DM642和CPLD外部中断的寄存器式键盘设计

　　摘要：介绍了一种采用DM642和CPLD相配合的扩展键盘方法。CPLD管理键盘电路中的芯片逻辑，DM642的外部中断监控按键的状态。简单阐述了键盘的分类，给出系统的硬件电路原理图，在CCS软件中调试程序方法。仿真结果表明，设计可行，达到了预期效果。

　　关键词：键盘;DM642;CPLD;人机交互

　　引言

　　键盘是人机交互模块中必备的输入部分，在目前的嵌入式系统人机接口中通常采用专用的键盘处理芯片ZLG7290设计键盘。本文在DM642电路系统中使用CPLD提供多路输入/输出引脚的方法扩展键盘。DM642的外部中断监控按键的状态，CPLD管理键盘电路中的芯片逻辑。此外，CPLD(EPM7128AET芯片)共有100个输入/输出引脚，可根据实际需要自由扩展引脚，实现灵活，应用前景广阔。

　　1 独立式键盘和行列扫描式键盘

　　1.1 独立式键盘

　　独立式键盘是指将每个按键按一对一的方式直接连接到I/O输入线上所构成的键盘。独立式键盘可以工作在多种方式下：中断方式、程序查询方式、定时查询发送和中断查询方式。独立式键盘的缺点是需要占用较多的I/O线。当应用系统中需要的按键比较少或I/O线比较富余时，可以把单个按键与DSP的输入/输出引脚直连，采用查询或中断方式检测键值。电路如图1所示，S1～Sn表示n个按键，按键的输入端接地，输出端与DSP的输入/输出引脚P1～Pn相连，并接上拉电阻。DSP可以采用查询方式检测键值，也可以采用中断方式监控按键的状态。

　　

 

　　1.2 行列扫描式键盘

　　行列扫描式键盘是行列式键盘中最主要的一种，是用n条I/O线作为行线，m条I/O线作为列线组成的键盘。在行线和列线的每一个交叉点上，设置一个按键。这样，键盘中按键的个数是m×n个。它适合于构成按键数目比较多的键盘。这种形式的键盘结构，能够有效地提高系统中I/O口的利用率。行列扫描式是先使列(行)线全输出低电平，然后判断行(列)线状态，若行线全为高电平表示无键被按下，若行线不全为高电平表示有键被按下。然后依次使列线为低电平，再判断行线状态，当行线全为高电平时表示被按下的键不在本列，当行线不全为高电平时表示被按下的键在本列，把此时的行线状态与列线状态和在一起即为被按下的键的位置。扫描法对键的识别采用逐行(列)扫描的方法获得键的位置，当被按下的键在最后一行时需要扫描N次(N为行数)，当N比较大时键盘工作速度较慢。如图2所示，该键盘为16键行列扫描式键盘，具有4路输入引脚Pn～Pi4和4路输出引脚Po1～Po4配合使用。当DSP工作于查询方式时，按键不需要加上拉或下拉电阻。

　　

 

　　2 外部中断的寄存器式键盘

　　2.1 系统总体结构

　　键盘系统中CPLD选用EPM7128AET芯片，能提供多路输入/输出引脚，输出逻辑电平为3.3 V，输入逻辑电平兼容3.3 V和5 V两种，共100个输入/输出引脚。CPLD在逻辑控制和时序控制方面具有很多优势，它的内部拥有大量的逻辑门，可以在软件环境中巧妙地利用这些门电路，对输入引脚信号进行各种逻辑组合设计，将逻辑组合信号再提供给输出引脚。CPLD器件内部还提供了大量标准的逻辑电路模块，如译码电路、地址锁存电路等，这些电路模块代替了传统电路中需要的译码芯片、地址锁存芯片等，不仅为电路板设计节省空间，而且使电路设计流程更加灵活和方便。DSP选用TMS320DM642芯片，为了扩展DM642的GPIO输入/输出引脚而设计成16按键的键盘，CPLD需使用DM642的低8位数据总线D[7：0]、地址总线EA[10：3]、EA22和读写控制信号线，CPLD才能在内部产生所需的扩展寄存器。CPLD丰富的输入/输出引脚和大量的逻辑门管理键盘系统中的芯片逻辑。如图3所示，按键的16个输入端接地，输出端KEY[1：16]与CPLD芯片的输人引脚I[1：16]连接，输出端接上拉电阻，DM642的低8位数据总线D[7：0]、地址总线EA[10：3]及EA22与CPLD器件的输入/输出引脚I/O[1：18]连接，DM642的RE和WE信号是寄存器扩展用的读/写使能信号，空间片选信号CE1和地址信号EA22作为寄存器端口片选信号，把按键状态读端口映射到DM642的CE1空间。当有按键按下时，产生一个上升沿脉冲触发信号，该信号可以认为是一个外部中断事件，那么可以通过DM642的外部中断EXINT4响应该中断事件，而在DM642内部EXINT4可以映射为中断INT4，DM642在INT4对应的中断函数中通过数据地址总线读取按键的键值并进行分析。在程序层面，该按键的触发信号和程序中INT4的中断服务函数相对应，同时INT4的中断服务函数与中断向量表中的中断编号联系起来。

