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1、哈 尔 滨 理 工 大 学 荣 成 学 院EDA课程设计题目：矩阵键盘控制电路设计 班级： 姓名： 学号： 目录一、设计任务1二、方案选择1三、实现方案与电路原理图2四、引脚分配表5五、关系表5六、总体设计6七、软件设计源程序及实验现象6八、总结11一、设计任务矩阵键盘实验1：向用户介绍矩阵键盘扫描实现的方法，；把相应的键值显示在数码管二、方案选择（1）矩阵键盘基础知识在许多数字系统中，经常采用按键系统的输入方式之一，为系统提供数据输入或者命令输入。当按键数目交多少时，把每一个按键连接到键盘矩阵中行和列的交叉点，如下图所示，一个4*4行列结构可构成有16个按键的矩阵。 开发板上设计了行列式矩阵
2、编码键盘，规模为4*4，可作为外部输入。采用矩阵编码可以减少对I/O口的占用。开发板上的矩阵编码键盘有4条行线，4条列线。行线和列线的交又处不直接连接，而是通过一个按键加以连接。这样就构成了4*4=16个按键输入，比直接将信号线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键(9键)。由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。 矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些，如图列线通过电阻接正电源，并将行线所接的FPGA、CPLD的I/O口作为输出端，而列线所接的I/O口则作为输入。这样，当按键没有
3、按下时，所有的输出端都是高电平，代表无键按下。行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可以得知是否有键按下了。（2）行扫描法的基础知识 行扫描法又称为逐行(或列)扫描查询法，是一种最常用的按键识别方法。第一种（列扫描）：1、判断键盘中有无键按下：将全部行线Y0-Y3置低电平，然后检测列线的状态。只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电平线与4根行线相交叉的4个按键之中。若所有列线均为高电平，则键盘中无按键按下。2、判断闭合键所在的位置：在确认有键按一下后，即可进入确定具体闭合键的过程。其方法是：依次将行线置为低电平，即在置某根行
4、线为低电平时，其它线为高电平。在确定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交义处的按键就是闭合的按键。第二种：本设计中采用(行扫描)1、等待按键并识别按键位置：按一定的频率用低电平循环扫描行线Y0-Y3，同时检测列线的状态，一旦判断有一列为低则表示有键被按下，停止扫描并保持，当前行线的状态，再读取列线的状态从而得到当前按键的键码。2、等待按键弹起：检测到各列线都变成高电平后，重新开始扫描过程，等待下一次按键。三、实现方案与电路原理图图1-1 Cyclone (EP4CE15F17C8N)局部图图1-2 矩阵键盘引脚图图1-3 一位数码管电路图
5、图1-4 一位数码管引脚图（一）图1-4 一位数码管引脚图（二）图1-5 Cyclone (EP4CE15F17C8N)内部电路图四、引脚分配表图1-6 引脚分配表截图五、关系表表1-6 扫描信号和列线按键输入信号与按键之间的关系表六、总体设计系统结构的整体设计： 由行列式键盘原理就可以知道，要找正确的完成键盘输入工作必须有按键扫描电路产生keydrv3keydrv0信号。同时还必须有按键译码电路keydrv3keydrv0信号和keyin3keyin0信号中译码出按键的值。此外，一般还需要一个按键发生信号用于和其他模块接口，通知其他模块按键上有按键动作发生，并可以从按键上读取按键的键值。由于
6、各个模块需要的时钟频率是不一样的，因此时钟产生模块就是用于产生各个模块需要的时钟信号。因此得到接盘接口电路的结构如上图所示。七、软件设计源程序及实验现象library IEEE;use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY KEYSCAN IS PORT ( clk : IN std_logic; rst : IN std_logic; row : OUT std_logic_vector(3 DOWNTO 0); - 行线 column : IN
7、 std_logic_vector(3 DOWNTO 0); - 列线 dataout : OUT std_logic_vector(7 DOWNTO 0)； - 数码管显示数据 END KEYSCAN; ARCHITECTURE arch OF KEYSCAN ISSIGNAL div_cnt : std_logic_vector(24 downto 0); -分频计数器SIGNAL scan_key : std_logic_vector(3 DOWNTO 0); -扫描码寄存器（行值row） SIGNAL key_code : std_logic_vector(3 DOWNTO 0); -
8、保存行扫描码 SIGNAL dataout_tmp : std_logic_vector(7 DOWNTO 0); -dataout的寄存器 BEGIN row = scan_key; dataout = dataout_tmp; PROCESS(clk,rst) BEGIN IF (NOT rst = 1) THEN div_cnt = 000; ELSIF(clkEVENT AND clk = 1)THEN div_cnt scan_key scan_key scan_key scan_key=0111; -判断第四列是否有键按下 END CASE; END PROCESS; PROCES
9、S(clk,rst) -此进程用于读取哪个按键被按下, BEGIN -先检测列数,再检测行数,两者交接即为按键序号,即逐行扫描 IF (NOT rst = 1) THEN key_code -当扫描结果为第一列时 CASE column IS WHEN 1110 = -如果行为第一行,相交键被按下 key_code key_code key_code key_code NULL; END CASE; WHEN 1101 = -当扫描结果为第二列时 CASE column IS WHEN 1110 = key_code key_code key_code key_code NULL; END C
10、ASE; WHEN 1011 = -当扫描结果为第三列时 CASE column IS WHEN 1110 = key_code key_code key_code key_code NULL; END CASE; WHEN 0111 = -当扫描结果为第四列时 CASE column IS WHEN 1110 = key_code key_code key_code key_code NULL; END CASE; WHEN OTHERS = key_code dataout_tmp dataout_tmp dataout_tmp dataout_tmp dataout_tmp dataou
11、t_tmp dataout_tmp dataout_tmp dataout_tmp dataout_tmp dataout_tmp dataout_tmp dataout_tmp dataout_tmp dataout_tmp dataout_tmp NULL; END CASE; END PROCESS;END arch;实验现象：数码管显示按下的按键位置八、总结本次课程设计，主要是利用quartus软件构造一个4*4键盘扫描的显示电路。程序编程中使用的是逐行扫描，先判断行数，再判断列数，然后构造出按键序号。再由按键序号值进行数码管的设定。其中，进行数码管设定时，最初我们的数码管显示是按照“
12、abcdefgdp”顺序来的，进行引脚设定时，通过查图发现，在主板中，先由引脚ST_BA对应到“U_SEGMENT_St(b4h36a)_st SEGMENT_St(b4h36a)_st.SchDoc”模块中DBB0，对应到引脚编辑中的N5.此时，DBB0实质上，在7 DOWNTO 0时是末尾，与之前的略有不同，是在辗转了几次之后才弄明白的。可见，程序中，很多小地方也是比较关键的，懂了就是明白，没弄明白就是不懂，这需要慢慢领会。并且各有各的想法、特点，这也正是程序多彩的一面。本次课设中，通过对主板、核心板图的查找、对比，引脚的设定，程序的解读，对EDA的了解认识有了很大的提升。相信今后在使用过程中边查边学边用，会有更大的突破。