【文章內容簡介】 譯碼器完成，顯示由數(shù)碼管構成。 13 4 單元電路設計 分頻模塊電路設計與實現(xiàn) 晶體振蕩器是構成數(shù)字式時鐘的核心， 振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精度決定了數(shù)字鐘計時的準確程度， 它保證了時鐘的走時準確及穩(wěn)定。 石英晶體的選頻特性非常好，只有某一頻率點的信號可以通過它 ，其它 頻率段的信號均會被它所衰減 ， 而且 ， 振蕩信號的頻率與振蕩電路中的 R、 C元件的數(shù)值無關。因此 ， 這種振蕩電路輸出的是準確度極高的信號。然后再利用分頻電路 ， 將其輸出信號轉變?yōu)槊胄盘?，其組成框圖如圖 41。 圖 41 秒信號產(chǎn)生電路框圖 本系統(tǒng)使用的晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個頻率穩(wěn)定準確的40MHz 的方波信號，其輸出至分頻電路。分頻電路的邏輯框圖 如圖 42所示。 圖 42 分頻電路模塊 分頻電路 石英晶體 振蕩電路 秒信號 14 圖 43 分頻模塊電路設計 其內部結構圖見圖 43。電路中采用 Max+plusII 元器件庫中的計數(shù)器7490 進行 硬件分頻。經(jīng)分頻后輸出 1HZ 的標準秒信號 CLK 4MHZ 的按鍵掃描信號、 1KHZ 的按鍵去抖信號和 500HZ 用于報時模塊的輸入信號。該模塊的時序仿真圖如圖 44 所示，滿足設計要求。 圖 44 分頻模塊仿真圖 校時控制模塊電路設計與實現(xiàn) 鍵盤接口電路原理 校時控制模塊在本系統(tǒng)中也就是鍵盤接口電路部分。下面先介紹鍵盤接口電路的工作原理，如圖 45。本系統(tǒng)采用的就是這種行列式鍵盤 接口，相對個按鍵的鍵盤接口來說節(jié)省了 I/O 接口。如圖所示，行線通 15 過一個電阻被上拉到 +5V 電壓。行線與 按鍵的一個引腳相連，列線與按鍵的另一個引腳相連。平時列線被置成低電平，沒有按鍵被按下的時候，行線保持高電平，而有按鍵被按下的時候，行線被拉成低電平，這時候控制器就知道有按鍵被按下，但只能判斷出在哪一行，不能判斷出在哪一列，因此接下來就要進行鍵盤掃描，以確定具體是哪個按鍵被按下。鍵盤掃描的過程事將列線逐列置成低電平，然后讀取行線狀態(tài)，直到行 線中出現(xiàn)低電平，可知這時哪一列是低電平，然后將行線與列線的狀態(tài)裝入鍵碼寄存器，進行按鍵譯碼，得到按下的按鍵的相應編碼，這樣就完成了按鍵掃描的過程。當然，一個完整的按鍵掃描 過程還需要配合相應的鍵盤去抖手段才能正確的識別按鍵，不會發(fā)生重鍵和錯誤判斷等情況。 圖 45 鍵盤接口電路 鍵盤接口的 VHDL 描述 本模塊用于當有按鍵按下時，采用軟件消抖的辦法去除按鍵抖動。模塊的實現(xiàn)方法是先判斷是否有按鍵按下，如有按鍵按下則延時一段時間，待抖動過去之后再讀行線狀態(tài)，如果仍有低電平行線，則確定有按 16 鍵按下，然后產(chǎn)生一個有按鍵按下的信號。該模塊有一個時鐘輸入端口，輸入時鐘信號是分頻出來的 1KHZ的時鐘；有一個輸入端口與行線相連，用于輸入行線狀態(tài)；一個輸出端口，用 于輸出有按鍵按下的信號。該模塊的邏輯框圖如圖 46 所示。 圖 46 去抖邏輯框圖 該電路的 VHDL 程序如下： library ieee。 use 。 use 。 use 。 entity qudou is port(clk1:in std_logic。 row:in std_logic_vector(3 downto 0)。 key_pre:out std_logic)。 end qudou。 architecture behav of qudou is signal sig1,counter:std_logic_vector(3 downto 0)。 signal tmp1,sig2:std_logic。 begin sig1=row。 tmp1=sig1(0)and sig1(1)and sig1(2)and sig1(3)。 key_pre=counter(0)and counter(1)and counter(2)and counter(3)。 process(clk1) begin if(clk139。event and clk1=39。139。)then if(tmp1=39。039。)then if(sig2=39。039。)then 17 sig2=39。139。 end if。 end if。 if(sig2=39。139。)then if(counter=1111)then sig2=39。039。 counter=0000。 else counter=counter+39。139。 end if。 end if。 end if。 end process。 end behav。 程序說明： 這段程序是實現(xiàn)按鍵消抖，在這里實現(xiàn)的比較簡單，原理是當有按鍵按下的時候， temp1 會變成低電平，這時把 sig2 變成高電平，如果此時 counter 不為“ 1111”時，內部計數(shù)器計數(shù)，從“ 0000”直到“ 1111”，當計數(shù)到“ 1111”時， key_pre 輸出高電平，同時計數(shù)器清零。由于計數(shù)脈沖為 1KHZ，故從有按鍵按下到輸入信號產(chǎn)生大概需要 15ms。 如果有按鍵抖動的話， tem1 會在“ 0”和“ 1”之間變動多次，但是計數(shù)過程不會停止，原因是計數(shù)由 sig2 的電平?jīng)Q定，而 sig2 一旦變成高電平，再要變成低電平，需要計數(shù)完成即 counter 等于“ 1111”時。所以計數(shù)過程不會受抖動影響。一旦計數(shù)完成，抖動已經(jīng)過去，不會發(fā)生重鍵現(xiàn)象了，這樣就去除了抖動。 