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1、基于VHDL的键盘扫描及显示电路一、工作原理：可编程器件的KEY_HANG3.0行信号输出端不停循环输出“1110”“1101”“1011”“0111”。当没有键按下时可编程器件的KEY_LIE3.0列信号输入端检测到的是“1111”。当有按键按下时，如按下1，此时KEY_HANG3.0行信号输出为“0111”，即KEY_HANG3.0的3管脚为“0”，可由电路看出，此时输入端KEY_LIE3.0检测到的将是“0111”。KEY_LIE3.0的3管脚为0，可以在编写程序时，将输出信号KEY_HANG3.0与输入信号KEY_LIE3.0同时判断，比如可以认为当数据“KEY_HANG&KEY_LI
2、E”为“01110111”时，可译码成数据1,。同理可得其他按键的编码。根据不同数据的编码译成不同的数据。名称 IO属性 描述 备注 clk in 输入时钟，和频率 KEY_HANG3.0矩阵键盘的扫描输入端口 KEY_LIE3:0 矩阵键盘的扫描输出端口 START out 数据输出标志 DISP DATA6.0out 数码管译码显示译码输出 bit DASP SEL1.0数码管扫描输出 CLK_1KCLK_1K START KEY_HANG3.0CLE_40K DATA_P7.0 DISP DATA6.0KEY_LIE DASP SEL1.0 CLK_40K二、设计思路：1.循环输出行信号
3、，检测列信号输入，将行列信号相并。2.译键值。 去抖动。在译没一个键值后，为了防止抖动，加了一个计算环节，一旦检测到列信号后，译码，紧跟着进入计数环节，此时键抖动不会进入其他环节，这样可以防止抖动。 数码管译码、循环显示。电路的具体功能罗列如下： 1) 采用44矩阵键盘作为操作数和操作符的输入设备。 2) 采用2位8段数码管作为输出显示设备，显示按下的数字及简单的功能。 3) 由于所有键盘在按下或者弹起的时候均有按键抖动，所以应该采用去抖电路，当检测到有按键按下去的时候，应该延时20ms后，再进行检测，如果仍有键盘按键被按下去的话，则进行键盘读值。 矩阵键盘模块key_4_4的RTL电路图如下
4、 所示。 当CLK_1K上升沿到来时状态转为state0，然后判断列与非后的值，看是否有按键按下，如果有输入数据，则自动启动20ms的计数器，当计满数后，产生一个指示信号，此信号为1bit，高电平有效。当读到此指示信号后，便再次将row信号锁存至寄存器，便得到键盘的一个返回值。如果row没有变化，则state转换为state2，对第二行进行按键扫描。依此类推，扫描第三行与第四行。 因为普通的按键都是接触式的，当按键闭合或释放时，上下接触面都会产生一个很短暂的抖动，如图2.2所示，这个抖动时间一般都会持续5-10ms，虽然这个抖动时间很短，但对于FPGA工作在50M的高频率上的器件来说，还是可以
5、捕捉的到的。为了使CPU对于一次按键操作只处理一次，在软件中必须加入去除抖动处理。 图2.2 按键闭合时产生的抖动 由图中可以看出，最简单的去抖方法就是每隔一段时间读一次键盘，时间间隔大于10ms即可。如果连续两次检测都有按键被按下，则可以肯定有按键被按下，而且也进入闭合稳定期。 三、数码管显示译码模块设计 数码管显示译码电路主要用来对实际的二进制数据装换为8段数码管的实际显示控制码，采用两个2位的8段共阴极数码管，数码管的显示方式有两种：静态显示和动态显示。具体如下: 静态显示方式：所谓静态显示就是指无论是多少位数码管，同时处于显示状态。静态显示的优点是：数码管显示无闪烁，亮度高，软件控制比
6、较容易；缺点是：需要的硬件电路较多（每一个数码管都需要一个锁存器），将造成很大的不便，同时由于所有数码管都处于被点亮状态，所以需要的电流很大，当数码管的数量增多时，对电源的要求也就随之增高。所以，在大部分的硬件电路设计中，很少采用静态显示方式。 动态显示方式：所谓动态显示，是指无论在任何时刻只有一个数码管处于显示状态，每个数码管轮流显示。动态显示的优点是：硬件电路简单（数码管越多，这个优势越明显），由于每个时刻只有一个数码管被点亮，所以所有数码管消耗的电流较小；缺点是：数码管亮度不如静态显示时的亮度高，例如有8个数码管，以1秒为单位，每个数码管点亮的时间只有1/8秒，所以亮度较低；如果刷新率较
7、低，会出现闪烁现象；如果数码管直接与单片机连接，软件控制上会比较麻烦等。 显示译码方式如下： 1) 时钟上升沿到来时分别对位选和段选进行译码。 2) 将输入的2bite位选数据译码成4比特数据控制数码管的2位，由于是共阴极数码管要选定相应的数码管则使该位位低电平，其它位为高电平即可，如：0000译码为0111_1111，对应于实验板上的左边第一位数码管。 3) 将输入的4bite段选数据译码为8比特数据控制8个LED的亮灭，最高位接A,最低位接小数点位DP。若要显示0则对应的译码为 8b1111_1100。 四、仿真没有键按下时行循环输出“”“”“”“”当随机按下时行保持所按下的状态不变 五、
8、结论 这次EDA课程设计历时十天，学到很多很多的东西。同时不仅可以巩固以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次设计，进一步加深了对EDA的了解，让我对它有了更加浓厚的兴趣。特别是当每一个子模块编写调试成功时，都会很高兴。在编写顶层文件的程序时，遇到了不少问题，特别是各元件之间的连接，以及信号的定义，总是有错误。排除困难后，程序编译就通过了。在波形仿真时，也遇到了一点困难，想要的结果不能在波形上得到正确的显示，后来，经过屡次的调试之后，才发现在写代码之前对信号的相位考虑不足。 通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的
9、理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。 总的来说，这次设计还是比较成功的，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的辛勤指导下，终于迎刃而解，有点小小的成就感，终于觉得平时所学的知识有了实用的价值，达到了理论与实际相结合的目的，不仅学到了不少知识，而且锻炼了自己的能力，使自己对以后的路有了更加清楚的认识，同时，对未来有了更多的信心。最后，对给过我帮助的老