　　

 

　　CPLD芯片内部扩展按键状态的16位输入端口控制寄存器逻辑图如图4所示，DM642通过操作寄存器读端口实现读取按键的键值并进行分析。在图4中，DM642的空间片选信号CE1和地址信号EA22作为寄存器端口片选信号，当CE1信号低电平有效时，与键盘状态有关的寄存器地址被映射到CE1空间，地址线EA22在映射关系中低电平有效。CE1空间地址有效范围为0x90000000～0x9FFFFFFF，按键KEY1～KEY8的寄存器端口地址为0x90080019，KEY9～KEY16的寄存器端口地址为0x9008001A。KEYCS[2：1]为输入端口的片选信号线，两路输入片选信号分别对应I[1：8]和I[9：16]输入引脚。芯片74138是CPLD内部提供的一种译码器，芯片74373是CPLD内部提供的一种地址锁存器，用于锁存按键按下时的电平状态。

　　

 

　　这里将扩展的寄存器端口地址设置为PORTAdd，PORTAdd在CE1空间中拥有一个32位的端口地址，PoRTAdd[31：0]与DM642的CE1信号和EA[22：3]地址信号之间的定义关系如表1所列。CE1信号决定了PORTAdd31位，EA[22：3]地址信号决定了寄存器端口地址的PORTAdd[19：0]位，PORTAdd端口的其他位保留未用。根据表1中的映射关系就可以确定CPLD内部寄存器端口的物理地址。在图4中，CE1信号保持低电平、EA22信号保持高电平时选中74138_1芯片，则PORTAdd的第31位和第19位均应为高电平“1”;EA8～EA6为高位译码地址线，EA5～EA3为低位译码地址线，两片74138芯片配合使用，能够产生64路片选信号;片选信号KEYCS1和KEYCS2低电平有效，两片74373在DM642的CE1空间中的地址分别为0x90080019和0x9008001A。

　　

 

　　3 软件设计

　　在CCS编程环境中，编写main.C、boot.asm、ves_dm642.asm、key.cmd等文件，由于在CSL中包含boot.asm函数，所以只需要自行编写main.c和ves_dm642.asm、key.cmd三个文件，然后添加到所创建的Key.pJt项目中。

　　ves dm642.asm是DM642的中断向量表文件，声明中断函数名称及与中断编号的映射关系，KeyIsr是INT4对应的按键中断响应函数，其主要代码如下：

　　

 

　　main.c是键盘电路的主程序，包括添加CSL库文件的头文件、定义按键状态寄存器的端口地址及按键的MASK、初始化设置EMIFA接口、按键分析函数。主要代码如下：

　　

 

　　

 

　　4 系统调试

　　为了调试程序，需要把main.c、boot.asm、ves_dm642.asm、key.cmd文件添加到项目Key.pjt中。同时，需要设置Build Options中的Compiler和Linker属性页，最后编译、链接、下载。通过设置断点和探针来进行软件模拟调试。CCS仿真表明，程序能根据硬件设计的要求读取按键的键值并进行按键状态的分析，达到预期结果。

　　结语

　　DM642和CPLD相配合的方法扩展键盘，DM642的外部中断监控按键的状态，CPLD管理键盘电路中的芯片逻辑。充分利用DM642的GPIO口引脚能够配置为通用输入/输出引脚的优势和CPLD丰富的输入/输出引脚特性。可以应用在以DM642为核心处理器的模式识别和图像处理系统的人机交互模块中，前景广阔。