1'b1;

forever #4 key_data = ~key_data;

end