?????? 在電子產品中，鍵盤是最基本的輸入設備，然而在應用中都采用通用的鍵盤掃描器件是不現實的，需要單獨設計成專用的小鍵盤。現代EDA(電子設計自動化)技術提供了一種很好的途徑,利用VHDL硬件描述語言和FPGA器件可以很方便地構建鍵盤掃描模塊。經過實際操作檢驗,該模塊可以很好地對每一次按鍵動作進行掃描和響應，實現預先設計的功能。

　　1 概述

　　1.1 通用鍵盤和專用鍵盤

　　在現代個人計算機系統(tǒng)中，一般都采用通用的標準鍵盤(如：標準101/102鍵盤或Microsoft自然PS/2鍵盤)來實現人與計算機之間的接口交互,所需要的各種數據和指令等信息都通過鍵盤來輸入計算機。

　　但是，在各種嵌入式系統(tǒng)(如手機、微波爐、電風扇等)中，所需要的鍵盤按鍵個數非常有限,通常為幾個到十幾個不等(而標準鍵盤通常為一百多個按鍵)，并且每個按鍵所代表的功能含義也各不相同。所以，針對每一種嵌入式系統(tǒng)都應對鍵盤(包括鍵盤掃描模塊和相關控制信號等)進行專門設計,結合工程實際情況充分利用該系統(tǒng)已有的各種資源，使所設計的鍵盤恰如其分地融合到嵌入式系統(tǒng)中，成為其不可分割的一部分。

　　1.2 編

　　在數字電路中，可以利用編碼器實現按鍵鍵值的直接編碼。將每個按鍵的輸出信號對應連接到編碼器的每個輸入端，通過編碼邏輯就可以在編碼器的輸出端得到對應每個按鍵的碼值，早期稱這種鍵盤為編碼鍵盤。但是，當按鍵較多時數碼邏輯的成本較高，直接編碼的方法也不夠靈括，一旦編碼邏輯固定就難以更改。

　　在通用鍵盤上或當按鍵數量較多時，普遍采用掃描方式產生鍵值。將按鍵連接成矩陣，每個按鍵位于某行、某列的交點上，如圖1所示，先通過掃描方式確定按下鍵的行和列位，即位置碼或掃描碼。再查表將位置碼轉換為按鍵碼值或者直接使用掃描碼，有些參考書稱此為“非編碼鍵盤”。但這種名稱容易讓人誤解為沒有對應的鍵值，因此又稱為掃描式鍵盤。

1.3 硬件掃描鍵盤與軟件掃描鍵盤

　　如果執(zhí)行掃描的過程由硬件邏輯實現，則這種鍵盤稱為硬件掃描鍵盤或電子掃描式編碼鍵盤。在執(zhí)行鍵盤掃描時應注意將鍵在閉合過程中往往會有一些難以避免的機械性抖動，使輸出信號也發(fā)生抖動，通常達10 ms～20 ms寬。若不避開抖動區(qū)，則可能誤認為多次按鍵。因此應該設置硬件延時電路，延遲數十毫秒后才讀取鍵值，這種電路稱為去抖電路。還應注意當前一個鍵值還未送出又有按鍵按下時，后邊的鍵值將覆蓋前邊的鍵值，從而造成丟失。通常可以設置一個控制信號，使前一鍵值送出后才允許產生后一鍵值，或者設置一組寄存器保存前邊若干個鍵值，等待系統(tǒng)逐個按序處理。

　　硬件掃描鍵盤的優(yōu)點是不需要主機擔負掃描任務，僅當產生鍵值后才向主機發(fā)出中斷請求，CPU以相應中斷方式接收按鍵鍵值，或者CPU定時從某個地址獲取按鍵鍵值。這種方式大大減輕了CPU的運行負荷，使其有更多的時間段去運行其他應用程序。

　　當然也可以執(zhí)行鍵盤掃描程序，由CPU通過軟件方法對鍵盤進行掃描，鍵盤掃描程序的流程如圖2所示。這種鍵盤被稱為軟件掃描鍵盤。按鍵時，鍵盤向主機提出中斷請求，由軟件掃描鍵盤獲得按鍵鍵值，或者由CPU定期執(zhí)行鍵盤掃描程序，從而獲得按鍵鍵值，這種掃描方法被稱為逐行掃描法，當有鍵按下時首先獲得此鍵的列值，然后逐行掃描就可以判斷按鍵所在的行值，由行、列值轉換到按鍵鍵值。當然，可以在執(zhí)行鍵盤掃描的過程中加入一定的延時，以去除抖動所帶來的影響。

　　如果系統(tǒng)對CPU的運行速度要求較高，并且CPU的負荷較重，系統(tǒng)資源比較緊張，則可以在鍵盤中設置一個單片機，由單片機執(zhí)行鍵盤掃描程序，然后向CPU申請中斷并送出掃描碼或者鍵值。現代計算機的通用鍵盤大多采用這樣的鍵盤掃描方法。