DM642和CPLD外部中斷的寄存器式鍵盤設(shè)計(jì)

摘要：介紹了一種采用DM642和CPLD相配合的擴(kuò)展鍵盤方法。CPLD管理鍵盤電路中的芯片邏輯，DM642的外部中斷監(jiān)控按鍵的狀態(tài)。簡(jiǎn)單闡述了鍵盤的分類，給出系統(tǒng)的硬件電路原理圖，在CCS軟件中調(diào)試程序方法。仿真結(jié)果表明，設(shè)計(jì)可行，達(dá)到了預(yù)期效果。
關(guān)鍵詞：鍵盤；DM642；CPLD；人機(jī)交互

引言
    鍵盤是人機(jī)交互模塊中必備的輸入部分，在目前的嵌入式系統(tǒng)人機(jī)接口中通常采用專用的鍵盤處理芯片ZLG7290設(shè)計(jì)鍵盤。由于ZLG7290是一種64位LED顯示和64個(gè)按鍵的鍵盤管理器件，會(huì)造成部分LED顯示和按鍵空閑浪費(fèi)并占用硬件資源比較多，使成本增加。隨著DM642性價(jià)比的提高，它在圖像處理系統(tǒng)和數(shù)字媒體系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛，而作為人機(jī)交互重要手段的鍵盤在上述系統(tǒng)中是必不可少的輸入設(shè)備。通常以DM642為核心的電路系統(tǒng)中主要采用獨(dú)立式鍵盤和行列掃描式鍵盤。本文在DM642電路系統(tǒng)中使用CPLD提供多路輸入／輸出引腳的方法擴(kuò)展鍵盤。DM642的外部中斷監(jiān)控按鍵的狀態(tài)，CPLD管理鍵盤電路中的芯片邏輯。此外，CPLD(EPM7128AET芯片)共有100個(gè)輸入／輸出引腳，可根據(jù)實(shí)際需要自由擴(kuò)展引腳，實(shí)現(xiàn)靈活，應(yīng)用前景廣闊。

1 獨(dú)立式鍵盤和行列掃描式鍵盤
1．1 獨(dú)立式鍵盤
    獨(dú)立式鍵盤是指將每個(gè)按鍵按一對(duì)一的方式直接連接到I／O輸入線上所構(gòu)成的鍵盤。獨(dú)立式鍵盤可以工作在多種方式下：中斷方式、程序查詢方式、定時(shí)查詢發(fā)送和中斷查詢方式。獨(dú)立式鍵盤的缺點(diǎn)是需要占用較多的I／O線。當(dāng)應(yīng)用系統(tǒng)中需要的按鍵比較少或I／O線比較富余時(shí)，可以把單個(gè)按鍵與DSP的輸入／輸出引腳直連，采用查詢或中斷方式檢測(cè)鍵值。電路如圖1所示，S1～Sn表示n個(gè)按鍵，按鍵的輸入端接地，輸出端與DSP的輸入／輸出引腳P1～Pn相連，并接上拉電阻。DSP可以采用查詢方式檢測(cè)鍵值，也可以采用中斷方式監(jiān)控按鍵的狀態(tài)。

1．2 行列掃描式鍵盤
    行列掃描式鍵盤是行列式鍵盤中最主要的一種，是用n條I／O線作為行線，m條I／O線作為列線組成的鍵盤。在行線和列線的每一個(gè)交叉點(diǎn)上，設(shè)置一個(gè)按鍵。這樣，鍵盤中按鍵的個(gè)數(shù)是m×n個(gè)。它適合于構(gòu)成按鍵數(shù)目比較多的鍵盤。這種形式的鍵盤結(jié)構(gòu)，能夠有效地提高系統(tǒng)中I／O口的利用率。行列掃描式是先使列(行)線全輸出低電平，然后判斷行(列)線狀態(tài)，若行線全為高電平表示無鍵被按下，若行線不全為高電平表示有鍵被按下。然后依次使列線為低電平，再判斷行線狀態(tài)，當(dāng)行線全為高電平時(shí)表示被按下的鍵不在本列，當(dāng)行線不全為高電平時(shí)表示被按下的鍵在本列，把此時(shí)的行線狀態(tài)與列線狀態(tài)和在一起即為被按下的鍵的位置。掃描法對(duì)鍵的識(shí)別采用逐行(列)掃描的方法獲得鍵的位置，當(dāng)被按下的鍵在最后一行時(shí)需要掃描N次(N為行數(shù))，當(dāng)N比較大時(shí)鍵盤工作速度較慢。如圖2所示，該鍵盤為16鍵行列掃描式鍵盤，具有4路輸入引腳Pn～Pi4和4路輸出引腳Po1～Po4配合使用。當(dāng)DSP工作于查詢方式時(shí)，按鍵不需要加上拉或下拉電阻。

