EDA中的密碼鎖輸入電路各主要功能模塊的設(shè)計(jì)-基礎(chǔ)電子

精品文檔-下載后可編輯EDA中的密碼鎖輸入電路各主要功能模塊的設(shè)計(jì)-基礎(chǔ)電子1）時(shí)序產(chǎn)生電路

本時(shí)序產(chǎn)生電路中使用了三種不同頻率的工作脈沖波形：系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖（它是系統(tǒng)內(nèi)部所有時(shí)鐘脈沖的源頭，且其頻率）、彈跳消除取樣信號(hào)、鍵盤(pán)掃描信號(hào)。

當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)中需使用多種操作頻率的脈沖波形時(shí)，方便的方法之一就是利用一個(gè)自由計(jì)數(shù)器來(lái)產(chǎn)生各種需要的頻率。也就是先建立一個(gè)N位計(jì)數(shù)器，N的大小根據(jù)電路的需求決定，N的值越大，電路可以分頻的次數(shù)就越多，這樣就可以獲得更大的頻率變化，以便提供多種不同頻率的時(shí)鐘信號(hào)。若輸入時(shí)鐘為CLK，N位計(jì)數(shù)器的輸出為Q[N-10]，則Q（O）為CLK的2分頻脈沖信號(hào)，Q（1）為CLK的4分頻脈沖信號(hào)，Q（2）為CLK的8分頻脈沖信號(hào)……Q（N-1）為CLK的2N分頻脈沖信號(hào)；Q（5DOWNTO4）取得的是一個(gè)脈沖波形序列，其值依00-01-10-11-00-01周期性變化，其變化頻率為CLK的25分頻，也就是32分頻。我們利用以上規(guī)律即可得到各種我們所需要頻率的信號(hào)或信號(hào)序列。

2）鍵盤(pán)掃描電路

掃描電路的作用是用來(lái)提供鍵盤(pán)掃描信號(hào)（如表中的KY3～KY0）的，掃描信號(hào)變化的順序依次為1110-1101-1011-0111-1110……依序地周而復(fù)始。掃描時(shí)依序分別掃描四列按鍵，當(dāng)掃描信號(hào)為1110時(shí)掃描KY3這一排按鍵；當(dāng)掃描信號(hào)為1101時(shí)，掃描KY2這一排按鍵；當(dāng)掃描信號(hào)為1011時(shí)，掃描KY1這一排按鍵；當(dāng)掃描信號(hào)為0111時(shí)，掃描KY0這一排按鍵。每掃描一排按鍵就檢查是否有鍵被按下，如果這排沒(méi)有按鍵被按下就忽略，反之，如果出現(xiàn)被按下的鍵則立刻進(jìn)行按鍵編碼的動(dòng)作，且將編碼的結(jié)果儲(chǔ)存于寄存器中。

3）彈跳消除電路

由于本設(shè)計(jì)中采用的矩陣式鍵盤(pán)是機(jī)械開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)，因此在開(kāi)關(guān)切換的瞬間會(huì)在接觸點(diǎn)出現(xiàn)信號(hào)來(lái)回彈跳的現(xiàn)象，對(duì)于電子密碼鎖這種靈敏度較高的電路這種彈跳將很可能會(huì)造成誤動(dòng)作輸入，從而影響到密碼鎖操作的正確性。

從如圖1中可以觀察出彈跳現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，雖然只是按下按鍵然后放掉，然而實(shí)際產(chǎn)生的按鍵信號(hào)卻不止跳動(dòng)，經(jīng)過(guò)取樣信號(hào)的檢查后，將會(huì)造成誤判斷，以為鍵盤(pán)按了兩次。

如圖1彈跳現(xiàn)象產(chǎn)生錯(cuò)誤的抽樣結(jié)果

如果調(diào)整抽樣頻率（如圖2所示），可以發(fā)現(xiàn)彈跳現(xiàn)象獲得了改善。

如圖2調(diào)整抽樣頻率后得到的抽樣結(jié)果

因此必須加上彈跳消除電路，避免誤操作信號(hào)的發(fā)生。特別要注意的是，彈跳消除電路所使用的脈沖信號(hào)的頻率必須比其他電路使用的脈沖信號(hào)的頻率更高；通常將掃描電路的工作頻率定在24Hz左右，而將彈跳消除電路的工作頻率定在128Hz左右，其工作頻率通常是前者的4倍或者更高。

