【正文】 目 錄 摘 要 ........................................................................... (2) 關(guān)鍵詞 ........................................................................... (2) 前言 ............................................................................. (3) 一、基于 FPGA 的課題研究現(xiàn)狀簡介 ................................................. (4) 研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 .......................................................... (4) 研究目的及意義 .............................................................. (4) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)平臺及開發(fā)工具的選擇 ................................................ (4) 二、可編程器件相關(guān)技術(shù)及 QUARTUS 開發(fā)工具概述 ................................... (6) 可編程器件相關(guān)技術(shù) .......................................................... (6) QUARTUS開發(fā)工具概述 ........................................................ (9) 三、 PS/2 鍵盤協(xié)議與鍵盤接口電路設(shè)計(jì) .............................................. (11) PS/2 鍵盤協(xié)議 ............................................................... (11) PS/2 鍵盤接口電路的設(shè)計(jì) ..................................................... (11) 四 、 LCD1602 的顯示原理與實(shí)現(xiàn) .................................................... (14) LCD 顯示原理 ............................................................... (14) 液晶顯示的 硬件連接 ......................................................... (18) 五、 鍵盤輸入與液晶顯示的設(shè)計(jì) .................................................... (19) 頂層原理圖設(shè)計(jì) ............................................................. (19) 分頻模塊設(shè)計(jì) ............................................................... (19) LCD1602 接口設(shè)計(jì) ........................................................... (21) 鍵盤接口驅(qū)動設(shè)計(jì) ........................................................... (24) 六、全文總結(jié) .................................................................... (27) 致謝 ............................................................................ (27) 參考文獻(xiàn) ........................................................................ (28) 附錄 A：實(shí)物顯示圖 .............................................................. (29) 附錄 B： PS/2 鍵盤接口驅(qū)動源程序 .................................................. (30) 基于 FPGA 的鍵盤輸入與顯示電路 學(xué) 生：羅莎莎 指導(dǎo)教師：吳正平 三峽大學(xué)理學(xué)院 摘 要 ： 本 論文 介紹了利用 FPGA 來控制 128*64 液晶顯示模塊與 PS/2 鍵盤 掃描電路 ， 在這個(gè) 電路 中 實(shí)現(xiàn)對鍵盤的掃描 輸入，并通過 LCD1602 完成 顯示功能 。 本文 首先 簡單 介紹 了 基于 FPGA 有關(guān)課題 的 研究 現(xiàn)狀 ， 其次 描述了 可編程器件相關(guān)技術(shù)與所用的 Quartus 開發(fā)工具。 然后 論述了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所應(yīng)用的各硬件接口技術(shù)和各個(gè)接口模塊的功能及工作過程 , 并具體描述了電路接口的軟、硬件調(diào)試過程。最后闡述了程序的流程和實(shí)現(xiàn)過程。本文編寫的主導(dǎo)思想是軟、硬件相結(jié)合，以硬件為基礎(chǔ)，來進(jìn)行各功能模塊的編寫。在 Quartus II 環(huán)境中設(shè)計(jì)點(diǎn)陣液晶顯示控制器，所有功能全部用硬件描述語言 VHDL 編程實(shí)現(xiàn)并下載到 明偉 公司 生產(chǎn) 的 FPGA EP1C6 開發(fā)板上 的 EP1C6Q240C8N 目標(biāo) 芯片上調(diào)試通過 。 Abstract： This article introduced a circuit using FPGA to control the 128 * 64 LCD display module and the PS / 2 keyboard scan circuit module .In this circuit we input a word through the kryboard and it will display on the LCD1602. This article first briefly introduced the FPGAbased research on relevant subjects, followed by description of the programmable devices and related technologies used in the Quartus development tools. And then discusses the design of the graduate application technology of the hardware interface and the interface module functions and work processes, and specific description of the circuit interface software and hardware debugging process. Finally, the procedures set out the process and the realization of the article is the guiding philosophy of the preparation of software and hardware bined with hardwarebased, to the preparation of various functional modules. In the Quartus II design environment matrix liquid crystal display controller, use all the features of all the hardware description language VHDL programming and download to Mingwei’s FPGA EP1C6 series EP1C6Q240C8N target chip debug is passed . 