【正文】 0010 Row1 col3 0011 Row1 col4 0100 Row2 col1 掃描 第二 行鍵盤 0101 Row2 col2 0110 Row2 col3 0111 Row2 col4 ?? ?? ?? 1111 Row4 col4 東海科學(xué)技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文 13 按鍵抖動消除電路 消抖電路可以看成是具有倒數(shù)功能的計數(shù)器，主要目的是為了盡量避免因為按鍵時鍵盤所帶來的抖動使 key_pressed產(chǎn)生不必要的抖動變化，因而造成計數(shù)器重復(fù)統(tǒng)計按鍵次數(shù)的結(jié)果。根據(jù)該電路的程序代碼，其仿真波形如圖 ： 圖 圖 col為 1111表明無鍵按下，所以對應(yīng)輸出為 0，當 col為 1011，表示第三列有鍵按下，而行掃描結(jié)果按下的鍵在第二行，因為 scan_t取值為 7，所以可以判斷按下的鍵為第二行第三列，即為第 6鍵，所以 6的下方 key_pressed值為 0。得到的掃描技術(shù)器的電路符號如圖 ： 圖 東?？茖W(xué)技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文 12 按鍵檢測電路 在尚未按下任何按鍵時，一直都是循環(huán)計數(shù)，按鍵檢測時按行逐一掃描鍵盤按鈕，按鍵的行用變量 row表示，列用變量 col表示， 16個按鍵的編碼方式如表 ： 表 編碼方式 當鍵盤輸入到按鍵檢測電路信號 col的每一位值均為 1，此時鍵盤無論掃描到哪個鍵，均使按鍵使能位（ key_pressed）為 1，表示檢測到尚未有鍵按下。因為 MAX+PLUSⅡ軟件的強大，可以直接得出電路的電路符號， clk 為一個時鐘脈沖，作為分頻器電路的輸入，scan_f為分 頻器電路的輸出， q不輸出也不輸入，只是作為一個端口， MAX+PLUSⅡ軟件自動生成電路符號，分頻器電路的電路符號如圖 ： 圖 東?？茖W(xué)技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文 11 鍵盤掃描計數(shù)器電路 掃描技術(shù)器電路以 1khz分頻器電路的輸出為 clock，按鍵（ key_pressed）為使能鍵，當使用者尚未按下鍵盤時， key_pressed=’ 1’ ,此時由 0到 15 反復(fù)計數(shù)，并輸出計數(shù)值作為按鍵檢測電路的輸入掃描鍵盤，直到使用者按下鍵盤時 key_pressed=’ 0’ ,計數(shù)器停止持續(xù)輸出計數(shù)值。 由于鍵盤掃描不需要那么高的頻率，所以現(xiàn)在設(shè)計一個分頻電路將頻率降低為 1khz。在實際的分頻器中，有時為了平衡高、低音單元之間的靈敏度差異，還要加入衰減 電阻 ；另外，有些分頻器中還加入了由電阻、電容構(gòu)成的阻抗補償網(wǎng)絡(luò)，其目的是使音箱的阻抗曲線心理平坦一些，以便于功放驅(qū)動。要科學(xué)、合理、嚴謹?shù)卦O(shè)計好音箱之分頻器，才能有效地修飾 喇叭 單元的不同特性，優(yōu)化組合，使得各單元揚長避短，淋漓盡致地發(fā)揮出各自應(yīng)有的潛能，使各頻段的頻響變得平滑、聲像 相位 準確，才能使高、中、低音播放出來的音樂層次分明、合拍、明朗、舒適、寬廣、自然的音質(zhì)效果。 7 8 9 + 0 = Clk 鍵盤編碼 Key_valid Key_pressed 按鍵檢測 row col clk Key_valid 抖動消除 Key_pressed 按鍵碼 分頻 計數(shù) 1KHz clock count 東海科學(xué)技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文 10 第 3 章 鍵盤掃描電路的模塊電路設(shè)計 分頻器電路 分頻器是音箱中的“大腦”，對音質(zhì)的好壞至關(guān)重要。