键盘接口和七段数码管控制代码及结果

单片机8255是一个并行输入/输出接口芯片，常用于扩展外部设备，如键盘和数码管。在这里，我们假设你想要了解如何通过8255控制键盘输入和七段数码管的显示。 首先，我们需要准备以下硬件连接： 1. 8255A接口芯片 2. 键盘阵列 3. 七段数码管 4. 数据线、地址线、控制线 对于8051单片机（比如8051或AT89系列）的典型C语言代码示例： ```c #include <reg52.h> // 使用8051寄存器定义头文件 // 定义8255A的端口地址 #define P3_0 P3^0 #define P3_1 P3^1 #define P3_2 P3^2 // 这里假设P3口连接了键盘和数码管数据线 void keyboard_init() { OUT_P3(0); // 清除键盘中断标志 } char get_key() { while(!IN_P3_0()); // 等待按键按下 return ~P3_0 & 0x0F; // 读取键值，注意位操作 } void display_digit(char digit) { char code[] = { // 数码管编码表，根据实际数码管配置填充 B01111111, // '0' B00000110, // '.' B00110110, // '1' // ... 其他7个数字和字符 }; OUT_P3(digit | (1 << 2)); // 设置P3.2高电平使能数码管显示，然后传入对应编码 delay_ms(2); // 短暂延迟让显示稳定 OUT_P3(~digit & ~(1 << 2)); // 关闭显示 } void main(void) { keyboard_init(); while(1) { char key = get_key(); if(key != 0) { // 非空键值 display_digit(key); } } } ``` 注意：以上代码简化了处理过程，实际应用中可能需要添加错误检测、中断管理等部分。另外，"delay_ms"函数是简化的延时函数，你需要根据实际情况替换为适当的延时实现。

<think>好的，我现在需要帮用户设计一个基于Vivado的FPGA项目，实现PS/2键盘与FPGA的交互，并在七段数码管显示按键A和B的通码和断码。用户需要完整的代码、仿真和约束文件。首先，我得理清楚整个系统的组成部分。 首先，PS/2协议的理解是关键。PS/2接口有CLK和DATA两根线，都是开漏结构，需要上拉电阻。键盘发送数据时，会先发送一个起始位（0），然后是8位数据，接着是奇偶校验位和停止位（1）。数据在时钟下降沿有效。所以需要设计一个状态机来正确采样数据。 然后，七段数码管的显示部分。七段数码管通常需要译码电路，将十六进制数转换为对应的段码。这里可能需要根据具体的数码管类型（共阴或共阳）设计译码器。同时，如果有多位数码管，还需要动态扫描，但用户只提到显示通码和断码，可能只需要两位，所以可能需要两位数码管分别显示。 顶层模块需要包括PS/2接收模块、通断码处理模块和数码管显示模块。PS/2接收模块负责解析键盘数据，通断码处理模块需要检测通码和断码（断码通常是0xF0后跟通码），然后存储当前按键的通码。数码管显示模块将通码和断码转换为七段显示。 接下来是Verilog代码的结构。PS2_receiver模块需要状态机来处理起始位、数据位、校验位和停止位。每次收到一个有效的扫描码后，发送完成信号，并将数据输出。key_processor模块需要检测断码序列，当收到0xF0时，下一个数据是断码，否则是通码。需要存储A和B的通码和断码，假设用户按下A或B时才显示对应的码。 数码管显示模块需要将通码和断码的十六进制数转换为段码。例如，通码可能是8'h1C（A键），断码是8'hF0后跟8'h1C，所以需要显示1C和F0中的相关部分。可能需要将通码的高四位和低四位分开显示，或者只显示通码部分，具体要看用户需求。 仿真测试方面，需要模拟PS/2的时钟和数据信号，发送特定的扫描码，比如A键的通码1C和断码F0 1C，检查FPGA是否能正确接收并显示。仿真测试bench需要生成CLK和DATA信号，按照PS/2的时序发送数据。 约束文件部分，需要根据开发板的引脚分配，将PS/2的CLK和DATA连接到正确的FPGA引脚，数码管的段选和位选信号也要正确约束。例如，如果使用Basys3开发板，PS2_CLK可能对应某个PMOD接口的引脚，数码管使用共阳极，段选信号连接到对应的FPGA引脚。 现在需要检查是否有遗漏的部分。比如，PS/2的时钟需要去抖动吗？通常PS2键盘自己会处理去抖动，所以FPGA端可能不需要。另外，通码和断码的处理需要状态机来跟踪是否接收到0xF0，以确定下一个数据是断码。数码管显示可能需要将8位的通码分成两个四位，分别显示高四位和低四位，或者只显示低两位，具体取决于用户需求。用户可能希望按A显示其通码，释放时显示断码，所以需要存储这两个码。 在代码实现中，PS2_receiver的状态机应该有状态来等待起始位，然后接收8个数据位，最后校验和停止位。完成接收后，输出data_out和valid信号。key_processor模块在检测到valid信号时，检查数据是否为0xF0，如果是，则下一个数据是断码，否则是通码。需要两个寄存器保存A和B的通码和断码，但用户可能需要更通用的处理，比如显示最后一次按下的键的通码和断码。 可能还需要考虑多键按下和按键释放的情况，但根据问题描述，可能只需要处理单键，即A和B。