基于NIOSⅡ的LCD控制器和矩陣鍵盤的IP核的設(shè)計方法

　　0 引言

　　NIOSⅡ是Altera 公司推出的第二代IP軟核處理器。它與其他IP核可構(gòu)成SOPC系統(tǒng)的主要部分。Altera SOPC Builder提供有NiosⅡ處理器及一些常用外設(shè)接口，因此，對于一些庫中沒有提供的模塊，用戶就可以自己定義添加。用戶還可以通過自定義邏輯方法在 SOPC設(shè)計中添加自己開發(fā)的IP核。而定制用戶邏輯外設(shè)是使用NiosⅡ嵌入式軟核處理器的SOPC系統(tǒng)的重要特性之一。

　　本文提出了一種針對LCD控制器和矩陣鍵盤的IP核的設(shè)計方法。該方法利用SOPC Builder中元件編輯器Create New Component，通過自定義邏輯方法在SOPC設(shè)計中添加自己開發(fā)的液晶顯示模塊和鍵盤IP核。該控制器具有Avalon總線接口，可與其它標準IP 核一起構(gòu)成以NiosⅡ為核心的片上系統(tǒng)，并可編寫驅(qū)動程序。

　　1 鍵盤和顯示電路的硬件設(shè)計

　　鍵盤采用4×4行列式鍵盤，其4根行輸入線KEY0～KEY3和4根列輸出線KEYSCAN0～KEYSCAN3與鍵盤接口電路相連，每行信號線使用上拉電阻接到3.3 V電源上。液晶顯示采用的是THSl2864-12顯示模塊。HSl2864-12是一種圖形點陣液晶顯示器，液晶顯示屏為128×64點陣，可顯示4 行，每行顯示8個漢字，該模塊具有2MB的中文字型ROM，可提供8192個16×16點陣中文字型。同時，為了便于英文和其它常用字符顯示，它還具有 16 KB半寬字型ROM，提供有128個16×8點陣的字母符號字型;另外，繪圖顯示畫面還可提供一個64×256點陣的繪圖區(qū)域(GDRAM)及240點的 ICONRAM，可以和文字、畫面混合顯示，其內(nèi)含的CGRAM可提供4組軟件可編程的16×16點陣造字功能。其鍵盤電路和顯示模塊接口電路如圖1所示。

　　2 鍵盤掃描電路的程序設(shè)計

　　行列式鍵盤又叫矩陣式鍵盤，它用帶有I/O口的線組成行列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行列的交點上。傳統(tǒng)矩陣鍵盤大多使用軟件驅(qū)動控制，即在程序中循環(huán)掃描查詢鍵盤的狀態(tài)，以判斷是否有鍵按下，這種方法比較耗費CPU資源，而且查詢掃描結(jié)果可能出現(xiàn)誤碼。本文提出了一種新的用硬件描述語言在FPGA中實現(xiàn)矩陣鍵盤控制的方法。該方法使用時序電路掃描查詢鍵盤，在發(fā)現(xiàn)鍵按下的時候，可給出相應(yīng)的鍵碼和中斷信號，并以中斷的方式處理按鍵。矩陣鍵盤掃描分4個時序，在每一個時序，KEY0～KEY3(四根行線線)端口分別輸出1110、1101、1011、0111掃描碼，并分別控制一列按鍵接地，同時在每個時序查詢 KEYSCAN0～KEYSCAN3(四根列線)端口。

　　圖2所示是一種4×4行列結(jié)構(gòu)的鍵盤掃描電路，它由分頻器電路、鍵盤掃描計數(shù)電路、鍵盤行(row)列(col)按鍵檢測電路、按鍵抖動消除電路、鍵盤編碼電路等組成。

　　設(shè)計好鍵盤的硬件控制程序以后，鍵盤控制程序可封裝為參數(shù)可配置的用戶自定義外設(shè)組件，以在SOPCBuilder中直接添加使用。完成KEYS器件的加入后，KEYS器件就會出現(xiàn)在SOPCBuilder的組件選擇欄的“User Logic”項目下，最后在NiosⅡIDE中設(shè)計矩陣鍵盤的驅(qū)動程序，安裝鍵盤按鍵中斷，編寫按鍵中斷服務(wù)程序，從而通過按鍵中斷獲取相應(yīng)按鍵的鍵盤碼。其例程如下：