過程如圖 ： 東?？茖W(xué)技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文 8 圖 鍵盤掃描電路的原理 鍵盤掃描電路時將各個五個模塊結(jié)合起來，分別由分頻器電路、鍵盤掃描計數(shù)器電路、鍵 盤 column和 row 按鍵檢測電路、按鍵抖動消除電路、按鍵編碼電路等組成，結(jié)合成的一個系統(tǒng)，分頻器主要的作用是在掃描時起到一個分頻的作用，按鍵掃描計數(shù)器電路達到一個計數(shù)的功能，按鍵檢測電路是在整個電路中起到檢測的功能，檢測是否有按鍵按下然后輸出，抖動消除電路的功能是消除抖動，避免按鍵時鍵盤產(chǎn)生的按鍵抖動效應(yīng)產(chǎn)生不必要的抖動，按鍵編碼電路的作用是有編碼的功能，在更換不同的按鍵時，由于按鍵值的不同可以進行適當?shù)母淖儭? 鍵盤掃描電路的基本流程 鍵盤掃描電路的方法很多，一般讓人第一個想到就是矩陣式的鍵盤掃描，用的地方也很多，應(yīng)用也非常的廣泛，其實還有很多其他的方法，有傳統(tǒng)式的，有用其他不同語言編寫的程序，可以達到不同的效果?？删幊踢壿嬈骷拖袷且粡埡翢o痕跡的白紙，也像是一堆積木，工程師可以通過傳統(tǒng)的原理電路圖輸入法，或者是利用硬件描述語言來自由地設(shè)計一個數(shù)字系統(tǒng)，再通過一些軟件進行仿真，這樣就可以再 投入實際應(yīng)用前事先了解、驗證所設(shè)計的系統(tǒng)是否是正確的，是否可以投入使用生產(chǎn)。 可再配置設(shè)計能力 FPGA中文名叫做現(xiàn)場可編程門陣列，它的現(xiàn)場體現(xiàn)在現(xiàn)場設(shè)計、現(xiàn)場編程、現(xiàn)場配置、現(xiàn)場修改和現(xiàn)場驗證，從而現(xiàn)場來實現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)的單片化設(shè)計和應(yīng)用。 FPGA采用 CMOSSRAM工藝制作，其結(jié)構(gòu)和陣列型不同，內(nèi)部由許多獨立的可編程邏輯模塊組成，邏輯模塊之間可以直接靈活地相互連接，具有高密度、編程速度快、設(shè)計靈活和可再配置設(shè)計能力等許多優(yōu)點。這樣一來， FPGA 器件的最大可能的輸入端數(shù)和輸出端數(shù)要比同等規(guī)模的 EPLD多很多，在應(yīng)用方面也來得比較得心應(yīng)手。如果將 FPGA 引入到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，無疑會使系統(tǒng)的體積更加小巧，其性能更加優(yōu)越 [18]。因此選擇好一個合適的又具有足夠的邏輯資源和 I/O 引腳資源的 FPGA，其內(nèi)部一些關(guān)鍵資源的有無對一個特定的設(shè)計是否可能實現(xiàn)，對下一步的設(shè)計來說顯得尤為重要了。 我們在為一個特定的應(yīng)用選擇 FPGA的時候，還有一些問題需要仔細得考慮過。解析數(shù)據(jù)流和操作的復(fù)雜應(yīng)用必須要求大量的觸發(fā)器，有利于用來作暫態(tài)數(shù)據(jù)存儲器和流水線寄存器以及寬計數(shù)器和大規(guī)模狀態(tài)機矢量 [15]。因為FPGA 基于 RAM 工藝技術(shù)，該器件在使用前需要從 外部加載配置數(shù)據(jù)，需要一個外置存儲器保存信息，采用可編程的串行配置器件，供電電壓為 。如果將 FPGA引入到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，無疑會使系統(tǒng)的體積更加小巧，其性能更加優(yōu)越 [14]。 