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1、HDL项目设计河海大学物联网工程学院课程设计报告题 目 HDL项目设计 专 业 自动化 学 号 1062510234 学生姓名 张文强 指导教师 奚吉 完成时间 2013. 1.7 摘要:键盘是最常用人机接口设备之一，在嵌入式系统中有着相当广泛的应用。一般自行设计的简易矩阵键盘仅仅是按行、列排列起来的矩阵开关。当需要较多的按键时，则会占用较多的I/O 端口，在软件上则要进行上电复位按键扫描及通信处理，而且还要加上按键的去抖动处理，增大了软硬件开销。而PS/2 键盘，内嵌自动去除按键抖动设计，自动地识别键的按下与释放，软硬件开发简便，价格便宜，稳定可靠，将PS/2 键盘作为嵌入式系统的输入设备已
2、经成为可行的方案。本设计是以现场可编程逻辑器件（FPGA）为核心的PS/2接口键盘的输入识别电路。利用Quartus软件编写verilog HDL硬件描述语言程序以实现键盘部分简单键值的识别与输出。本设计主要以程序为核心，硬件电路的搭建使用FPGA实验箱，将程序顶层文件里定义的输入输出端口与实验箱管脚进行相应的配置，除实验箱上的reset键以外，外设是一个与实验箱通过PS/2接口相连的键盘。当系统上电后，实验箱上的数码管可以依次显示从键盘上输入的键值，并具有数码管清零功能。关键词:Ps/2接口键盘、输入识别、FPGA 、Quartus、Verilog HDLAbstractThe keyboa
3、rd, as one of the most commonly used man-machine interface equipment, has a wide application in embedded systems. General to design simple matrix keyboard is only per row, column arrangement up matrix switch. When need more button, will occupy more I/O port, in software, must carry on the power on t
4、he reset button scanning and communication processing, but also add buttons to jitter processing, increases the software and hardware cost. And PS / 2 keyboard, inline automatic remove key jitter design, automatically identify key press and release, software and hardware development is simple, cheap
5、, stable and reliable, the PS / 2 keyboard as embedded system input device has become feasible scheme.This design based on field programmable logic devices (FPGA) is the core of the PS / 2 interface keyboard input identification circuit. Use verilog HDL Quartus writing software hardware description
6、language program to realize the keyboard part simple key value of the recognition and output. This design mainly program as the core, the construction of the hardware circuit using FPGA experimental box, will be the top procedure defined in the file input/output port and experimental XiangGuan foot
7、carries on the corresponding configuration, in addition to the experiment box on the reset button beyond, peripheral is a and experimental box through the PS / 2 interface connected keyboard. When the system is powered on, experiment box on the digital tube display can in turn from the keyboard inpu
8、t key value, and has the digital tube reset function.Keywords:Ps / 2 interface keyboard input identification FPGA,Quartus Verilog HDL目录摘要 2一.系统设计 5 1.1设计目标 5 1.2方案对比与确定 5 1.3总体设计框图及说明 61.3.1 总体设计框图 61.3.2总体设计端口说明 61.4模块电路设计及说明 7 1.4.1键盘数据接收部分 7 1.4.2数码管显示部分 8二.结果与讨论 9 2.1调试步骤 9 2.2调试现象 9 2.3问题与分析 9三
9、.软件设计 10 3.1程序流程图 10 3.2程序设计 11四.心得体会 17五.参考文献 17六.附录 18第一章 系统设计1.1系统设计目标（1）以通用的PS2键盘为输入，设计一个能够识别PS2键盘输入编码的电路，并把键值通过数码管显示；（2）至少能够识别09的数字键。1.2 方案对比分析与确定方案一:使用现场可编程逻辑器件（FPGA）制作，利用Verilog HDL硬件描述语言编程进行控制，然后下载至实验箱实现。利用Quartus软件编写verilog HDL硬件描述语言程序以实现键盘部分简单键值的识别与输出。硬件电路的搭建使用FPGA实验箱，将程序顶层文件里定义的输入输出端口与实验箱
10、管脚进行相应的配置，除实验箱上的reset键以外，外设是一个与实验箱通过PS/2接口相连的键盘。方案二:采用单片机来实现键盘识别,它的原理方框图与用FPGA来实现的原理方框图类似,它由控制输入电路（及键盘）、C51单片机、数码管组成。两者基本原理都相同,唯一不同的是一个是用单片机来实现，一个是用FPGA来制作。采用单片机来实现PS/2接口键盘的输入识别电路,主要的核心是单片机程序的设计。方案比较：两个方案均可以实现PS/2接口键盘的输入识别电路的设计。第一个方案采用的是现场可编程逻辑器件来实现,它的优点是所有电路集成在一块板子上，无需外围连线，此方案所需的外围电路简单,这样它的体积就减少了，同
11、时还提高了系统的稳定度。还可以用软件Quartus软件进行仿真和调试等。可以充分利用HDL硬件描述语言方便的编程，提高开发效率，缩短研发周期，降低研发成本；而且易于进行功能的扩展，实现方法灵活，调试方便，修改容易.第二个方案有它的优点,但同时也存在缺点。第二个方案中采用的是单片机来制作, 对设计者的要求比较高,设计者对软硬件必须十分熟悉。和方案一来比它的实验仿真没有方案一简单直观,调试也有一定的难度。在外界环境相同的条件下,方案二设计出来的产品精度和稳定度要比方案一稍微差一些。因此, PS/2接口键盘的输入识别电路的设计我们选择方案一来实现。1.3 总体设计框图及说明1.31 总体设计框图：1
12、.31总体设计的端口说明：设计分为两部分。分别为键盘数据接收部分、数码管显示部分。输入端：时钟clk为系统时钟。rst为复位按键低电平有效，clock和data_ps2为键盘的时钟端和数据端。中间连线：data3:0为四位数据输出（已转化为十六进制），change为按键放开信号，back为Backspace按键信号。输出端：dataout7:0为数码管数据端，led_com3:0为数码管位选。1.4 模块电路设计及说明1.41键盘数据接收部分键盘PS/2的接口简介：接口的六个脚中，只有四个脚有意义，分别是：时钟脚、数据脚、电源脚、电源地。其余为保留脚。PS/2靠系统的PS/2端口提供+5V电源。这里需要用到的即是：时钟脚和数据脚。这两个脚都是集电极开路，所以必须接大阻值的上拉电阻。他们平时保持高电平，有输出时才被拉到低电平，之后自动上浮到高电平。PS/2设备的clock和data平时都是高电平。当设备等待发送数据时，它首先检查clock是否为高。如果为低，则认为PC抑制了通讯，此时它缓冲数据知道获得总线的控制权。如果clock为高电平，PS/2设备则开始向PC发送数据。一般都是PS/2设备产生市中心阿红。发送按帧格式。数据位在clock为高电平时准备好，在clock下降
