隨著手機及其他便攜手持裝置的功能不斷增加,,設(shè)計的取舍平衡亦日趨精細。文本信息與網(wǎng)絡(luò)瀏覽等流行功能都要求更多的數(shù)據(jù)輸入,,而這對于傳統(tǒng)的雙音多頻 (DTMF) (0-9, #, *) 鍵盤會比較困難,。使用這種鍵盤要求多端數(shù)據(jù)輸入,,輸入效率低而且容易出錯,。
圖 1 – QWERTY 鍵盤(摩托羅拉 A630) |
使文本輸入更為方便的一個方法是使用 QWERTY 鍵盤(見圖 1),。這種鍵盤采用 40 個或更多按鍵,,而 DTMF 手機通常采用 12 個。當然,,多出的按鍵會使手機體積變大,,用到的電子組件也更多。
然而,,文本信息用戶可能樂意以體積換取 QWERTY 鍵盤,因為文本輸入大為簡便了,,而且兩個大拇指都可以用來輸入文本信息或數(shù)據(jù),。最近,有些手機生產(chǎn)商已經(jīng)推出了面向文本用戶的帶 QWERTY 鍵盤的手機,。
數(shù)據(jù)輸入鍵盤可以用多種方法來設(shè)計,,并無一定之規(guī)。為傳統(tǒng) DTMF 鍵盤添加更多按鍵對設(shè)計人員提出了挑戰(zhàn),,本文即討論應(yīng)對這挑戰(zhàn)的一種可能解決方案。
QWERTY 構(gòu)建模塊
我們的解決方案使用 Xilinx® CoolRunner™-II CPLD" target="_blank">CPLD;低功耗,、小包裝及低成本的特點使其成為此應(yīng)用的理想選擇,。
將 DTMF 轉(zhuǎn)化為 QWERTY 鍵盤需要更多按鍵,從而需要更多通用 I/O (GPIO" target="_blank">GPIO),。例如,,DTMF 鍵盤可能只有四行三列,而 QWERTY 鍵盤可能有多至八行八列,。不過,,鍵盤的大小可根據(jù)終端系統(tǒng)的需求而定。
圖 2 – 連接到處理器的簡單 4 x 4 鍵盤需要 8 個 GPIO |
通常,,將處理器或 DSP 用作連接鍵盤行和列的界面(見圖 2),。處理器對行進行掃描,對列進行監(jiān)控,,以檢測邏輯變化,。當變化發(fā)生,即表示用戶按下了一個按鍵,。知道被掃描的是哪一行,,以及哪一列的狀態(tài)發(fā)生了變化,處理器即可推斷出按下的是哪個按鍵,。
擴展 I/O
設(shè)計需要更多 I/O 的鍵盤時(QWERTY 鍵盤即為一例),,可能會發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有處理器沒有足夠的 GPIO,。一種可能的解決方法是,把一個 CPLD 用作 I/O 擴展器,,從而減少對處理器 I/O 數(shù)量的要求,。
圖 3 在處理器與鍵盤之間使用了一個 CPLD,其一側(cè)連接鍵盤的行/列,,另一側(cè)連接處理器的可用 GPIO,。此例中,使用一個 CPLD 后,,一個 8 x 8 的鍵盤所需要的處理器 GPIO 端口的數(shù)目與 4 x 4 的鍵盤相同(實際上還少一個),。如果不使用 CPLD,處理器會需要 16 個 GPIO 端口,,而不是 7 個,。
掃描與編碼
除了減少處理器對 GPIO 的數(shù)量要求外,CPLD 還可以承擔處理器的某些功能,,如:對行進行掃描并對列進行監(jiān)控以檢測狀態(tài)變化,。當用戶按鍵時,CPLD 會停止掃描,,并立即生成一個編碼字,,然后發(fā)送給處理器,告訴處理器哪個鍵按下了,。因為使用了編碼字來告知處理器按下了哪個按鍵,,對處理器的 I/O 需求得以減輕。