FPGA 的邏輯是向自身內(nèi)靜態(tài) 儲存單元 加載編程數(shù)據(jù)來實現(xiàn)的，存儲器單元中儲存的值決定了 邏輯單元 的邏輯功能及各個模塊之間或者是模塊與 I/O 之間的連接方式，并且能夠最終決定 FPGA 所能夠?qū)崿F(xiàn)的功能 ， FPGA 允許的編程沒有次數(shù)限制。現(xiàn)場可編程門陣列（ FPGA）是可 編程器 件，它和傳統(tǒng)邏輯 電路 以及門陣列（比如 PAL， GAL 及 CPLD 器件）比較， FPGA是具有不同的結(jié)構(gòu)。 FPGA 的一個明顯的特點是它有一個窄輸入的邏輯單元，使用的是分布式互連的方案。現(xiàn)在 EDA技術(shù)的基本就是以計算機為工具，設(shè)計人員在 EDA東?？茖W(xué)技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文 6 軟件的平臺上，采用高級硬件描述的語言 VHDL 完成設(shè)計所需的文件，由計算機自動地來完成邏輯的編譯、化簡、分割、綜合、優(yōu)化、布局、布線這些功能，再進行系統(tǒng)仿真 [12]。 現(xiàn)在 EDA技術(shù)的基本特征是用高級語言描述，并且具有系統(tǒng)級仿真和綜合能力 [10]。 （ 7）完全集成化 Max+plusⅡ的文本輸入、處理與檢驗驗功能全部都在統(tǒng)一的開發(fā)環(huán)境下完成，這樣既能加快動態(tài)調(diào)試，又可以減少開發(fā)所需要的周期。 （ 5）豐富的資源設(shè)計庫 Max+plusⅡ有著豐富的數(shù)據(jù)庫單元提供給設(shè)計者調(diào)用，其中包括多種最新的參數(shù)化的兆功能（ MageFunction）和很多特殊邏輯功能（ MacroFunction）以及 74系列所需全部器件。 （ 3）模塊化工具 設(shè)計者可以從任何設(shè)計輸入和處理 以及較驗功能選項中進行選擇 ,這樣就可以使設(shè)計的環(huán)境得到用戶化。電路符號如圖 ： 圖 開發(fā)系統(tǒng)的特點 （ 1）具有界面的開放性 Max+plusⅡ支持與 Exemplarlogic， Mentor Graphics， Cadence， Viewlogic， Synplicty等，另外還有其他公司提供的 EDA工具的接口。 硬件描述語言輸入 （ Text Editor） MAX+PLUSII 軟件中有一個集成的文本編輯器 ,這個編輯器支持 AHDL、 Verilog 和 VHDL東?？茖W(xué)技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文 4 硬件描述語言的輸入 ,還有一個模板使輸入程序語言更加便捷 ,此軟件可以對這些程序語言進行編譯，同時形成可以下載 的配置數(shù)據(jù)，文本編輯器窗口如圖 ： 圖 文本輸入 波形編輯器 (Ｗ aveform Editor) 在進行仿真邏輯電路的動作時，這時候需要在設(shè)計電路的輸入端加入一定波形，同時波形編輯器可以立刻生成和編輯仿真時用的波形（ *.SCF文件）文件，用這個編輯器的工具條可以非常容易快捷的生成編輯波形和波形。 MAX+PLUSⅡ軟件大致可分為 5個模塊：設(shè)計輸入編輯器， HDL綜合器，仿真器，適配器和下載器。 +PLUSⅡ的簡介 MAX+PLUSⅡ是 Multiple Array Matrix and Programmable Logic User System 的縮寫，是美國 Altera 公司推出的第三代 PLD 開發(fā)系統(tǒng)，她接受對一個電路設(shè)計的文本描述或圖形描述，使用 MAX+PLUSⅡ的設(shè)計者不需要器件內(nèi)部的復(fù)雜構(gòu)造，只運用自己熟悉的輸入工具進行設(shè)計，由 MAX+PLUSⅡ?qū)⑦@些設(shè)計自動轉(zhuǎn)化為最終所需的格式它使設(shè)計者能方便地進行設(shè)計輸入、快速處理和期 間編程。 