關(guān)鍵詞 ： FPAG； LCD； VHDL； 鍵盤 Keyword： FPGA； LCD； Keyboard 前言 隨著集成電路制造技術(shù)的發(fā)展，在一塊芯片上制造的元件越來越多，集成電路規(guī)模的擴(kuò)大為新的電路設(shè)計(jì)方法提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。作為傳統(tǒng)數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用的主要器件，標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件已經(jīng)使用了 20 多年，標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件對研究數(shù)字系統(tǒng)基本構(gòu)成模塊的工作原理具有重要的意義，它在許多基礎(chǔ)的理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程中仍然占據(jù)重要的位置，目前，“數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)”課程仍然以標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件為主進(jìn)行講授，但在實(shí)際組裝電路的過程最麻煩 ，既費(fèi)時(shí)間又容易出錯(cuò)。 可編程邏輯器件（ PLD）能使組裝電路這個(gè)繁瑣的步驟借助計(jì)算機(jī)和相關(guān)開發(fā)軟件來完成，因此，現(xiàn)在許多數(shù)字系統(tǒng)采用可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)途徑來提高設(shè)計(jì)效率，同時(shí)，由于使用的器件數(shù)量的減少也提高了系統(tǒng)的可行性。 FPGA（ Field Programmable Gate Array ）是目前廣泛采用的一種可編程器件 ， 它的應(yīng)用不僅使得數(shù)字電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)非常方便， 并且還大大縮短了系統(tǒng)研制的周期， 縮小了數(shù)字電路系統(tǒng)的體積和所用芯片的品種。而且它的時(shí)鐘頻率已可達(dá)到幾百兆赫茲和高可靠性， 非常適合用于 實(shí)現(xiàn)波形發(fā)生器的數(shù)字電路部分。 本設(shè)計(jì)以 FPGA 為控制核心，實(shí)現(xiàn)對鍵盤輸入與字符點(diǎn)陣液晶 1602 的控制。該方案硬件電路連接簡單，軟件程序簡潔，對液晶的控制簡單、穩(wěn)定，且可改動性靈活。 明偉電子 公司是著名的可編程邏輯器件生產(chǎn)廠家，它的產(chǎn)品在我國，尤其高校教學(xué)中得到廣泛的應(yīng)用。因?yàn)樵摴镜目删幊踢壿嬈骷粌H具有較高性能，高集成度和高性價(jià)比的優(yōu)點(diǎn)，而且還提供了多種功能全面的開發(fā)工具，例如獲得廣泛應(yīng)用的 Quartus II 軟件。本文介紹了利用能Quartus II 設(shè)計(jì)信號源發(fā)生器的一般設(shè)計(jì)流程，論文中設(shè)計(jì)的程序代碼 都通過 Quartus II 行編譯仿真并利用 明偉電子公司生產(chǎn)的 FPGA EP1C6 開發(fā)板 進(jìn)行了硬件測試。 本課題的研究具有很大的實(shí)際意義。首先，對自己而言， 通過本實(shí)驗(yàn)，不僅訓(xùn)練了復(fù)雜數(shù)字電路的設(shè)計(jì)方法，而且還了解了鍵盤以及顯示器的工作原理，極大提高了自身硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力以及軟件編程能力，為今后從事硬件電路設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。另外， 通過完成本課題的設(shè)計(jì)可以進(jìn)一步掌握常用 EDA 工具的使用方法、 FPGA 的開發(fā)技術(shù)以及 VHDL 語言的編程方法。能比較熟練的使用Quartus II 等常用 EDA 軟件對 FPGA和 CPLD 作一些簡單的電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)，同時(shí)能較好的使用 VHDL語言設(shè)計(jì)簡單的邏輯系統(tǒng)，學(xué)會功能仿真、時(shí)序仿真和硬件測試技術(shù)，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)現(xiàn)代 EDA 工程技術(shù)， ASIC 器件設(shè)計(jì)以及超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。 一 、基于 FPGA 的課題研究現(xiàn)狀簡介 研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 鍵盤作為嵌入式系統(tǒng)的一種最常用人機(jī)接口設(shè)備 ,在嵌入式系統(tǒng)中有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。但開發(fā)者一般均采用自行設(shè)計(jì)的簡易矩陣鍵盤 ,這類鍵盤僅僅是按行、列排列起來的矩陣開關(guān) ,往往需要單獨(dú)設(shè)計(jì)并制作 ,通用性不強(qiáng)。當(dāng)需要較多的按鍵時(shí) ,則 會占用較多的 I/O 端口 ,在軟件上則要進(jìn)行上電復(fù)位按鍵掃描及通信處理 ,而且還要加上按鍵的去抖動處理 ,增大了系統(tǒng)的軟硬件開銷。而 PS/2 鍵盤 ,內(nèi)嵌自動去除按鍵抖動的設(shè)計(jì)自動地識別鍵的按下與釋放 ,軟硬件可發(fā)簡便 ,價(jià)格便宜 ,穩(wěn)定可靠 ,將 PS/2 鍵盤作為嵌入式系統(tǒng)的輸入設(shè)備已經(jīng)成為可行的方案。而目前關(guān)于 PS/2 鍵盤控制的應(yīng)用大部分采用單片機(jī)控制 ,與單片機(jī)相比 ,FPGA 具有比單片機(jī)更加靈活 ,集成度更高容易移植等特點(diǎn)。 現(xiàn)代 EDA(電子設(shè)計(jì)自動化 )技術(shù)提供了一種很好的途徑 , 利用 VHDL 硬件描述語言和 FPGA 器件可以很方便地構(gòu)建鍵盤掃描模塊。 液晶顯示器由于具有低壓、微功耗、顯示信息量大、體積小等特點(diǎn)，在移動通信終端、便攜計(jì)算機(jī)、 GPS 衛(wèi)星定位系統(tǒng)等領(lǐng)域有廣泛用途，成為使用量最大的顯示器件 。 許多電子公司相繼推出各種型號各種系列的液晶顯示模塊，這些模塊不僅可以顯示字符和數(shù)字 , 有的還可以顯示各種圖形和漢字。 液晶顯示驅(qū)動有多種方法 ,通常采用的方法為基于專用集成電路和基于通用微處理器的方法。 研究目的及意義 本課題是出于學(xué)校實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的需要而提出的。因 FPGA器件是八十年代中期出現(xiàn)的一種新概念。由于 它具 有 集成度高、編程仿真方便、速度快等優(yōu)點(diǎn) ,使得它在信號處理、通信以及電力系統(tǒng)中得到了廣泛地應(yīng)用。本課題的提出就是想利用 FPGA 器件的優(yōu)越性，來實(shí)現(xiàn) 鍵盤輸入接口以及 液晶顯示電路的設(shè)計(jì)。 液晶器件以其具有工作電壓低、功耗低、顯示信息量大、壽命長、不產(chǎn)生電磁輻射污染、可以顯示復(fù)雜的文字及圖形等優(yōu)點(diǎn)