　　/*初始化鍵盤中斷*/

　　3 LCD顯示模塊的程序設(shè)計

　　在NiosⅡ和LCD的接口中，一方面可以通過在NiosⅡ系統(tǒng)中添加相應(yīng)I/O口的方式來實現(xiàn)對液晶顯示屏LCD的間接控制，另一方面也可以利用構(gòu)建 IP核來直接進行控制。第一種是將LCD接口當作普通的外部設(shè)備PIO進行操作，LCD的數(shù)據(jù)以及讀、寫使能、片選信號等都包括在PIO總線內(nèi);第二種是在SOPC Builder中自己定義eomponent，并把液晶顯示模塊看成外部存儲器，直接做成Avalon總線Slave設(shè)備。

　　第一種方法在硬件工程中，需要設(shè)計與外設(shè)相連的I/O接口;而在軟件工程中，需要用戶編寫相應(yīng)的接口程序?qū)ν庠O(shè)進行初始化，設(shè)置相應(yīng)的外設(shè)寄存器。在每次新建一個工程后，這樣的工作都得重復(fù)進行，因而會增加開發(fā)成本。第二種方案需要寫HDL模塊，自己定義控制狀態(tài)、數(shù)據(jù)寄存器和控制位，這種方式控制靈活，易于實現(xiàn)復(fù)雜的控制時序，而且一旦自定義設(shè)備成功后，就可以像使用其他設(shè)備一樣來使用這些設(shè)備。用戶也可以將這些設(shè)備共享給其他的使用者，這樣就大大減少了重復(fù)工作。本設(shè)計中采用第二種方法。

　　在Altera SOPC Builder中雙擊Create NewComponent，打開Component窗口，并在HDL Files標簽下添加LCD硬件描述語言編寫的文件(該文件描述了組件與Avalon總線的接口以及組件與液晶屏的接口)，系統(tǒng)編輯器就會立即自動對文件進行分析，并從文件中讀I/O信號和參數(shù)信息。Lcd 12864自定義邏輯信號如圖3所示。

　　完成LCD_12864器件的加入后，LCD_12864器件就會出現(xiàn)在SOPC Builder的組件選擇欄的“User Logic”項目下。圖4所示是LCD模塊的管腳分配圖。

　　LCD模塊的初始化就是對LCD進行模式設(shè)置。由于SOPC Builder中的LCDl2864控制模塊已經(jīng)考慮了LCD的讀寫時序，所以使用NIOSⅡIDE進行LCD驅(qū)動和控制時只需對LCD進行初始化。其部分初始化子程序如下：

　　之后，打開NiosⅡIDE，創(chuàng)建軟件工程，編寫test程序，即可測試驗證液晶模塊的顯示結(jié)果。其中部分程序如下：

　　4 結(jié)束語

　　本設(shè)計最后經(jīng)過測試證明，矩陣鍵盤按鍵中斷響應(yīng)準確無誤。由于其掃描過程由硬件實現(xiàn)，無需占用CPU資源，故可大大提高系統(tǒng)的性能，LCD可以接收任意中英文的輸入顯示。在開發(fā)設(shè)計過程中，矩陣鍵盤和LCD接口均封裝為用戶自定義的外設(shè)組件加入SOPCBuilder的元件庫中，因而可以很方便地在其他系統(tǒng)中根據(jù)實際情況添加使用。用戶也可以將這些設(shè)備共享給其他的使用者，這樣就大大減少了重復(fù)工作。與其他方法相比，該方法無疑是一種更高效、靈活和低成本的開發(fā)方法，同時體現(xiàn)出了SOPC片上可編程系統(tǒng)的靈活、方便、可重用的優(yōu)勢。