2 外部中斷的寄存器式鍵盤
2．1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
    鍵盤系統(tǒng)中CPLD選用EPM7128AET芯片，能提供多路輸入／輸出引腳，輸出邏輯電平為3．3 V，輸入邏輯電平兼容3．3 V和5 V兩種，共100個(gè)輸入／輸出引腳。CPLD在邏輯控制和時(shí)序控制方面具有很多優(yōu)勢(shì)，它的內(nèi)部擁有大量的邏輯門，可以在軟件環(huán)境中巧妙地利用這些門電路，對(duì)輸入引腳信號(hào)進(jìn)行各種邏輯組合設(shè)計(jì)，將邏輯組合信號(hào)再提供給輸出引腳。CPLD器件內(nèi)部還提供了大量標(biāo)準(zhǔn)的邏輯電路模塊，如譯碼電路、地址鎖存電路等，這些電路模塊代替了傳統(tǒng)電路中需要的譯碼芯片、地址鎖存芯片等，不僅為電路板設(shè)計(jì)節(jié)省空間，而且使電路設(shè)計(jì)流程更加靈活和方便。DSP選用TMS320DM642芯片，為了擴(kuò)展DM642的GPIO輸入／輸出引腳而設(shè)計(jì)成16按鍵的鍵盤，CPLD需使用DM642的低8位數(shù)據(jù)總線D[7：0]、地址總線EA[10：3]、EA22和讀寫控制信號(hào)線，CPLD才能在內(nèi)部產(chǎn)生所需的擴(kuò)展寄存器。CPLD豐富的輸入／輸出引腳和大量的邏輯門管理鍵盤系統(tǒng)中的芯片邏輯。如圖3所示，按鍵的16個(gè)輸入端接地，輸出端KEY[1：16]與CPLD芯片的輸人引腳I[1：16]連接，輸出端接上拉電阻，DM642的低8位數(shù)據(jù)總線D[7：0]、地址總線EA[10：3]及EA22與CPLD器件的輸入／輸出引腳I／O[1：18]連接，DM642的RE和WE信號(hào)是寄存器擴(kuò)展用的讀／寫使能信號(hào)，空間片選信號(hào)CE1和地址信號(hào)EA22作為寄存器端口片選信號(hào)，把按鍵狀態(tài)讀端口映射到DM642的CE1空間。當(dāng)有按鍵按下時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)上升沿脈沖觸發(fā)信號(hào)，該信號(hào)可以認(rèn)為是一個(gè)外部中斷事件，那么可以通過DM642的外部中斷EXINT4響應(yīng)該中斷事件，而在DM642內(nèi)部EXINT4可以映射為中斷INT4，DM642在INT4對(duì)應(yīng)的中斷函數(shù)中通過數(shù)據(jù)地址總線讀取按鍵的鍵值并進(jìn)行分析。在程序?qū)用?，該按鍵的觸發(fā)信號(hào)和程序中INT4的中斷服務(wù)函數(shù)相對(duì)應(yīng)，同時(shí)INT4的中斷服務(wù)函數(shù)與中斷向量表中的中斷編號(hào)聯(lián)系起來。

