1 设计的意义与可行性
键盘是计算机系统中最常用的人机交互输控制器入设备。控制器在嵌入式系统中，用R+L条口线实现R×L个按键的扫描键盘的应用最为广泛。控制器与线性键盘相比，扫描键盘中 I/O口线的利用效率有了较大的提高，控制器在一定程度上缓解了I/O引脚短缺的问题，但其传统实现方案的缺点是需要MPU的相应扫描控制程序来配合。为了响应输入，控制器系统实质上工作于一种循环查询模式，不但占用了较多的MPU处理时间，也增加了系统的功耗。在一些处理任务量大、对功耗又极为敏感的系统中，这是不能接受的。
一方面，控制器通用键盘接口芯片（如8279、HD7279A）功耗较大，控制器使用灵活性差；另一方面，可编程逻辑器件在规模、速度和功耗等性能方面已远超出通用逻辑芯片。所以越来越多的大型数字系统采用CPLD/FPGA构建，且系统中可编程逻辑器件的硬件资源通常都有一定剩余，这使得在不增加成本的基础上，实现一款硬件扫描键盘控制器成为可能。在智能多芯电缆检测仪的研制过程中，一款这样的全功能硬件扫描键盘控制器便得以成功实现。下面详细介绍其工作原理和实现过程。
2 工作原理及功能要求
2.1 扫描键盘工作原理
以4×4 扫描键盘为例，其中P0～P3为输出口，P4～P7为输入口。无按键按下时，输入口被上拉为高电平。输出口以一定频率循环输出 0111、1011、1101、1110。通过读输入口的状态，便可判断击键情况。如输出0111时，输入口的16种状态与击键的对应关系如表1所示。单列线的扫描频率（记为Fs）一般应界于50～400Hz之间。
2.2 按键的去抖动问题
控制器由于触点的弹性作用，机械按键在闭合和断开瞬间会产生抖动，实际电压波形。其中T1、T2、TS分别为前沿抖动时间、后沿抖动时间和按键稳定时间。T1、T2取决于触点的机械特性，一般为5～12ms；TS则主要取决于击键速度的快慢和按键按下时间的长短。统计研究表明，以正常速度击键时，T1、T2、TS之和一般不小于12ms。
按键抖动引起的最大问题是一次击键被误识别为多次击键，因此应避免在抖动期T1、T2内对输入行线状态进行采样。去抖动电路的设计是硬件扫描键盘控制器设计中的关键之一。
2.3 全功能键盘控制器的功能要求
在键盘使用过程中，实际击键情况有两种：单击和连击。单击时用户希望通过短时间击键只产生一个有效键值；连击时用户长时间按下按键，希望持续快速产生多个有效键值。为方便使用，键盘设计应区分快速单击和持续连击：两者都用来快速产生多个键值，区别在于击键的动作和使用的场合。前者要求每次单击后释放按键，常用于参数小范围内的精调；而后者则要求按键长时间保持在按下状态，以实现参数大范围内的快速调节。
除上述要求外，全功能扫描键盘控制器还要求能识别多键同击的情况。出于简化设计的目的，本设计仅考虑同列按键的多键同击问题。解决此问题的办法是使R×L扫描键盘（R为输入行线数，L为扫描列线数）可以识别的等效按键数从R×L增加到（以4×4为例，从16个增加为60个）。
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