鍵掃描模塊的框圖如圖 47 所示。 18 圖 47 按鍵掃描模塊 CLKY 為輸入時鐘，該時鐘是分頻模塊分出的 4MHZ 的時鐘信號，之所以在這里采用頻率高的時鐘信號就是因為鍵掃描是一個快過程，不需 要太慢的時鐘。 Key_pre 是由去抖模塊輸出的有鍵按下的信號，這個信號引發(fā)按鍵掃描模塊內部信號的變化，在該狀態(tài)信號的作用下，模塊可以鍵盤掃描。 ROW[3..0]是行輸入信號，與鍵盤的行線相連， COM[3..0]是列輸出信號，與鍵盤的列線相連。 SCAN_CODE[7..0]是掃描的鍵碼輸出端口。 鍵掃描的基本方法是將列線逐一置成低電平，然后讀行線輸入端口，如果行線中有低電平出現(xiàn)，說明按鍵已經(jīng)確定，將行向量和列向量讀入鍵碼中即可。鍵盤掃描程序如下： library ieee。 use 。 use 。 use 。 entity ajsm is port(clky,key_pre:in std_logic。 row:in std_logic_vector(3 downto 0)。 :out std_logic_vector(3 downto 0)。 scan_code:out std_logic_vector(7 downto 0))。 end ajsm。 architecture behav of ajsm is signal sig_:std_logic_vector(3 downto 0)。 signal counter:std_logic_vector(1 downto 0)。 signal tmp,sig1,sig2:std_logic。 19 begin sig2=key_pre。 tmp=row(0) and row(1) and row(2) and row(3)。 process(clky) begin if(clky39。event and clky=39。139。)then 計數(shù)進程 if(sig2=39。139。)then if(counter=11)then sig1=39。039。 counter=00。 else sig1=39。139。 counter=counter+39。139。 end if。 end if。 end if。 end process。 process(clky) 列線逐位輸出低電平 variable jt :std_logic。 begin if(clky39。event and clky=39。139。)then if(sig1=39。139。)then jt:=sig_(3)。 for i in 3 downto 1 loop sig_(i)=sig_(i1)。 end loop。 sig_(0)=jt。 else sig_=1110。 end if。 end if。 end process。 20 process(clky) begin if(clky39。event and clky=39。139。)then if(sig1=39。139。)then =sig_。 else =0000。 end if。 end if。 end process。 process(clky) 鍵碼信號賦值 begin if(clky39。event and clky=39。139。)then if(sig1=39。139。)then if(tmp=39。039。)then scan_code=row amp。 sig_。 else scan_code=11111111。 end if。 else scan_code=11111111。 end if。 end if。 end process。 end behav。 程序說明： 該程序較長，用個 4 個進程，這里逐一介紹。 第一個進程是計數(shù)變量 counter 的計數(shù)進程， 當 sig2 為 1 且 counter不為 11 時， sig1 為 1 且 counter 開始記數(shù)。 第二個進程是根據(jù)狀態(tài)變量的狀態(tài)進行列線的低電平的逐位輸出。如果 sig1 等于 1，那么 sig_ 就進行循環(huán)移位，每個鐘周期循環(huán)左移一位。 21 第三個進程決定列線的輸出，平時輸出“ 0000”，當 sig1 為 1 時，輸出 sig_。 最后一個進程就是給鍵碼信號賦值的過程。 該模塊框圖如圖 48 所示。模塊主要完成從鍵掃描碼到按鍵編碼的轉換。 圖 48 鍵碼轉換模塊邏輯框圖 鍵碼轉換的核心程序如下： library ieee。 use 。 use 。 use 。 entity jmzh is port(clky:in std_logic。 scan_code:in std_logic_vector(7 downto 0)。 key_code:out std_logic_vector(3 downto 0))。 end jmzh。 architecture behav of jmzh is begin process(clky) begin if(clky39。event and clky=39。139。)then case scan_code is when 11101110=key_code=0000。 when 11101101=key_code=0001。 when 11101011=key_code=0010。 when 11100111=key_code=0011。 22 when 11011110=key_code=0100。 when 11011101=key_code=0101。 when 11011011=key_code=0110。 when 11010111=key_code=0111。 when 10111110=key_code=1000。 when 10111101=key_code=1001。 when 10111011=key_code=1010。 when 10110111=key_code=1011。