基于FPGA和VHDL语言的多按键状态识别系统

这里提出一种利用FPGA的I/0端口数多和可编程的特点，采用VHDL语言的多按键状态识别系统，实现识别60个按键自由操作，并简化MCU的控制信号。

2 系统设计方案

FPGA是一种可编程逻辑器件，它具有良好性能、极高的密度和极大的灵活性，外围电路简单可靠等特性。因此，该系统设计是由MCU、FPGA、按键等部分组成。60路按键信号进入FPGA单元，以供数据采集;FPGA处理采集到的数据信号，编码后写入内部FIFO。MCU通过I/O端口提取FIFO中的数据。模块通过电源接口向各个部分供电。其系统设计原理框图如图l所示。

2.1 FPGA配置电路

FPGA采用Altera公司EPF10K30ATC144，该器件内核采用3.3 V供电，端口电压为3.3V可承受5 V输入高电平，其工作频率高达100 MHz;有102个可用I/0端口，每个端口输入电流最高达25 mA，输出电流达25 mA;l728个逻辑单元(Les)，12 288 bit的用户Flash存储器，可满足用户小容量信息存储，完全满足系统设计要求。

由于FPGA基于RAM工艺技术，该器件丁作前需要从外部加载配置数据，需要一个外置存储器保存信息，采用可编程的串行配置器件EPC2.其供电电压为3.3 V。OE和nCS引脚具有内部用户可配置上拉电阻。FPGA的DCLK、DATA0、nCONFIG引脚信号均来自EPC2。系统上电后，首先FPGA初始化，nSTATUS、CONF_DONE置为低电平。nSTATUS置为低电平后复位，此时EPC2的nCE为低电平，因此选取EPC2，从而数据流从DATA引脚输入到FPGA的DATAO引脚。配置完成后，FPGA将CONF_DONE置为高电平，而EPC2将DATA引脚置为高阻态。其FPGA配置电路如图2所示。

2.2 按键电路

图3为一路按键电路，共60个按键(i=1～60)。由于外界环境复杂，按键引线长达6 m，保护二极管VDi：在外界干扰信号大于VCC时导通起到保护FPGA的作用。电阻Ri上拉限流，按键未闭合状态下FPGA输入引脚始终处于高电平。

来源：21IC电子网