彈跳消除電路的實(shí)現(xiàn)原理如圖3所示，先將鍵盤(pán)的輸入信號(hào)D_IN做為電路的輸入信號(hào)，CLK是電路的時(shí)鐘脈沖信號(hào)，也就是取樣信號(hào)，D_IN經(jīng)過(guò)兩級(jí)D觸發(fā)器延時(shí)后再使用ItS觸發(fā)器處理。

如圖3彈跳消除電路的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)原理圖

此處RS觸發(fā)器的前端連接和非門(mén)的處理原則是：

（1）因?yàn)橐话闳说陌存I速度至多是10次/秒，亦即按鍵時(shí)間是100ms，所以按下的時(shí)間可估算為50ms。以取樣信號(hào)CLK的周期為8ms計(jì)，則可以取樣到6次。

（2）對(duì)于不穩(wěn)定的噪聲，在4ms以下則至多抽樣。

（3）在觸發(fā)器之前，接上AND-NOT之后，SR的組態(tài)如表１所示。

如圖1RS觸發(fā)器真值表

·DO為1，且D1也為1時(shí)，結(jié)果S=1，R=0，D_OUT才會(huì)輸出1。這代表被取樣的D_IN信號(hào)能被連續(xù)取樣到兩次1，此時(shí)認(rèn)定它己經(jīng)穩(wěn)定地按下按鈕。

·DO為0，且D1也為0時(shí)，結(jié)果S=0，R=1，D_OUT才會(huì)輸出0。這代表被取樣的D_IN信號(hào)能被連續(xù)取樣到兩次O，此時(shí)認(rèn)定它已經(jīng)穩(wěn)定地放掉按鈕。

·DO為1，且D1為0時(shí)，則結(jié)果S=O，R=0，D_OUT將維持先前的輸出信號(hào)不變。DO=0，D1=1也是如此。

總之，必須取樣到兩次1才會(huì)輸出1，兩次O才會(huì)輸出0。，由于D￣OUT的信號(hào)輸出時(shí)間寬度過(guò)長(zhǎng)，所以輸出必須再接微分電路后，才接到譯碼電路。

4）鍵盤(pán)譯碼電路

上述鍵盤(pán)中的按鍵可分為數(shù)字按鍵和文字按鍵，每一個(gè)按鍵可能負(fù)責(zé)不同的功能，例如清除數(shù)碼、退位、激活電鎖、開(kāi)鎖等，詳細(xì)功能參見(jiàn)如表2。

數(shù)字按鍵主要是用來(lái)輸入數(shù)字的，但是鍵盤(pán)所產(chǎn)生的輸出，也就是掃描回復(fù)信號(hào)，是無(wú)法直接拿來(lái)用做密碼鎖控制電路的輸入的；另外，不同的按鍵（數(shù)字按鍵和功能按鍵）具有不同的功能，所以必須由鍵盤(pán)譯碼電路來(lái)規(guī)劃每個(gè)按鍵的輸出形式，以便執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。如表2鍵盤(pán)參數(shù)表

注：當(dāng)沒(méi)有任何數(shù)字按鍵被按下時(shí)，鍵盤(pán)譯碼輸出“1111”；當(dāng)某功能按鍵尚未定義其功能時(shí)，鍵

盤(pán)譯碼輸出“1000”。

鍵盤(pán)譯碼電路主要負(fù)責(zé)的工作是：首先判別是否有鍵按下；若被按下的是數(shù)字按鍵，則解碼成相對(duì)應(yīng)的BCD碼，若被按下的是功能按鍵，則解碼成四位數(shù)的碼字，由密碼鎖控制電路做相應(yīng)的動(dòng)作。

5）按鍵存儲(chǔ)電路

因?yàn)槊看螔呙钑?huì)產(chǎn)生新的按鍵數(shù)據(jù)，可能會(huì)覆蓋前面的數(shù)據(jù)，所以需要一個(gè)按鍵存儲(chǔ)電路，將整個(gè)鍵盤(pán)掃描完畢后的結(jié)果記錄下來(lái)。按鍵存儲(chǔ)電路可以使用移位寄存器構(gòu)成。

本設(shè)計(jì)將采用串行輸入/串行輸出（SerialIn/Seria1Out）移位寄存器硬件作為按鍵存儲(chǔ)電路。所謂的串行輸入/串行輸出移位寄存器，即數(shù)據(jù)一個(gè)接著一個(gè)依序進(jìn)來(lái)，