    CPLD芯片內(nèi)部擴(kuò)展按鍵狀態(tài)的16位輸入端口控制寄存器邏輯圖如圖4所示，DM642通過操作寄存器讀端口實(shí)現(xiàn)讀取按鍵的鍵值并進(jìn)行分析。在圖4中，DM642的空間片選信號(hào)CE1和地址信號(hào)EA22作為寄存器端口片選信號(hào)，當(dāng)CE1信號(hào)低電平有效時(shí)，與鍵盤狀態(tài)有關(guān)的寄存器地址被映射到CE1空間，地址線EA22在映射關(guān)系中低電平有效。CE1空間地址有效范圍為0x90000000～0x9FFFFFFF，按鍵KEY1～KEY8的寄存器端口地址為0x90080019，KEY9～KEY16的寄存器端口地址為0x9008001A。KEYCS[2：1]為輸入端口的片選信號(hào)線，兩路輸入片選信號(hào)分別對(duì)應(yīng)I[1：8]和I[9：16]輸入引腳。芯片74138是CPLD內(nèi)部提供的一種譯碼器，芯片74373是CPLD內(nèi)部提供的一種地址鎖存器，用于鎖存按鍵按下時(shí)的電平狀態(tài)。

    這里將擴(kuò)展的寄存器端口地址設(shè)置為PORTAdd，PORTAdd在CE1空間中擁有一個(gè)32位的端口地址，PoRTAdd[31：0]與DM642的CE1信號(hào)和EA[22：3]地址信號(hào)之間的定義關(guān)系如表1所列。CE1信號(hào)決定了PORTAdd31位，EA[22：3]地址信號(hào)決定了寄存器端口地址的PORTAdd[19：0]位，PORTAdd端口的其他位保留未用。根據(jù)表1中的映射關(guān)系就可以確定CPLD內(nèi)部寄存器端口的物理地址。在圖4中，CE1信號(hào)保持低電平、EA22信號(hào)保持高電平時(shí)選中74138_1芯片，則PORTAdd的第31位和第19位均應(yīng)為高電平“1”；EA8～EA6為高位譯碼地址線，EA5～EA3為低位譯碼地址線，兩片74138芯片配合使用，能夠產(chǎn)生64路片選信號(hào)；片選信號(hào)KEYCS1和KEYCS2低電平有效，兩片74373在DM642的CE1空間中的地址分別為0x90080019和0x9008001A。

3 軟件設(shè)計(jì)
    在CCS編程環(huán)境中，編寫main．C、boot．a(chǎn)sm、ves_dm642．a(chǎn)sm、key．cmd等文件，由于在CSL中包含boot．a(chǎn)sm函數(shù)，所以只需要自行編寫main．c和ves_dm642．a(chǎn)sm、key．cmd三個(gè)文件，然后添加到所創(chuàng)建的Key．pJt項(xiàng)目中。
    ves dm642．a(chǎn)sm是DM642的中斷向量表文件，聲明中斷函數(shù)名稱及與中斷編號(hào)的映射關(guān)系，KeyIsr是INT4對(duì)應(yīng)的按鍵中斷響應(yīng)函數(shù)，其主要代碼如下：

    main．c是鍵盤電路的主程序，包括添加CSL庫(kù)文件的頭文件、定義按鍵狀態(tài)寄存器的端口地址及按鍵的MASK、初始化設(shè)置EMIFA接口、按鍵分析函數(shù)。主要代碼如下：



4 系統(tǒng)調(diào)試
    為了調(diào)試程序，需要把main．c、boot．a(chǎn)sm、ves_dm642．a(chǎn)sm、key．cmd文件添加到項(xiàng)目Key．pjt中。同時(shí)，需要設(shè)置Build Options中的Compiler和Linker屬性頁(yè)，最后編譯、鏈接、下載。通過設(shè)置斷點(diǎn)和探針來進(jìn)行軟件模擬調(diào)試。CCS仿真表明，程序能根據(jù)硬件設(shè)計(jì)的要求讀取按鍵的鍵值并進(jìn)行按鍵狀態(tài)的分析，達(dá)到預(yù)期結(jié)果。

結(jié)語(yǔ)
    DM642和CPLD相配合的方法擴(kuò)展鍵盤，DM642的外部中斷監(jiān)控按鍵的狀態(tài)，CPLD管理鍵盤電路中的芯片邏輯。充分利用DM642的GPIO口引腳能夠配置為通用輸入／輸出引腳的優(yōu)勢(shì)和CPLD豐富的輸入／輸出引腳特性。可以應(yīng)用在以DM642為核心處理器的模式識(shí)別和圖像處理系統(tǒng)的人機(jī)交互模塊中，前景廣闊。