10、师和所有同学再次表示忠心的感谢！ 6、 程序LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY HH ISPORT( CLK_1K : IN STD_LOGIC; -时钟输入 CLK_40K : IN STD_LOGIC;-时钟输入K HZ KEY_LIE : IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);- 列输入 START :OUT STD_LOGIC; -二-十进制数据输出标志 KEY_HANG :OUT
11、 STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); -行输出 DATA_P : OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);-二-十进制数输出 DISP_DATA : OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);-数码管显示译码输出 DISP_SEL : OUT STD_LOGIC_VECTOR(1 downto 0);-数码管显示扫描输出 END ;ARCHITECTURE RTL OF HH ISSIGNAL INT : STD_LOGIC; -列与非 信号SIGNAL CLK_SEL : STD_LOGIC;-键值控制1khz的时钟信
12、号SIGNAL START_REG:STD_LOGIC; -数据输出标志信号SIGNAL DISP_SEL_REG:STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0);-数码管显示扫描信号SIGNAL DATA_L,DATA_H:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);-二-十进制 低位、高位信号SIGNAL DATA_TMP:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);-二-十进制低位高位暂存信号SIGNAL KEY_HANG_TMP:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);-行输出信号SIGNAL DISP_DATA_REG:STD_
13、LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); -二-十进制低位、高位暂存信号（数码 管用）SIGNAL KEY_CODE:STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);-行列 相并信号SIGNAL DATA_P_REG:STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); -二-十进制数信号BEGINKEY_CODE=KEY_HANG_TMP&KEY_LIE;-行、列相并DATA_P=DATA_P_REG;START= START_REG;KEY_HANG=KEY_HANG_TMP;DISP_SEL=DISP_SEL_REG;CLK_SEL=CLK_1K AND ( N
14、OT INT);-无键按下时有CLK-SEL时钟信号输出PROCESS (CLK_SEL,CLK_40K , INT)VARIABLE STATE : INTEGER RANGE 0 TO 3 ;BEGINIF RISING_EDGE(CLK_40K) THEN -一个40K的脉冲上升沿到来输入一次列状态以判断是否有按键按下INT KEY_HANG_TMP KEY_HANG_TMP KEY_HANG_TMP KEY_HANG_TMPDATA_TMP -再嵌套一个CASE语句 CASE KEY_CODE IS-实现把像并数据译码 十六进制的1到F WHEN 01110111 = DATA_L =
15、0001;-把1放入低四位 DATA_H DATA_L =0010; DATA_H DATA_L =0011; DATA_H DATA_L =0100; DATA_H DATA_L =0101; DATA_H DATA_L =0110; DATA_H DATA_L =0111; DATA_H DATA_L =1000; DATA_H -9键 DATA_L =1001; DATA_H -0键 DATA_L =0000; DATA_H -A键，实现步进加 一功能 IF DATA_H =1001 THEN IF DATA_L=1001 THEN DATA_H=1001; DATA_L=1001; E
16、LSE DATA_L=DATA_L + 1; END IF; ELSIF DATA_L=1001 THEN DATA_L=0000; DATA_H=DATA_H+1; ELSE DATA_L=DATA_L+1; DATA_H-B键，实现步键加十 IF DATA_H=1001 THEN DATA_H=1001; ELSE DATA_L=DATA_L; DATA_H-C键，实现步 进减一 IF DATA_L=0000 AND DATA_H=0000 THEN DATA_L=0000; DATA_H=0000;ELSIF DATA_L=0000 THEN DATA_L=1001; DATA_H= D
17、ATA_H-1;ELSE DATA_L =DATA_L-1; DATA_H-D键，实现步进 减 十 IF DATA_H=0000 THEN DATA_H=0000; ELSE DATA_L=DATA_L; DATA_H-E键，实现 送数功能 DATA_L=DATA_L; DATA_H=DATA_H; DATA_P_REG=DATA_H&DATA_L; START_REG-F键，实现清零功能 DATA_L=0000; DATA_H-不可缺少 STATE:=2; END CASE;WHEN 2 =-状态2实现去抖动功能 IF COUNTER=31 THEN -计数延时去抖 COUNTER:=0;
18、STATE:=3;ELSE COUNTER:=COUNTER+1; STATE:=2; END IF;WHEN 3 =- 清除数据输出标志 START_REG DISP_SEL_REG=10;- 输入10到数码管显示扫描信号 DISP_DATA_REG DISP_SEL_REG=01; DISP_DATA_REG DISP_DATA DISP_DATA DISP_DATA DISP_DATA DISP_DATA DISP_DATA DISP_DATA DISP_DATA DISP_DATA DISP_DATA DISP_DATA=0000000;END CASE;END IF;END PROCESS;END;