EDA课程设计基于VHDL的键盘及显示电路.doc

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_HANG[3..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_LIE[3..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_HANG[3..0]行信号输出为“0111”，即KEY_HANG[3..0]的3管脚为“0”，可由电路看出，此时输入端KEY_LIE[3..0]检测到的将是“0111”。KEY_LIE[3..0]的3管脚为0，可以在编写程序时，将输出信号KEY_HANG[3..0]与输入信号KEY_LIE[3..0]同时判断，比如可以认为当数据“KEY_HANGKEY_LIE”为时，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，１Ｋ和４０Ｋ频率 KEY_HANG[3..0] ｏｕｔ 矩阵键盘的扫描输入端口 KEY_LIE[3:0] ｉｎ 矩阵键盘的扫描输出端口 START out 数据输出标志　 DISP DATA[6..0] out 数码管译码显示译码输出 ７bit DASP SEL[1..0] ｏｕｔ 数码管扫描输出 ２ｂｉｔ CLK_1KCLK_1K START CLK_1K START KEY_HANG[3..0] CLE_40K DATA_P[7..0] DISP DATA[6..0] KEY_LIE DASP SEL[1..0] CLK_40K 二、设计思路： 1.循环输出行信号，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4×4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 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