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2019-08-06 06:37:27

嵌入式軟核NiosⅡ中串口模塊怎么編程？

Altera公司的FPGA作為全定制芯片的一個代表正在得到日益廣泛的應(yīng)用。為了用戶使用方便，Altera公司推出嵌入式軟核NiosⅡ可以便利地使用工具生成并放人FPGA芯片中。NiosⅡ軟核可以在用

2019-10-25 07:25:38

怎么實現(xiàn)基于FPGA及嵌入式CPU(Nios Ⅱ)的TFT-LCD接口設(shè)計？

本文以 640*480的數(shù)字輸入的 TFT-LCD顯示屏為例，介紹了一種基于 NiosⅡ軟核處理器實現(xiàn)對 TFT-LCD接口的方法。解決了通常情況下必須使用LCD 控制專用芯片才能解決 LCD顯示的問題。

2021-06-08 06:46:33

點陣型LCD_和矩陣鍵盤電路原理圖

本帖最后由 azsxdcfv1871514 于 2013-1-6 14:29 編輯點陣型LCD_和矩陣鍵盤電路原理圖

2012-08-03 12:41:25

用AVR實現(xiàn)的矩陣鍵盤

用AVR實現(xiàn)的矩陣鍵盤在按鍵數(shù)目比較多、I/O資源有限的情況下，有幾種方法實現(xiàn)多按鍵檢測：· 端口擴展：采用端口擴展芯片實現(xiàn)單片機I/O口的擴展；· 使用專門的鍵盤芯片；· 使用矩陣鍵盤。其中矩陣鍵盤是一種比較常用的方法。本實例中矩陣鍵盤的電路圖如下：[hide][/hide]

2009-11-27 08:59:10

網(wǎng)線連接控制器的ip地址查詢

pc和一款控制器通過網(wǎng)線連接，arp-a命令查詢不到局域網(wǎng)內(nèi)有控制器的ip，請問有沒有什么方法可以查詢到控制器的ip地址？

2021-06-18 10:53:37

請教一個NIOS進行IP核連接的問題，先行多謝了??！

建立NIOS_Helloworld工程，進行IP核連線的時候，NIOS的jtag_reset信號如何與jtag_uart進行連接？在原子哥的文檔中對這步的操作在下面，上面是文檔中對連接方法的描述，但是我的qsys中在IRQ欄好像沒有進行連接的按鈕請問軟件是如何操作的？

2019-05-15 06:35:26

請問FPGA的高速多通道數(shù)據(jù)采集控制器IP核設(shè)計怎么實現(xiàn)？

本文介紹的在電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)中信號采集模塊控制器的 IP核，是采用硬件描述語言來實現(xiàn)的。

2021-04-08 06:33:16

請問怎么去控制qsys搭建的SDRAM這個ip核

請問怎么去控制qsys搭建的SDRAM這個ip核，因為想把一個ram核當作一個外部AD數(shù)據(jù)的存儲器，將外部數(shù)據(jù)存儲起來，再用nios通過API函數(shù)讀出來作顯示，現(xiàn)在就是不知道怎么去去操作這個IP核

2019-08-25 17:35:20

采用Avalon總線接口實現(xiàn)UPFC控制器IP核設(shè)計

4為UPFC控制器IP核輸出的實際波形圖。4 結(jié)束語本UPFC控制器IP能使輸出正弦波頻率跟電網(wǎng)頻率保持一致，且輸出正弦波的幅值和相位可根據(jù)需要進行調(diào)節(jié)；輸出的三角載波的頻率、幅值和相位保持不變。同時，將UPFC控制器IP核和Nios II相結(jié)合還可提高系統(tǒng)的抗干擾能力?！　?/div>

2019-06-03 05:00:05

采用低功耗微控制器的鍵盤控制器設(shè)計方案

描述此參考設(shè)計介紹了如何實施采用 MSP430 的低成本、高靈活性、模塊化鍵盤控制器。提供 MSP430F5529 和 MSP430G2744 的示例，包含支持性 I2C 和 USB。主要特色支持

