键盘LED发光二极管应用.doc

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淮海工学院
课程设计报告书

课程名称: CAD技术课程设计
题目: 键盘LED发光二极管应用一
系(院): 电子工程学院
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绪论
FPGA/CPLD的设计开发中,Verilog HDL语言作为一种主流的硬件描述语言,具有设计效率高,可靠性好,易读易懂等诸多优点。随着人们生活水平的不断提高,在许多场合都可以看到彩色的霓虹灯,LED发光二级管由于其丰富的灯光色彩,低廉的造价以及控制简单的优点赢得了广泛的应用,目前用键盘控制发光二级管的应用已非常广泛,本设计为8个独立按键控制8个发光二级管,核心器件用EPM240设计。本设计包括硬件设计,也包括软件设计,其中涉及Verilog HDL语言,键盘显示电路需要消抖处理,硬件设计亦包括时钟电路的设计,设计控制系统造价比较低廉,功能齐全,具有很强的实用性。
设计目的和要求
、设计目的
(1)以EPM240T110C5为核心器件,设计cpld的最小系统;
(2)用8个独立按键和8个led设计程序;按键需要消抖处理;
(3)按键1按下,led1亮或者灭。
、设计要求
(1)写出可综合风格的电路程序和测试程序。
(2)画出电路的原理图和pcb图;
(3)对设计电路进行运行仿真。
三、工作原理描述
2. 1、键盘模型及接口
、键盘模型
键盘的基本电路是一个接触开关,通、断两种状态分别表示“0”和“1”,如图2-1所示的简单电路,微处理器可以容易地检测到开关的闭合。当开关打开时,提供逻辑“1”;当开关闭合时提供逻辑“0”。如图1所示。
图 1 键盘模型示意图
、键盘类型
键盘借口按照不同的标准有不同的方法。按键盘排布的方式可分成独立方式和矩阵方式;按读入键值的方式可分为直接方式和扫描方式;按是否进行硬件编码可分成非硬件编码方式和硬件编码方式。将以上各种方式组合成可构成不同的键盘接口方式。
(1)独立方式:独立方式是指将每个独立按键一对一的方式直接接到I/O输入线上,如图2所示。读键时直接读I/O口,每一个键的状态通过读入键值来反映,所以也称这种方式为一维直读方式(独立方式)。
这种方式的优点:电路配置灵活,软件结构简单。
缺点:每个按键需占用一根I/O口线,在按键数量较多时,I/O口浪费大,电路结构显得复杂。
因此,此键盘是用于按键较少或操作速度较高的场合。
(2)矩阵方式:矩阵方式是采用n条I/O线组成行输入口,m条I/O线组成列输入口,在行列的每一个交点上设置一个按键,如图3所示,读键值方法一般采用扫描方式,即输入出口按位轮换输出低电平,再从输入口读入键信息,最后获得键码。这种方式占用I/O线较少,在实际应用系统中采用较多。
(3)本设计中键盘按键多于4个,可选用矩阵式键盘。
图2 独立键盘图3 矩阵键盘
2. 2、键盘识别及抖动的消除
、键盘识别
未编码键盘靠软件实现,识别是否有按键按下,采用查询法,识别被按下的按键,采用扫描法。
、消除抖动
当按下一个按键时,会出现所按的键在闭合位置和断开位置之间跳几下才稳定的问题,当释放一个按键时也会出现类似的情况,即抖动问题。抖动持续的时间因操作者而异,一般为5-10ms之间,稳定闭合时间一般为十分之几秒至几秒,由操作者的按键动作所确定。
软件消抖:如果按键较多,硬件消抖将无法胜任,常采用软件消抖。通常采用软件延时的方法:在第一次检测到有键按下时,执行一段延时10ms的子程序后,再确认电平是否仍保持闭合状态电平,如果保持闭合状态电平,则确认真正有键按下,进行相应处理工作,消除了抖动的影响。
2. 3、主要芯片
、555芯片
555芯片管脚图如图4所示,其各引脚功能为:
1脚:GND()源负端VSS或接地,一般情况下接地。
2脚:TR低触发端。
3脚:OUT(或Vo)输出端。
4脚:R是直接清零端。当R端接低电平,则时基电路不工作,此时不论TR、TH处于何电平,时基电路输出为“0”,该端不用时应接高电平。
图4 555芯片管脚图
5脚:CO(或VC)为控制电压端。若此端外接电压,则可改变内部两个比较器的基准电压,当该端不用时,,以防引入干扰。
6脚:TH高触发端。
7脚:D放电端。该端与放电管集电极相连,用做定时器时电容的放电。电阻分压器由三个5kΩ的等值电阻串联而成。电阻分压器为比较器C1、C2提供参考电压,比较器C1的参考电压为2/,加在同相输入端,比较器C2的参考电压为1/,加在反相输入端。比较器由两个结构相同的集成运放C1、C2组成。高电平触发信号加在C1的反相