专用键盘接口芯片的一种CPLD实现方案

《专用键盘接口芯片的CPLD实现方案》 在单片机系统中，键盘子系统是数据输入的重要途径，尤其对于实时调试、数据调整和控制功能的实现至关重要。传统的键盘扩展方式，如直接使用I/O接口线或8255A接口芯片，虽然简单，但在高实时性要求的系统中，会占用大量单片机资源，影响效率。为此，专用键盘接口芯片如Intel8279被广泛采用，但它们在灵活性和特定功能实现上存在局限。本文针对这一问题，提出了一种基于复杂可编程逻辑器件（CPLD）的专用键盘接口芯片设计方案。 CPLD是一种先进的数字集成电路，能够灵活地实现复杂的逻辑功能。通过CPLD，我们可以定制键盘接口芯片的内部结构，以满足特定需求。具体来说，该芯片需具备以下功能： 1. 键盘扫描和硬件去抖动：生成按键扫描时序，消除因机械按键抖动可能导致的误读。 2. 按键编码和中断处理：对数字键进行编码存储，功能键触发中断请求。 3. 数字键与功能键区分处理：数字键暂存，功能键直接引发CPU中断。 4. 与MCS-51兼容的接口：允许单片机读取存储的键码或功能代码。 5. LED显示接口：支持4位七段LED数码管的动态扫描显示。 在设计中，关键组件包括键盘扫描控制及编码电路、FIFORAM、扫描发生器和接口控制电路。键盘扫描控制采用环形计数器产生扫描信号，通过去抖动机制确保稳定读取。FIFORAM用于存储按键数据，扫描发生器同时控制LED显示。接口控制电路则负责识别CPU读取请求，并根据地址信号线A1和A0选择输出数据。 为了实现这些功能，我们需要详细描述和设计芯片核心部分的状态机。例如，键盘扫描的时序设计可以通过状态图表示，包括扫描、去抖动和按键保持等状态。状态转移逻辑基于输入变量（如按键状态和去抖定时器）和输出变量（如扫描使能和编码启动）进行控制。 图3所示的状态图描绘了键盘扫描的典型过程，通过状态S0到S6的转换，实现按键检测、去抖动和保持。这种设计思路可以转化为具体的硬件逻辑，如图4所示，利用6位循环移位寄存器H3实现状态的实时更新。 CPLD提供的可编程逻辑使得设计出更加高效、灵活且定制化的键盘接口芯片成为可能。通过这样的方案，我们可以优化单片机系统的资源利用，提升系统响应速度，同时满足用户特定的键盘交互需求。