圖 3 – 使用 CoolRunner-II CPLD 擴展 GPIO |
在圖 3 所示例子中,,用 6 個位來代表編碼字,。6 個位提供 26(即 64)個不同的值,每個值代表一個按鍵,。然而,,還必須有一個值代表無按鍵被按時的狀態(tài)。因此,,在此例中,,在不添加又一個 GPIO 的情況下,實際上只有 63 個按鍵可被代表,。
處理器無需掃描鍵盤,,因為這一操作現(xiàn)由 CPLD 執(zhí)行;不過,,處理器仍需監(jiān)控其 GPIO 上的變化 – 它只是不再需要推斷哪個按鍵被按,,因為該信息編碼到一個六位字中了。
還需要用到的是開關(guān)抖動,,這可以安排在 CPLD 中或處理器中,,取決于哪個裝置有可用資源,。在處理器中進行這一操作,可將 CPLD 的大小和成本降到最小,。
簡要總結(jié)此設(shè)計示例:CPLD 對鍵盤進行掃描,,檢測被按下的按鍵,然后提供一個編碼字供處理器讀取并解析,。這一功能不僅使處理器不必再承擔掃描任務(wù),,還擴展了 GPIO 的功能。
此設(shè)計非常適合于 CoolRunner-II 32 宏單元裝置(利用率大約為 75%),,留下 25% 空間作他用,。此外,此設(shè)計還采用了其他一些方法來減少功耗并利用 CoolRunner-II 的節(jié)能功能,。
CPLD 設(shè)計詳述
要掃描鍵盤的行,,桶式移位寄存器除一位預(yù)置為零外,其他所有位均預(yù)置為 1,。移位寄存器的每一位驅(qū)動 CPLD 上的一個輸出引腳,后者與鍵盤的行相連,。當移位寄存器開始計時時,,零位通過桶式移位器移位,將行逐行置低,,以對其進行掃描,。鍵盤的列輸入到 CPLD,每個輸入都通過一個內(nèi)部上拉電阻上拉,。
當沒有按鍵被按時,,CPLD 的所有列輸入都被動上拉至邏輯高位。對所有的列輸入一起進行“與”操作,,這時輸出端的邏輯 1 表示沒有按鍵被按,。
“與”操作的輸出用于啟動移位寄存器。當按鍵被按下時,,列與行取得連接,,按下的鍵所在的列被與該按鍵相關(guān)的行置低。“與”操作的輸出將變?yōu)榱?,從而在按鍵被按下時中止移位寄存器,。
圖 4 – 模塊圖 |
此時,移位寄存器將按下的鍵所在的行置低,,而該鍵所在的列亦處于低位,。為了使這些信息相關(guān)聯(lián),使用了兩個編碼器:一個用于行位(移位寄存器的輸出),,另一個用于列輸入,。兩個編碼器的輸出組合起來,,就構(gòu)成發(fā)送給處理器的編碼字。圖 4 為這一操作的模塊圖,。
結(jié)束語
使用 Xilinx CoolRunner-II CPLD,,獲得的是靈動的設(shè)計與低功耗。除了 I/O 擴展之外,,CPLD 還可以加入其他“粘合”功能,,如:電壓轉(zhuǎn)換、I/O 標準轉(zhuǎn)換與輸入滯后,。
由于 CPLD 為可編程,,您可以將同一裝置用于不同的鍵盤和產(chǎn)品,而收高產(chǎn)量低成本之效,??稍倬幊痰奶攸c輔之以簡便易用的設(shè)計工具,使您可以對設(shè)計進行晚期更改,,降低風險,。
要了解此應(yīng)用的詳情,請參閱 Xilinx 應(yīng)用說明,,“使用 CoolRunner-II 實現(xiàn)鍵盤掃描器”,,網(wǎng)址為 www.xilinx.com/bvdocs/appnotes/xapp512.pdf。有關(guān) Xilinx CPLD 的詳情,,請訪問 www.xilinx.com/cn/cpld/,。
作者:Mike Gulotta Xilinx FAE Xilinx, Inc. [email protected]