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1、大连东软信息学院 本科毕业设计（论文）本科毕业设计（论文） 系系 所：所： 电子工程系 专专 业：业： 电子信息工程（集成电路设计与系统方向） 学生姓名：学生姓名： 学生学号：学生学号： 指导教师：指导教师： 导师职称：导师职称： 讲师 论文题目论文题目：基于 FPGA 的键盘译码电路设计与实现 完成日期：完成日期： 2014 年 4 月 28 日 大连东软信息学院 Dalian Neusoft University of Information 大连东软信息学院毕业设计（论文） 摘 要 I 基于基于 FPGAFPGA 的键盘译码的键盘译码 电路设计与实现电路设计与实现 摘摘 要要 随着计算机
2、产业的发展，作为计算机最普遍的输入设备的键盘时刻发生着变化。 1981 年 IBM 推出了 IBM PC/XT 键盘和其接口的标准。这个标准讲键盘接口定义了 83 键，采用简单的串行协议和 5 脚 DIN 连接器。 其实，主机到键盘的命令在最初套键盘扫描码集是不存在的。为了解决这问题， IBM 在 1984 年推出了 IBM AT 键盘接口的标准。这个标准将键盘接口定义了 84101 键，采取 5 脚 DIN 连接器与双向串行通讯协议，根据第二套键盘扫描码集这个协议设 定了 8 个主机至键盘的操作命令。 ，IBM 于 1987 年再次推出了 PS/2 键盘的接口标准。 该标准依然定义了 841
3、01 键，但是采用 6 脚 mini-DIN 连接器，这个连接器在封装上 更加小巧，依然采用双向串行通讯协议而且提供有可选择性的第三套键盘扫描码集， 同时支持 17 个主机至键盘的操作命令。如今，市场上的键盘都与 PS/2 及 AT 键盘兼容， 仅是功能不相同而已。 关键词关键词：PS/2 接口，键盘译码，接口协议，FPGA 大连东软信息学院毕业设计（论文） Abstract II FPGA-based Design and Implementation of Keyboard Decoding Circuit AbstractAbstract With the development of
4、the computer industry, as the most common computer input devices keyboard and with each passing day. In 1981, IBM introduced the IBM PC/XT Keyboard and interface standards. This standard defines the 83-key, using 5-pin DIN connector and the simple serial Protocol. In fact, the first set of keyboard
5、scan code set is not host to keyboard commands. In 1984, IBM introduced the IBM AT keyboard interface standard. This standard defines the 84101 key, using 5-pin DIN connector and bi-directional serial communications protocol, this Protocol in accordance with the second set of keyboard scan code set
6、includes 8 host to keyboard commands. By the year 1987, IBM has introduced PS/keyboard interface standard. This standard defines a 84101 key, but with 6 pin mini-DIN connector, the connector is in a more compact package, still with a bidirectional serial communication protocol and provides the optio
7、n of a third set of keyboard scan code set, while supporting 17 host to keyboard commands. Now, the keyboard on the market are compatible and PS/2 and AT the keyboard, but the functionality is different. Key words: PS/2 interface, keyboard coding, interface protocol, FPGA 大连东软信息学院毕业设计（论文） 目 录 III 目目
8、 录录 摘 要I ABSTRACTII 第 1 章 绪 论.1 1.1 课题研究背景与意义 1 1.2 课题研究现状 1 第 2 章 关键技术介绍.2 2.1 PS/2 接口协议.2 2.2 串口通信协议与原理 4 2.3 VERILOG 语言.5 第 3 章 系统需求分析.8 3.1 系统设计目标 8 3.2 系统功能需求 8 3.3 系统可行性分析 9 第 4 章 系统设计11 4.1 系统设计指导原则 11 4.2 体系结构设计 11 4.3 硬件设计 12 4.4 软件设计 12 4.4.1 控制流程设计.12 4.4.2 软件使用流程.13 4.4.3 功能模块设计.15 第 5 章