2018-11-16 16:53:47

4*4矩陣鍵盤設(shè)計及源代碼

4*4矩陣鍵盤設(shè)計及源代碼一實驗?zāi)康? 學習使用4X4 掃描鍵盤的設(shè)計方法；2 實踐對比按鍵抖動對掃描鍵盤輸出的影響二實驗原理及說明1、實驗原理

2010-02-08 16:30:03

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基于Avalon總線的可配置LCD控制器IP核的設(shè)計

基于Avalon總線的可配置LCD 控制器IP核的設(shè)計本文討論了基于Avalon 總線流傳輸?shù)呐渲?b class="flag-6" style="color: red">LCD 顯示控制器IP 核的設(shè)計，根據(jù)自頂向下的設(shè)計思想，將IP 核進行層次功能

2010-02-09 09:34:44

矩陣鍵盤控制接口設(shè)計實驗

矩陣鍵盤控制接口設(shè)計實驗一、實驗要求:用12 個按鍵開關(guān)實現(xiàn)如表1 所示的矩陣鍵盤，當按下某一鍵時在數(shù)碼管上顯示對應(yīng)的鍵值

2008-09-24 10:36:13

3490

基于AHB接口的高性能LCD控制器IP設(shè)計

基于AHB接口的高性能LCD控制器IP設(shè)計本文將說明高性能LCD控制器IP的模塊化設(shè)計概念(如圖一)。FTLCDC200 通過SDRAM控制器跟SoC內(nèi)部總線通信，控制器把圖像數(shù)

2009-01-28 00:40:45

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采用布爾處理的鍵盤矩陣解讀方法分析

采用布爾處理的鍵盤矩陣解讀方法分析運用布爾處理技術(shù)對鍵盤矩陣進行掃描解讀：運用“位”操作方式將整個鍵盤矩陣的掃描解讀

2009-03-29 15:13:59

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NIOSⅡ?qū)崿F(xiàn)矩陣鍵盤和液晶顯示外設(shè)組件

本文提出了一種針對LCD控制器和矩陣鍵盤的IP核的設(shè)計方法。該方法利用SOPC Builder中元件編輯器Create New Component，通過自定義邏輯方法在SOPC設(shè)計中添加自己開發(fā)的液晶顯示模塊和鍵盤IP核

2011-10-20 17:20:32

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矩陣鍵盤專題

將按鍵排列成矩陣形式被稱為矩陣鍵盤。矩陣鍵盤程序則實現(xiàn)了矩陣鍵盤的功能。矩陣鍵盤減少了I/O的占用，在需要的鍵數(shù)比較多時，采用矩陣法是很合理的。

2011-10-25 15:19:02

VNS網(wǎng)絡(luò)控制矩陣鍵盤

VNS網(wǎng)絡(luò)控制矩陣鍵盤是與VNS系列網(wǎng)絡(luò)數(shù)字矩陣配套使用的全功能控制鍵盤,可通過以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)控制直接操作帶網(wǎng)絡(luò)控制功能的矩陣主機,

2011-10-26 09:16:17

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基于NIOS Ⅱ的大規(guī)模矩陣開關(guān)的研制與應(yīng)用

提出了基于NIOS Ⅱ處理器的大規(guī)模矩陣開關(guān)的設(shè)計原理與實現(xiàn)方法，介紹了矩陣開關(guān)的特點和結(jié)構(gòu)，重點論述了NIOS Ⅱ處理器和矩陣開關(guān)電路的設(shè)計。最后，說明了設(shè)計的矩陣開關(guān)在板級

2011-11-03 10:44:45

基于FPGA的SOC外部組件控制器IP的設(shè)計

本文側(cè)重于介紹IP 模塊中組件控制器的設(shè)計和實現(xiàn)。一個基于FPGA 的LCD 控制器設(shè)計作為例子被介紹。這個組件控制器設(shè)計屬于固核IP 設(shè)計，也就是軟硬結(jié)合的方法。設(shè)計內(nèi)容主要包括電

2011-12-22 14:00:11

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