其主要特點如下： 具有很強的可移植性； 能夠?qū)⒃O(shè)計中的錯誤消除在電路系統(tǒng)安裝之前，并檢查設(shè)計系統(tǒng)功能的可行性，說明它有很強的預(yù)測能力；它還有著豐富的庫函數(shù)和模擬仿真語句，隨 時都能對設(shè)計進行仿真模擬； 在理解上比較容易，有良好的可讀性，與高級語言接近； 它的硬件結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)設(shè)計無關(guān)，有利于工藝的轉(zhuǎn)換； 它可以把已有的設(shè)計項目作為一個模塊調(diào)用；支持模塊的設(shè)計，可以將大規(guī)模設(shè)計項目分解成很多小項目，； 針對一個確定的設(shè)計系統(tǒng)，可以用 EDA 工具進行優(yōu)化和邏輯綜合，并且自動的能把VHDL硬件描述語言轉(zhuǎn)變化門電路級網(wǎng)表文件； 設(shè)計靈活，修改方便，同時也便于設(shè)計結(jié)果的交流、保存，產(chǎn)品開發(fā)速度快，成本低。 VHDL 語言中具有許多與數(shù)字電路的結(jié)構(gòu)直接相關(guān)的概念 [6]。 VHDL具有強大的 功能，覆蓋面廣，描述能力強 [5]。 設(shè)計工具的簡介 VHDL是 VHSIC Hardware Description Language的縮寫，其中 VHSIC是 Very High Speed Integrate Circuit的縮寫，它是一種硬件描述語言，有非常強大的功能。 本課題的目的是為了讓學(xué)生 通過畢業(yè)設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用多學(xué)科理論知識與技能，分析、解決一般工程技術(shù)問題的基本能力，及勇于實踐探索的工程實現(xiàn)意識。以 FPGA 芯片為主機控制核心的 鍵盤掃描電路設(shè)計， 該系統(tǒng)具備能夠識別多個按鍵功能。在高科技快速發(fā)展的今天，我們必須走在高科技尖端，隨著潮流發(fā)展，這樣才不至于被這個快速發(fā)展的時代淘汰，反而是我們要主宰這個世界，開發(fā)高科技，向更新的一個時代邁進。不管是在技術(shù)上還是質(zhì)量上，我們應(yīng)該追求的是超過國外的技術(shù)，讓國人相信中國的產(chǎn) 品并不比外國的差，而且相比國外的產(chǎn)品不管是在質(zhì)量上還是產(chǎn)量上，都比外國的好，讓中國的研究走上時尚的尖端，讓國外的人也買我們中國的產(chǎn)品。另一種是掃描陣列方式，可以適用于大量按鍵，但不能多鍵同時按下識別 [3]。鍵盤已經(jīng)遍布了我們的生活，以后更是會向更多的方向發(fā)展，因此鍵盤不管在何種情況下，都不會被現(xiàn)實生活所淘汰，只會向更好的方向發(fā)展，把鍵盤技術(shù)發(fā)展的更前衛(wèi)、更先進、更方便。 按照應(yīng)用可以分為 臺式機 鍵盤、筆記本電腦鍵盤、工控機鍵盤，速錄機鍵盤，雙控鍵盤、超薄鍵盤、手機鍵盤七大類。由 Magic Cube 公司東?？茖W(xué)技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文 2 設(shè)計的“ Magic Cube”（魔方）激光鍵盤，是一款超酷的產(chǎn)品，可以在任何具有表面平整的地方使用。 從目前的進展來看，出現(xiàn)了聲控輸入， 手寫輸入 和觸摸或點擊輸入等幾種非鍵盤 輸入方式，國外正在研發(fā)更先進的腦電波識別與輸入技術(shù)。 鍵盤是一種方便實用的手動輸入設(shè)備，從這個意義上而言，鍵盤在計算機輸入設(shè)備領(lǐng)域很難被淘汰。 越排擊鍵平均移動距離最小。盲打技術(shù)的出現(xiàn)為以后鍵盤的打字打下了基礎(chǔ)，在 1934年， 華盛頓 一個叫德沃拉克的人為使左右手能交替擊打更多的單詞，發(fā)明了一種新的排列方法，這個鍵盤可縮短訓(xùn)練周期 1/2時間，平均速度提高 35%。 直到 1873 年，肖爾斯又使用此布局的第一臺商用打字機成功投