verilog矩阵键盘要点.docx

1、verilog矩阵键盘要点、矩阵键盘显示电路设计（显示键盘值的平方）矩阵键盘显示电路的设计一、 实验目的1、 了解普通4 X 4键盘扫描的原理。2、 进一步加深七段码管显示过程的理解。3、 了解对输入/输出端口的定义方法。二、 实验原理实现键盘有两种方案：一是采用现有的一些芯片实现键盘扫描；再就 是用软件实现键盘扫描。作为一个嵌入系统设计人员，总是会关心产品成 本。目前有很多芯片可以用来实现键盘扫描，但是键盘扫描的软件实现方 法有助于缩减一个系 统的重复开发成本，且只需要很少的 CPU开销。嵌 入式控制器的功能能强，可 能充分利用这一资源，这里就介绍一下软键盘 的实现方案。VCC图10-1 简

2、单键盘电路通常在一个键盘中使用了一个瞬时接触开关， 并且用如图10-1所示 的简单电路，微处理器可以容易地检测到闭合。当开关打开时，通过处理器 的I/O 口的一个上拉电阻提供逻辑 1;当开关闭合时，处理器的/IO 口的输入将被拉低得到逻辑 0。可遗憾的是，开关并不完善，因为当它们被按 下或者被释放时，并不能够产生一个明确的 1或者0。尽管触点可能看起来稳定而且很快地闭合，但与微处理器快速的运行速度相比，这种动作是比 较慢的。当触点闭合时，其弹起就像一个球。弹起效果将产生如图10-2所示 的好几个脉冲。弹起的持续时间通常将维 持在5ms0ms之间。如果需要多 个键，则可以将每个开关连接到微处理器

3、上它 自己的输入端口。然而，当开关的数目增加时，这种方法将很快使用完所有的输入端口。1 | | o U o30ms图10-2按键抖动键盘上阵列这些开关最有效的方法（当需要5个以上的键时）就形成了一 个如图10-3所示的二维矩阵。当行和列的数目一样多时，也就是方型的矩 阵，将产生一个最优化的布列方式（I/O端被连接的时候），一个瞬时接触开关（按钮）放置在每一行与线一列的交叉点。矩阵所需的键的数目显然根据Bl盟B3图10-3矩阵键盘键盘扫描的实现过程如下：对于4X 4键盘，通常连接为4行、4列，因 此要识别按键，只需要知道是哪一行和哪一列即可，为了完成这一识别过 程，我们的思想是，首先固定输出4行

4、为高电平，然后输出4列为低电平， 在读入输出的4行的值，通常高电平会被低电平拉低，如果读入的 4行均为高电平，那么肯定没有按键按下，否则，如果读入的 4行有一位为低电平， 那么对应的该行肯定有一个按键按下，这样便可以获取到按键的行值。同 理，获取列值也是如此，先输出4列为高电平，然后在输出4行为低电平， 再读入列值，如果其中有哪一位为低电平，那么肯定对应的那一列有按键 按下。获取到行值和列值以后，组合成一个8位的数据，根据实现不同的编码在 对每个按键进行匹配，找到键值后在7段码管显示。三、实验内容本实验要求完成的任务是通过编程实现对 4X4矩阵键盘按下键的键值的 读 取，并在数码管上完成一定功

5、能（如移动等）的显示。按键盘的定义，按 下“* ”键则在数码管是显示“ E”键值。按下“ #”键在数码管上显示“ F” 键值。其它的键则按键盘上的标识进行显示。在此实验中数码管与 FPGA的连接电路和管脚连接在以前的实验中都 做了详细说明，这里不在赘述。本实验箱上的 4X4矩阵键盘的电路原理如表10-1 4X4矩阵键与F PGA的管脚连接表信号名称对应FPGA管脚名说明KEY-COB8矩阵键盘的第 1列选择KEY-C1A9矩阵键盘的第 2列选择KEY-C2B9矩阵键盘的第 3列选择KEY-C3E5矩阵键盘的第 4列选择KEY-R0B6矩阵键盘的第1行选择KEY-R1A7矩阵键盘的第 2行选择K

6、EY-R2B7矩阵键盘的第 3行选择KEY-R3A8矩阵键盘的第 4行选择四、实验步骤1、 打开QUARTUSII软件，新建一个工程。2、 建完工程之后，再新建一个VHDL File，打开VHDL编辑器对话框。3、 按照实验原理和自己的想法，在 VHDL编辑窗口编写VHDL程序, 用户可参照光盘中提供的示例程序。4、 编写完VHDL程序后，保存起来。方法同实验一o5、 对自己编写的VHDL程序进行编译并仿真，对程序的错误进行修改。6编译仿真无误后，依照4X4矩阵键、数码管与FPGA的管脚连接表 （表或参照附录）进行管脚分配。表10-2是示例程序的管脚分配表。分配完 成后，再进行全编译一次，以使

7、管脚分配生效。表10-2 端口管脚分端口名使用模块信号对应FPGA管脚说明CLK数字信号源C13时钟为 1KHZKR04*4矩阵键盘 R0B6矩阵键盘行信号KR14*4矩阵键盘 R1A7KR24*4矩阵键盘 R2B7KR34*4矩阵键盘 R3A8KC04*4矩阵键盘 C0B8矩阵键盘列信号KC14*4矩阵键盘 C1A9配表KC24*4矩阵键盘C2B9矩阵键盘列信号KC34*4矩阵键盘C3E5A数码管模块 A段F13键值显示B数码管模块 B段F14C数码管模块C段F15D数码管模块 D段E15E数码管模块 E段F16F数码管模块 F段F17G数码管模块G段E18SA数码管模块 SEL0G18SB

