基于NIOSⅡ的矩陣鍵盤和液晶顯示外設組件的設計

　　引言

　　NiosⅡ是Altera公司推出的第二代IP軟核處理器。它與其他IP核可構成SOPC系統的主要部分。Altera SOPC Builder提供有NiosⅡ處理器及一些常用外設接口，因此，對于一些庫中沒有提供的模塊，用戶就可以自己定義添加。用戶還可以通過自定義邏輯方法在SOPC設計中添加自己開發的IP核。而定制用戶邏輯外設是使用NiosⅡ嵌入式軟核處理器的SOPC系統的重要特性之一。

　　本文提出了一種針對LCD控制器和矩陣鍵盤的IP核的設計方法。該方法利用SOPC Builder中元件編輯器Create New Component，通過自定義邏輯方法在SOPC設計中添加自己開發的液晶顯示模塊和鍵盤IP核。該控制器具有Avalon總線接口，可與其它標準IP核一起構成以NiosⅡ為核心的片上系統，并可編寫驅動程序。

　　1 鍵盤和顯示電路的硬件設計

　　鍵盤采用4×4行列式鍵盤，其4根行輸入線KEY0～KEY3和4根列輸出線KEYSCAN0～KEYSCAN3與鍵盤接口電路相連，每行信號線使用上拉電阻接到3.3 V電源上。液晶顯示采用的是THSl2864-12顯示模塊。HSl2864-12是一種圖形點陣液晶顯示器，液晶顯示屏為128×64點陣，可顯示4行，每行顯示8個漢字，該模塊具有2MB的中文字型ROM，可提供8192個16×16點陣中文字型。同時，為了便于英文和其它常用字符顯示，它還具有16 KB半寬字型ROM，提供有128個16×8點陣的字母符號字型;另外，繪圖顯示畫面還可提供一個64×256點陣的繪圖區域(GDRAM)及240點的ICONRAM，可以和文字、畫面混合顯示，其內含的CGRAM可提供4組軟件可編程的16×16點陣造字功能。其鍵盤電路和顯示模塊接口電路如圖1所示。

　　2 鍵盤掃描電路的程序設計

　　行列式鍵盤又叫矩陣式鍵盤，它用帶有I/O口的線組成行列結構，按鍵設置在行列的交點上。傳統矩陣鍵盤大多使用軟件驅動控制，即在程序中循環掃描查詢鍵盤的狀態，以判斷是否有鍵按下，這種方法比較耗費CPU資源，而且查詢掃描結果可能出現誤碼。本文提出了一種新的用硬件描述語言在FPGA中實現矩陣鍵盤控制的方法。該方法使用時序電路掃描查詢鍵盤，在發現鍵按下的時候，可給出相應的鍵碼和中斷信號，并以中斷的方式處理按鍵。矩陣鍵盤掃描分4個時序，在每一個時序，KEY0～KEY3(四根行線線)端口分別輸出1110、1101、1011、0111掃描碼，并分別控制一列按鍵接地，同時在每個時序查詢KEYSCAN0～KEYSCAN3(四根列線)端口。

　　圖2所示是一種4×4行列結構的鍵盤掃描電路，它由分頻器電路、鍵盤掃描計數電路、鍵盤行(row)列(col)按鍵檢測電路、按鍵抖動消除電路、鍵盤編碼電路等組成。

　　設計好鍵盤的硬件控制程序以后，鍵盤控制程序可封裝為參數可配置的用戶自定義外設組件，以在SOPCBuilder中直接添加使用。完成KEYS器件的加入后，KEYS器件就會出現在SOPCBuilder的組件選擇欄的“User Logic”項目下，最后在NiosⅡIDE中設計矩陣鍵盤的驅動程序，安裝鍵盤按鍵中斷，編寫按鍵中斷服務程序，從而通過按鍵中斷獲取相應按鍵的鍵盤碼。其例程如下：

　　/*初始化鍵盤中斷*/