?????? 在電子產(chǎn)品中，鍵盤(pán)是最基本的輸入設(shè)備，然而在應(yīng)用中都采用通用的鍵盤(pán)掃描器件是不現(xiàn)實(shí)的，需要單獨(dú)設(shè)計(jì)成專(zhuān)用的小鍵盤(pán)?，F(xiàn)代EDA(電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化)技術(shù)提供了一種很好的途徑,利用VHDL硬件描述語(yǔ)言和FPGA器件可以很方便地構(gòu)建鍵盤(pán)掃描模塊。經(jīng)過(guò)實(shí)際操作檢驗(yàn),該模塊可以很好地對(duì)每一次按鍵動(dòng)作進(jìn)行掃描和響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)預(yù)先設(shè)計(jì)的功能。

　　1 概述

　　1.1 通用鍵盤(pán)和專(zhuān)用鍵盤(pán)

　　在現(xiàn)代個(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，一般都采用通用的標(biāo)準(zhǔn)鍵盤(pán)(如：標(biāo)準(zhǔn)101/102鍵盤(pán)或Microsoft自然PS/2鍵盤(pán))來(lái)實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算機(jī)之間的接口交互,所需要的各種數(shù)據(jù)和指令等信息都通過(guò)鍵盤(pán)來(lái)輸入計(jì)算機(jī)。

　　但是，在各種嵌入式系統(tǒng)(如手機(jī)、微波爐、電風(fēng)扇等)中，所需要的鍵盤(pán)按鍵個(gè)數(shù)非常有限,通常為幾個(gè)到十幾個(gè)不等(而標(biāo)準(zhǔn)鍵盤(pán)通常為一百多個(gè)按鍵)，并且每個(gè)按鍵所代表的功能含義也各不相同。所以，針對(duì)每一種嵌入式系統(tǒng)都應(yīng)對(duì)鍵盤(pán)(包括鍵盤(pán)掃描模塊和相關(guān)控制信號(hào)等)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì),結(jié)合工程實(shí)際情況充分利用該系統(tǒng)已有的各種資源，使所設(shè)計(jì)的鍵盤(pán)恰如其分地融合到嵌入式系統(tǒng)中，成為其不可分割的一部分。

　　1.2 編

　　在數(shù)字電路中，可以利用編碼器實(shí)現(xiàn)按鍵鍵值的直接編碼。將每個(gè)按鍵的輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)連接到編碼器的每個(gè)輸入端，通過(guò)編碼邏輯就可以在編碼器的輸出端得到對(duì)應(yīng)每個(gè)按鍵的碼值，早期稱(chēng)這種鍵盤(pán)為編碼鍵盤(pán)。但是，當(dāng)按鍵較多時(shí)數(shù)碼邏輯的成本較高，直接編碼的方法也不夠靈括，一旦編碼邏輯固定就難以更改。

　　在通用鍵盤(pán)上或當(dāng)按鍵數(shù)量較多時(shí)，普遍采用掃描方式產(chǎn)生鍵值。將按鍵連接成矩陣，每個(gè)按鍵位于某行、某列的交點(diǎn)上，如圖1所示，先通過(guò)掃描方式確定按下鍵的行和列位，即位置碼或掃描碼。再查表將位置碼轉(zhuǎn)換為按鍵碼值或者直接使用掃描碼，有些參考書(shū)稱(chēng)此為“非編碼鍵盤(pán)”。但這種名稱(chēng)容易讓人誤解為沒(méi)有對(duì)應(yīng)的鍵值，因此又稱(chēng)為掃描式鍵盤(pán)。

1.3 硬件掃描鍵盤(pán)與軟件掃描鍵盤(pán)

　　如果執(zhí)行掃描的過(guò)程由硬件邏輯實(shí)現(xiàn)，則這種鍵盤(pán)稱(chēng)為硬件掃描鍵盤(pán)或電子掃描式編碼鍵盤(pán)。在執(zhí)行鍵盤(pán)掃描時(shí)應(yīng)注意將鍵在閉合過(guò)程中往往會(huì)有一些難以避免的機(jī)械性抖動(dòng)，使輸出信號(hào)也發(fā)生抖動(dòng)，通常達(dá)10 ms～20 ms寬。若不避開(kāi)抖動(dòng)區(qū)，則可能誤認(rèn)為多次按鍵。因此應(yīng)該設(shè)置硬件延時(shí)電路，延遲數(shù)十毫秒后才讀取鍵值，這種電路稱(chēng)為去抖電路。還應(yīng)注意當(dāng)前一個(gè)鍵值還未送出又有按鍵按下時(shí)，后邊的鍵值將覆蓋前邊的鍵值，從而造成丟失。通?？梢栽O(shè)置一個(gè)控制信號(hào)，使前一鍵值送出后才允許產(chǎn)生后一鍵值，或者設(shè)置一組寄存器保存前邊若干個(gè)鍵值，等待系統(tǒng)逐個(gè)按序處理。

　　硬件掃描鍵盤(pán)的優(yōu)點(diǎn)是不需要主機(jī)擔(dān)負(fù)掃描任務(wù)，僅當(dāng)產(chǎn)生鍵值后才向主機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求，CPU以相應(yīng)中斷方式接收按鍵鍵值，或者CPU定時(shí)從某個(gè)地址獲取按鍵鍵值。這種方式大大減輕了CPU的運(yùn)行負(fù)荷，使其有更多的時(shí)間段去運(yùn)行其他應(yīng)用程序。

　　當(dāng)然也可以執(zhí)行鍵盤(pán)掃描程序，由CPU通過(guò)軟件方法對(duì)鍵盤(pán)進(jìn)行掃描，鍵盤(pán)掃描程序的流程如圖2所示。這種鍵盤(pán)被稱(chēng)為軟件掃描鍵盤(pán)。按鍵時(shí)，鍵盤(pán)向主機(jī)提出中斷請(qǐng)求，由軟件掃描鍵盤(pán)獲得按鍵鍵值，或者由CPU定期執(zhí)行鍵盤(pán)掃描程序，從而獲得按鍵鍵值，這種掃描方法被稱(chēng)為逐行掃描法，當(dāng)有鍵按下時(shí)首先獲得此鍵的列值，然后逐行掃描就可以判斷按鍵所在的行值，由行、列值轉(zhuǎn)換到按鍵鍵值。當(dāng)然，可以在執(zhí)行鍵盤(pán)掃描的過(guò)程中加入一定的延時(shí)，以去除抖動(dòng)所帶來(lái)的影響。

　　如果系統(tǒng)對(duì)CPU的運(yùn)行速度要求較高，并且CPU的負(fù)荷較重，系統(tǒng)資源比較緊張，則可以在鍵盤(pán)中設(shè)置一個(gè)單片機(jī)，由單片機(jī)執(zhí)行鍵盤(pán)掃描程序，然后向CPU申請(qǐng)中斷并送出掃描碼或者鍵值?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)的通用鍵盤(pán)大多采用這樣的鍵盤(pán)掃描方法。