CN103631244A

CN103631244A - 一种基于mcu和cpld的主从式键盘控制器

Info

Publication number: CN103631244A
Application number: CN201310710411.5A
Authority: CN
Inventors: 贺义方
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-12-22
Filing date: 2013-12-22
Publication date: 2014-03-12

Abstract

本发明提供一种键盘控制器，该键盘控制器包括基于MCU的主机模块以及基于CPLD器件设计的从机模块，主机与从机之间通过总线通信。从机采用CPLD器件设计对独立键盘每一个按键进行检测并完成消抖处理，同时输出LED控制状态，从机每一个IO接口都可以设计为按键检测或者LED状态输出口，预留的IO接口可以自由选择增减按键或者LED。主机通过总线与从机通讯获取独立键盘的按键信息，并且控制从机输出状态。同时主机对按键进行编码，完成协议层功能，通过USB接口、PS2接口传给计算机。通过增加或者减少从机数量，可以实现不同布局、不同功能的键盘设计，主机可以通过修改主机固件来更改从机每个IO的功能和编码。

Description

一种基于MCU和CPLD的主从式键盘控制器

技术领域

本发明涉及一种新型键盘控制器，尤其涉及一种基于MCU和CPLD设计的可自由开发、拓展、拆分的主从式键盘控制器。

背景技术

在操作设备运行中,键盘是实现人机交互常用的设备。键盘由按键、背光灯以及主控制器等组成。现有键盘由于受到控制器IO资源限制，都采用行列式矩阵键盘设计，多个按键共用有限的IO资源，采用软件扫描查询的方式，用来判断按键被按下或是释放。

现有键盘都是一个主控，在计算机设备使用的键盘中一般采用MCU作为主控，在示波器、信号源等测试测量设备中有的键盘采用CPLD器件作为控制器。单个MCU或者CPLD作为主控在矩阵键盘扫描以及按键消抖过程中非常消耗资源，控制器在完成按键检测后必须完成编码、解码功能，通过USB HID协议和PS2协议传输给操作设备。在实现复杂的键盘控制以及绚丽的背光控制时出现按键延时等。

现有控制器功能单一，无法实现自由灵活的拓展、拆分键盘和更改键盘控制器的功能。

综上所述，现有键盘控制器灵活性不足，功能单一，尤其在用户需要更改、添加某些特定功能时缺点更为明显。矩阵键盘式设计消耗了MCU大量资源，限制了用户复杂多样的设计要求。主控没有模块化，不能灵活更改电路方案，不能灵活应用添加新的功能。

发明内容

鉴于以上问题，本发明提供一种基于CPLD器件的主从式的模块化键盘控制器，以满足不同用户的设计需求。

所述键盘控制器包括一个主控制器和至少一个从控制器（可以根据需求选择从控制器数量）。

所述主控制器与从控制器之间通过总线进行数据传输。

所述总线包括并行总线和串行总线两种方案。

所述并行总线包括数据总线、地址总线和控制总线传输数据。数据总线用于主从控制器传输数据，地址总线用于选择从机地址，控制总线用于控制从机读写状态。

所述串行总线包括时钟线、主机发送从机接收数据线、主机接收从机发送数据线和使能控制线。

所述主控制器基于MCU开发，负责控制从机输出IO的输出状态（控制LED灯光、声音等），同时主控制器向从控制器获取按键等数据，在经过解码转换成符合操作设备要求的编码后，利用PS2和USB协议与操作设备实现交互。

所述主控制器至少包括一个与操作设备通讯的接口（如USB、PS2、蓝牙、无线等）。主控制器的程序可以通过USB接口在线更新，或者通过专用下载器进行更新，以实现不同的功能。

所述从控制器基于CPLD器件开发，从控制器包括通信模块、按键信息输入模块、LED灯输出控制模块、消抖模块。

所述通讯模块用于完成于主控制器的通讯，从控制器将处理后的按键信息发送给主控制器，主控制器将LED等输出控制信号发送给从控制器。

所述消抖模块，负责检测到按键触发后，经过消抖处理，滤除误操作，保证检测的准确性。

所述从控制器可以拓展独立键盘，每个按键使用一个IO口，每个按键相互独立，不会出现干扰。

所述独立键盘，预留多余的接口，可以灵活选择接入新的按键或者其他输入信号，并且不会影响原有按键输入信号。

所述从控制器可以拓展LED控制器或者独立LED，根据主控制器的不同控制信号，可以实现复杂多样的灯控效果。

本发明提供一种灵活应用的键盘控制器，利用主从式设计完成不同的分工，提高了处理速度，为不同的设计人员提供了成本低廉、结构简单、灵活、拓展拆分方便以及具有极高DIY特性的键盘控制器。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。

图1是现有技术常用键盘电路结构原理框图。

图2是本发明键盘电路结构原理框图。

图3是本发明主从通讯串行时序示意图。

图4是本发明主从通讯并行时序示意图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意图用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