8、数码管模块 SEL1G17SC数码管模块 SEL2G167、用下载电缆通过JTAG 口将对应的sof文件加载到FPGA中。观察实验 结果是否与自己的编程思想一致五、实验结果与现象以设计的参考示例为例，当设计文件加载到目标器件后，将数字信号 源模块 的时钟选择为1KHz ,按动“模式”按键使单8字数码管显示“0”（参 考实验四），按下矩阵键盘的某一个键，则在数码管上显示对应的这个键标 识的键值，当再按下第二个键的时候前一个键的键值在数码管上左移一位。 按下“*”键则在数码管是显示“E”键值。按下“#”键在数码管上显示“F” 键 值。/*工 程： 4x4 矩阵键盘日 期： 2011-08-3最后修

9、改：功 能：键盘说 明：ROW【3:0】设为输入，COL【3:0】设为输出。 如果没有按键按下，则 ROW【 3:0】一直被上 拉为高电平，且 COL 【3:0】有低电平输出， ROW【 3:0】中才有可能低电平输入。*/module keys(clk_50M,rst_n,row,col,dataout,smg_wei);reg 7:0dataout;reg 3:0col;reg 3:0key_board_val;*/*/分频部分开始/*/always (posedge clk_50M or negedge rst_n) if(!rst_n)cnt=0;elsecnt=cnt+1b1;wire

10、 key_clk=cnt19;/2A20/50M=21ms/*状态机部分 独热码编码*/*/reg 5:0current_state,next_state; / 现态和次态/*/复位/*/always (posedge key_clk or negedge rst_n) if(!rst_n)current_state=NO_KEY_PRESSED;elsecurrent_state=next_state;*/always * /(current_state) / 根据条件转移状态case (current_state)NO_KEY_PRESSED: / 没有键按下 if(row!=4hf) n

11、ext_state=SCAN_COL0;elsenext_state=NO_KEY_PRESSED;SCAN_COL0: / 扫描第 0 列 if(row!=4hf) next_state=KEY_PRESSED;elsenext_state=SCAN_COL1;SCAN_COL1: /扫描第 1 列if(row!=4hf) next_state=KEY_PRESSED;elsenext_state=SCAN_COL2;SCAN_COL2: /扫描第 2 列if(row!=4hf) next_state=KEY_PRESSED;elsenext_state=SCAN_COL3;SCAN_COL

12、3: /扫描第 3 列if(row!=4hf) next_state=KEY_PRESSED;elsenext_state=NO_KEY_PRESSED;KEY_PRESSED: /有按键按下if(row!=4hf) next_state=KEY_PRESSED;elsenext_state=NO_KEY_PRESSED;endcasereg key_pressed_flag; / 按键按下标志reg 3:0col_val; reg 3:0row_val;/列值/行值*/根据次态，给相应的寄存器赋值always (posedge key_clk or negedge rst_n)if(!rst

13、_n) / 复位begincol=4h0;key_pressed_flag=0;endelsecase (next_state)NO_KEY_PRESSED:begincol=4h0;endSCAN_COL0: col=4b1110;SCAN_COL1: col=4b1101;SCAN_COL2: col=4b1011;SCAN_COL3: col=4b0111;KEY_PRESSED: begin col_val=col; / 扫描第 0 列/ 扫描第 1 列/ 扫描第 2 列/扫描第 3 列/有按键按下锁存列值key_pressed_flag=0;row_val=row; / 锁存行值ke

14、y_pressed_flag=1;/ 置键盘按下标endendcase*/*/*always (posedge key_clk or negedge rst_n)if(!rst_n)key_board_val=4h0;elseif(key_pressed_flag)case(col_val,row_val)8b11101110 : key_board_val = 4h0;8b11101101 : key_board_val = 4h4;8b11101011 : key_board_val = 4h8;8b11100111 : key_board_val = 4hC;8b11011110 : k

15、ey_board_val = 4h1;8b11011101 : key_board_val = 4h5;8b11011011 : key_board_val = 4h9;8b11010111 : key_board_val = 4hD;8b10111110 : key_board_val = 4h2;8b10111101 : key_board_val = 4h6;8b10111011 : key_board_val = 4hA;8b10110111 : key_board_val = 4hE;8b01111110 : key_board_val = 4h3;8b01111101 : key_

16、board_val = 4h7;8b01111011 : key_board_val = 4hB;8b01110111 : key_board_val = 4hF;endcase*/*/always * /(key_board_val) begin case(key_board_val)4h0:dataout=8b11000000;/04h1:dataout=8b11111001;/14h2:dataout=8b10100100;/24h3:dataout=8b10110000;/34h4:dataout=8b10011001;/44h5:dataout=8b10010010;/54h6:dataout=8b10000010;/64h7:dataout=8b11111000;/74h8:dataout=8b10000000;/84h9:dataout=8b10010000;/94hAdataout=8b10001000;/a4hBdataout=8b10000011;/b4hCdataout=8b11000110;/c4hDdataout=8b10100001;/d4hEdataout=8b10000110;/e4hF:dataout=8b10001110;/fendcaseend*/ 键盘值转换为数码管显示结束*/endmodule