FPGA驱动的60键多态按键状态识别系统设计与实现

本文档主要探讨了基于FPGA（Field-Programmable Gate Array）的多按键状态识别系统设计，针对现有按键输入电路的局限性，提出了一个解决方案。传统的方法存在非扫描方式对大量按键处理能力有限且I/O端口需求大的问题，以及扫描阵列方式无法实现多键同时按下。为解决这些问题，设计者利用FPGA的可编程性和丰富的I/O端口，选择VHDL（Vocabulary of Hardware Description Language）作为设计语言。 系统的核心设计目标是创建一个能够同时处理大量按键并节省单片机（MCU）I/O资源的系统。FPGA作为硬件平台，其内部的逻辑单元、存储器以及高速运算能力使其成为理想的选择。系统架构包括MCU、FPGA以及按键模块，按键信号通过FPGA进行采集和编码，然后将数据暂存于内部FIFO（First In First Out）中，供MCU读取。电源管理部分确保各组件的正常运行。 具体到硬件配置，文中提到使用了Altera公司的EPF10K30ATC144 FPGA，其具有3.3V供电、102个I/O端口、高达100MHz的工作频率，以及足够的逻辑单元和存储空间，足以支持60个按键的识别和高效处理。为了初始化FPGA，设计中还涉及到外部存储器用于存储配置数据，因为FPGA是基于RAM工艺，需要预先加载配置信息。 此外，系统设计的关键在于FPGA的配置电路，它确保了FPGA在启动时能够正确地执行预设的程序，从而实现按键状态的准确识别。通过精心设计的系统结构，本文提出的方法旨在提高按键输入系统的灵活性和效率，同时降低了对MCU资源的需求，这对于现代电子设备，特别是那些需要处理大量按键交互的场合来说，具有重要的实用价值。