图2是本发明的系统结构原理框图，包括主控制器101，总线111，从控制器102以及预留的从控制器103等。

主控制器101基于MCU器件开发，包括与操作设备进行交互的通信模块USB HID模块106、PS2模块107、蓝牙无线模块108，解码、编程控制器109，主从通信模块110等。

主从通讯模块110负责与从控制器通讯，主控制器通过通讯模块从从控制器获取按键等输入信息，并向从机发送LED等控制信息。

解码、编码控制器109主要负责将接收到的按键信息进行解码，并将其编码成为操作设备可以识别的编码信号，通过交互接口发送给操作设备。从操作设备获取状态灯信息。为从机准备输出状态信息。

USB HID模块106用来与有USB接口的兼容HID协议的设备通讯。

PS2模块107用来与有PS2接口的操作设备通讯。

蓝牙无线模块108作为预留接口，用来完成拓展设计。

总线111为主控制器与从控制器之间的通讯总线，所有新添加的从机都接在总线上，总线有并行总线和串行总线两种协议。

从控制器102基于CPLD器件开发，包括主从通信模块112、消抖模块115、IO功能选择113、地址模块114、输出单元116。

通讯模块112用于主从控制器之间的通信。

IO功能选择单元113根据MCU提供的控制信息将从机IO口定义为按键输入口或者是LED等输出口。

消抖模块115将获取的按键信息进行消抖处理，滤除干扰，再将信息传递给主控制器。

输出单元116输出LED控制信息。

地址模块114用于从控制器地址选择，不同的从控制器选择不同的地址，主机根据地址进行区分。

从控制器外接独立键盘104，独立键盘各个按键之间不会相互干扰，增加或者减少按键不会改变其他按键的功能。

从控制器外接LED控制模块105，LED控制模块包括输出外接LED控制器以及每个IO控制一个LED等方式。

从控制器103表示新增的从控制器，用户可以自由选择从控制器数量。

图3是串行总线时序图，包括使能线CS，时钟线CLK，从控制器输出线SDO，从控制器输入线SDI。

所述使能线CS由总线地址线确定，总线地址选择相应从控制器，相应从控制器使能。

图4是并行总线时序图，包括使能线CS，数据总线DB，读写控制线W/R。

本发明提供了一种键盘控制器以及实施电路，具有以下优点：

模块化的结构设计，主控制器主要实现与操作设备的通信协议，编码解码以及处理器功能。从控制器主要实现外围接口设计，对输入数据进行消抖处理，节约处理器资源，降低处理器负担。主控制器资源得到释放，可以完成复杂绚丽的LED控制方案。控制器具有极强的通用性和灵活性，针对不同产品的设计需求，只需要增加、减少按键数目或者增加、减少从控制器数目即可完成，大幅度节约了研发成本。基于CPLD器件设计的从控制器，成本低廉，电路简单，有利于高效率的开发设计。基于CPLD器件设计的从控制器包含大量的IO资源，在完成设计要求的同时，可以为产品用户提供更多的自主设计渠道。基于主从式设计的模块化控制器，可以灵活拆分、拓展。

以上所述具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的一个具体设计例子，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的净胜和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种键盘控制器，其特征在于：

所述键盘控制器为主从式设计，一个键盘控制器包括一个主控制器和至少一个从控制器，主控制器基于MCU器件设计，从控制器基于CPLD器件设计，主控制器与从控制器通过总线进行数据交换。

2.根据权利要求1所述的键盘控制器，其特征在于：

所述主控制器实现与操作设备的通讯协议及接口（包括USB HID，PS2协议，无线，蓝牙等），对按键信息等进行编码、解码处理。

3.根据权利要求2述的键盘控制器，其特征在于：

所述从控制器实现独立键盘、LED控制，对按键信息进行采集和消抖处理，输出LED控制状态。

4.根据权利要求3述的键盘控制器，其特征在于：

所述键盘控制器采用模块化设计，所有从控制器接在总线上，从控制器的增加、减少不会影响其他从控制器的功能。

5.根据权利要求4述的键盘控制器，其特征在于：

所述总线有并行总线和串行总线两种，串行总线的连接线包括时钟线、从机输出、从机输入和地址使能线，并行总线包括数据总线、地址总线和控制总线。

6.根据权利要求5述的键盘控制器，其特征在于：

所述从控制器发送给主控制器的数据包括所有按键输入信息，用户自定义接口输入信息，从控制器从主控制器获取的数据包括所有IO口功能设定，所有LED控制信息，用户自定义接口输出信息。

7.根据权利要求6的键盘控制器，其特征在于：

所述从控制器外接独立键盘，增加或者减少按键，不会影响其他按键的功能，每个按键相互独立，不会互相影响。

8.根据权利要求7述的键盘控制器，其特征在于：

所述从控制器外接LED控制器或者直接连接LED，从控制器接收主控制器的控制信息并解码，输出LED控制状态。

9.根据权利要求8述的键盘控制器，其特征在于：

所述从控制器包含超过30个IO资源，每个IO口的功能都可以通过主控制器设定，预留的IO接口可以供用户自由选择功能。