Firmware / Klávesnice 4x4

1. Úvod

Na kitu je přímo osazena alfanumerická klávesnice "AK-1604-A-WWB", která obsahuje 16 tlačítek zapojených do matice 4x4. Zapojení klávesnice je znázorněno na obrázku 1.1.

Algoritmus skenování stisknutých tlačítek na klávesnici je poměrně jednoduchý. Na vstupy klávesnice KB_KIN přiložíme signál který postupně jednoznačně určí jeden řádek klávesnice a na výstupu klávesnice KB_KOUT zjistíme, která tlačítka jsou ve vybraném řádku zmáčknuta.

2. Implementace řadiče klávesnice 4x4

Podle algoritmu, uvedeného v úvodu, byl navržen řadič, který zajišťuje skenování klávesnice. Řadič se ke klávesnici připojuje signály KB_KIN a KB_KOUT. Která klávesa je stisknuta je možné zjistit pomocí signálu DATA_OUT, jehož platnost určuje signál DATA_VLD. Význam jednotlivých bitů DATA_OUT je uveden v tabulce.

Pro většinu aplikací je velice nepraktické stále skenovat, zda není stlačena nějaká klávesa na klávesnici, ale je vhodné, aby bylo při stlačení a puštení nějaké klávesy na klávesnici vyvoláno přerušení. K tomuto účelu je možné použít signál DATA_VLD, který je aktivní pouze tehdy, došlo-li oproti předchozímu stavu ke změně stavu tlačítek klávesnice. Časový interval mezi skenováním je řízen jednoduchým čítačem. Nutno zdůraznit, že interval je závislý na vstupním hodinovém signálu.

Popis jednotlivých signálů rozhraní:

• CLK - hodinový signál

• RST - reset

• KB_KIN - výstupní signál pro připojení ke vstupu klávesnice

• KB_KOUT - vstupní signál pro připojení k výstupu klávesnice

• DATA_OUT - stav kláves

• DATA_VLD - signál určující platnost signálu DATA_OUT

Daná implementace předpokládá, že při stlačení určité klávesy je hodnota na daném vstupu log. 0 a při nestlačení naopak log. 1. Tento předpoklad zajistíme tak, že na výstupu klávesnice přivedeme log. 0 vždy pouze na jediný bit, kterým určíme řádek. Stlačením klávesy tedy zajistíme, že na výstupu stlačené klávesy bude log. 0. Ostatní výstupy se chovají jako nezapojené a jsou tedy ve stavu vysoké impedance. V případě klávesnice je ovšem nutné zaručit, aby nezapojené výstupy měly místo stavu vysoké impedance stav log. 1. Takové změny lze docílit poměrně jednoduše a to připojením pull-up rezistorů.

Připojení pull-up rezistorů umožňuje přímo FPGA. Proto stačí jen nastavit vlastnosti daného portu v souboru s nastavením pinů FPGA, který má příponu .UCF. Tento soubor lze najít v SVN ve složce ctrl s názvem fpga_xc3s50.ucf a dané nastavení se provádí pomocí vyhrazeného slova PULLUP.