9、 系统实现.16 5.1 功能模块实现.16 大连东软信息学院毕业设计（论文） 目 录 IV 5.2 测试概述 17 第 6 章 结 论.18 参考文献.19 致 谢.20 大连东软信息学院毕业设计（论文） -1- 第第 1 1 章章 绪绪 论论 1.1 课题研究课题研究背景与意义背景与意义 随着多媒体技术的发展，对外设与主机之间的数据传输率有了更高的需求，因此， USB 总线技术应用而生。1996 年 1 月，7 大工业巨头 Compaq，DEC，IBM，Intel，Microsoft，NEC 和 Northern Telecom 联合推出通用串行 总线 Universal Serial B
10、us（USB）标准版本 USB1.0。它的出现使计算机外设连接技术 出现了重大变革。USB 接口是当前生产的计算机必备接口。目前，国内外采用 USB1.1 和 USB2.0 这两种规范。USB1.1 主要用于低速传输要求的场合，支持 1.5Mbps 和 12Mbps 两种传输速率，而 USB2.0 规范则提供高达 480Mbs 的传输速率。尽管如此， 某些系统对数据的传输速率要求非常苛刻， USB 接口与外围设备之间在传输速率上仍 然有着不可忽视的传输障碍。 USB 系统的开发和应用对于数字系统，尤其是在嵌入式系统中是十分必要的。首 先，USB 作为一种新时代的通信技术，随着协议的飞速发展与更
11、新，接口传输速度从 以前的 1.5Mbps 的低速转变成如今的 480Mbps 高速，这种发展速度已经基本上满足了 数字系统对串口通信的需求。其次，USB 接口技术不再是以往的接口通信技术，在实 际应用中，可以根据需要把数字系统开发成相应的 USB 主机及 USB 设备，在实现不 同系统之间的数据交互方面起到了至关重要的作用。 1.2 课题研究现状课题研究现状 近年来，USB 接口以其快速、即插即用、使用安装方便等优点逐渐成为现在数据 传输的发展趋势。与老式的计算机接口相比。USB 总线具有非常大的优势，正是由于 USB 具有这些显著地优点，因此，自 1994 年 USB0.7 规范问世以来，
12、特别是在 2000 年 4 月 USB2.0 给饭推出以后，在短短的十几年时间里，这种拘束便迅速得到推广。 从国外的发展情况来看，人们对 USB 技术极为关注，这从 USB 规范的改进速度 和国际市场上基于 USB 产品普及程度可以看出。从 1994 年的 USB1.0 公布之后，在短 短一年时间内 USB 版本增订了五次。另外，由于 USB 接口的易用、端口扩充型号和 兼容性好等诸多优点，这样，对于目前较为流行的嵌入式系统的开发和设计提供了支 持，并且也使得基于 USB 接口的固件设计开发周期缩短了，同时也提高了性能。 大连东软信息学院毕业设计（论文） -2- 第第 2 2 章章 关键技术介
13、绍关键技术介绍 2.1 PS/2PS/2 接口协议接口协议 PS/2 通讯协议为一种双向同步串行的通讯协议。通讯端口主要通过 Clock（时钟脚） 同步，并通过 Data（数据脚）进行数据交换。当任何一方如果想抑制其他一方通讯时， 只需要将 Clock（时钟脚）拉到低电平。如果是 PC 机和 PS/2 接口键盘间进行通讯，则 PC 机必须做为主机，也就是说，PC 机是可以抑制 PS/2 接口键盘发送数据，而 PS/2 键 盘则不可能抑制 PC 机发送数据。一般两个设备间互相传输数据的最大时钟的频率是 33kHz，大多数 PS/2 接口设备工作都是在 1020kHz。推荐值大概也就是在 15kH
14、z 左 右，换句话说，Clock（时钟脚）高电平与低电平的存在时间基本上都是 40s。每一个 数据帧所包含 1112 个位，具体的含义如下表。 表 2.1 数据帧的格式 起始位 1 个总是逻辑 0 数据位 8 个（LSB）低位在前 奇偶校验位 1 个奇校验 停止位 1 个总是逻辑 1 应答位 1 个仅用在主机对设备的通讯中 如果在数据位中有偶数个 1，那么校验位就为 1；如果数据位中的有奇数个 1，那 么校验位就为 0；总之，数据位中的 1 的个数与校验位中的 1 的个数的和总为奇数，因 此一直是奇校验。 PS/2 接口设备中的 Clock（时钟脚）和 Data（数据脚）都为集电极开路，因此平
15、 时都是高电平。当 PS/2 接口设备在等待发送数据的时候，它总是首先检查 Clock（时 钟脚）来确认是不是高电平。如果不是高电平，则认为是 PC 对通讯进行了抑制，这是 它就要缓冲那些待发送的数据直至重新控制总线（一般 PS/2 接口键盘有 16 个字节的 缓冲区，而 PS/2 接口鼠标则仅有一个缓冲区是用来存储最后一个将要被发送的数据） 。 如果 Clock（时钟脚）不是低电平，PS/2 接口设备将开始把数据发送到 PC 机上。普遍 的都是由 PS/2 接口设备产生时钟信号。发送信号的时候基本上都是按照数据帧格式进 行顺序发送。当中数据位将在 Clock（时钟脚）为高电平时准备就绪，而在 Clock（时 钟脚）的下降沿将被 PC 机读入。 大连东软信息学院毕业设计（论文） -3- 图 2.1 PS/2 设备到 PC 机的通信时序 当时钟频率变化成 15kHz 时，从 Clock（时钟脚）的上升沿至数据位的转化时间 最少要经过 5s。而数据转化到 Clock（时钟脚）下降沿的所经过的时间最少也是需要 5 s 的，但是不能大于 25 s，这是由于 PS/2 通讯协议的时序所规定的。当时钟频率为 其它值，那么参数的内容应当稍微改动。 上述所讨论的传输数据是指对特定键盘的编码，或者是传输数据对特定命令的编 码，基本上都
