基于FPGA和VHDL语言的多按键状态识别系统

3.2 编码模块

以0、l表示按键通断状态，60个按键则需要8个字节;在实际中单键动作的概率远远大于多键同时动作的概率，若只对状态发生变化的按键以8位编码方式传输按键信息，则一个按键只需传送一个字节，因此为尽可能地减少MCU的负担，提高实时性，设计为只在按键发生状态变化时才向MCU传输相应按键的编号和状态数据。其编码数据格式如图6所示。

状态位lbit，0表示按键闭合状态，1表示按键打开;数据6bits，即0X01~OX3C分别表示1~60个按键;lbit偶校验位。这样传输一次数据就可完成按键编号和状态的传输。

编码器采用连续和随机2种工作模式。连续工作模式每次扫描后对所有按键依次编码，并获取所有按键的当前状态;而随机工作模式在每次扫描后只对状态发生变化的按键编码。

3.3 控制模块

控制模块完成MCU与FPGA之间的功能控制，有2个作用：一是根据Scan信号选择编码模块的工作模式，二是产生FIFO RAM的读取操作时序。

对于模式控制，Scan上升沿触发控制模块，使编码模块进入连续工作模式，扫描完成一周，控制模块发送控制信号使编码模块进入随机工作模式。

对于读取数据，控制模块根据FIFO RAM的Data[7：0]是否有数据，置位Ready信号。有数据，Ready为低电平;无数据，Ready为高电平。RdClk为读取时钟，相当于确认信号，每读完一个数据，发送一个脉冲。

3.4 FIFORAM模块

与MCU通信的接口种类很多，可选择串口、I2C、并口等形式，应用中可根据MCU资源以及项目成本、进度等具体情况选择最合适的一种方式。该系统设计利用同步FIF0 RAM并口传输。FIF0 RAM模块采用EDA软件库中的标准模块。

4 仿真结果

采用Altera公司提供的Quartus II仿真工具，其集成有与硬件实时操作相吻合的硬件测试工具。综合仿真结果如图7所示，系统时钟SysClk为12 kHz，其仿真结果表明系统设计达到要求。

5 结论

提出基于FPGA器件，VHDL语言描述的特殊键盘设计方案解决远距离、分散、多键动作状态识别问题，极大节省PCB面积和MCU的I/0端口资源。模块中扫描延迟、扫描间隔等参数可根据系统需求灵活改变，FPGA器件使得电路功能的扩展方便，具有极高稳定性和灵活性。这一方案已在实际项目中应用，经现场验证性能稳定可靠。