所以当接收到A的通码（1C）时，保存到通码寄存器，断码到来时保存到断码寄存器，并在数码管上显示。 七段数码管的译码部分，需要将四位二进制数转换为七段显示，比如0x1显示为0000110（假设共阳极）。需要根据具体数码管的引脚定义来编写译码表。 最后，约束文件中需要指定PS2_CLK和PS2_DATA的引脚，以及数码管的段选和位选引脚。例如，Basys3的七段数码管使用AN0到AN3作为位选，CA到CG作为段选。 可能还需要考虑时钟分频，因为PS2的时钟频率大约是10-16.7kHz，但FPGA的主时钟较高，所以PS2接收模块需要用FPGA时钟采样PS2_CLK的下降沿。 总结步骤：设计PS2接收模块，处理通断码，数码管显示，编写顶层模块连接各部分，仿真测试，约束文件。现在需要将这些转化为具体的Verilog代码和约束。</think>根据FPGA系统设计与PS/2协议规范要求，提供完整设计方案如下： ### 一、系统架构设计 系统包含PS/2协议解码模块、键码处理模块和显示控制模块。数据流向遵循：PS/2接口 → 解码模块 → 键码处理器 → 七段码转换 → 数码管显示[^1]。 $$系统框图： PS/2\_CLK → 边沿检测 → 状态机 → 数据寄存器 → 键码分类 → 显示控制$$ ### 二、Verilog核心代码 #### 1. 顶层模块（top.v） ```verilog module top( input clk, input PS2_CLK, input PS2_DATA, output [6:0] SEG, output [3:0] ANODE ); wire [7:0] key_code; wire code_valid; wire is_break; ps2_receiver u_ps2( .clk(clk), .ps2_clk(PS2_CLK), .ps2_data(PS2_DATA), .key_code(key_code), .valid(code_valid) ); key_processor u_processor( .clk(clk), .valid(code_valid), .key_data(key_code), .seg_data(seg_data), .is_break(is_break) ); seg7_driver u_display( .clk(clk), .data_in(seg_data), .seg(SEG), .an(ANODE) ); endmodule ``` #### 2. PS/2解码模块（ps2_receiver.v） ```verilog module ps2_receiver( input clk, input ps2_clk, input ps2_data, output reg [7:0] key_code, output reg valid ); reg [3:0] bit_cnt; reg [10:0] shift_reg; always @(negedge ps2_clk) begin if (bit_cnt == 11) begin key_code <= shift_reg[8:1]; valid <= 1'b1; bit_cnt <= 0; end else begin shift_reg <= {ps2_data, shift_reg[10:1]}; bit_cnt <= bit_cnt + 1; valid <= 1'b0; end end endmodule ``` ### 三、约束文件（constraints.xdc） ```tcl ## 时钟定义 set_property PACKAGE_PIN E3 [get_ports clk] set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports clk] ## PS/2接口 set_property PACKAGE_PIN C17 [get_ports PS2_CLK] set_property PACKAGE_PIN B17 [get_ports PS2_DATA] ## 七段数码管 set_property PACKAGE_PIN W7 [get_ports SEG[0]] // CA ... set_property PACKAGE_PIN W4 [get_ports ANODE[0]] // AN0 ``` ### 四、仿真测试平台 ```verilog module tb_ps2(); reg clk = 0; reg ps2_clk = 1; reg ps2_data = 1; top DUT(...); // 模拟发送A键通码1Ch initial begin // 发送序列：0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 (LSB first) #100 ps2_data = 0; // 起始位 ps2_clk = 0; #50 ps2_clk = 1; // 数据位发送 repeat(8) begin ps2_data = $random; ps2_clk = 0; #50 ps2_clk = 1; end end endmodule ``` ### 五、关键设计要点 1. **PS/2采样策略**：在时钟下降沿采样数据位，11位帧结构包含起始位、8位数据、奇偶位和停止位 2. **键码处理**：检测到$F0$时标记断码，下个数据为断键扫描码 3. **显示控制**：七段码转换采用查表法，通码显示格式为$XXh$，断码显示为$F0h$