4*4矩陣鍵盤設(shè)計(jì)及源代碼

4*4矩陣鍵盤設(shè)計(jì)及源代碼

一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br /> 1 學(xué)習(xí)使用4X4 掃描鍵盤的設(shè)計(jì)方法；
2 實(shí)踐對(duì)比按鍵抖動(dòng)對(duì)掃描鍵盤輸出的影響
二 實(shí)驗(yàn)原理及說(shuō)明
1、實(shí)驗(yàn)原理

行信號(hào)（KEY）接到高電平，當(dāng)沒(méi)有鍵按時(shí)，行線與列線（KEYSCAN）是斷開的，且行線都是高電平（1111），行信號(hào)作為FPGA的輸入端、列信號(hào)作為FPGA的輸出端。可以設(shè)置列線初始狀態(tài)為低電平（0000）。信號(hào)為從上到下的順序
當(dāng)有鍵按下時(shí)，假如是K1按下，行信號(hào)與列信號(hào)接通，這時(shí)相應(yīng)的行線（KEY0）變?yōu)榈碗娖剑?1111），可以肯定第一行（K1，5，9，13）有鍵按下。
下面就要運(yùn)用掃描的原理了：
1、因?yàn)橹恢赖谝恍杏墟I按下，不知道是那個(gè)，可以設(shè)置列信號(hào)為0111，這時(shí)行信號(hào)變?yōu)椋?111）（注：假設(shè)時(shí)鐘周期很短，手還沒(méi)松開，即鍵還在按下的狀態(tài)）
2、設(shè)置列信號(hào)為1011，行信號(hào)也變成（1111）
3、設(shè)置列信號(hào)為1101，行信號(hào)也變成（1111）
4、設(shè)置列信號(hào)為1110，行信號(hào)也變成（0111），這時(shí)就可以肯定是第一個(gè)鍵按下。
關(guān)鍵的工作只要調(diào)整好時(shí)鐘的頻率就可以了。
2、實(shí)驗(yàn)說(shuō)明
4X4掃描鍵盤只用8位數(shù)據(jù)線，可以提供16個(gè)不同的按鍵信號(hào)。這樣做的好處是：1節(jié)省FPGA管腳資源；2 系統(tǒng)簡(jiǎn)單化減小電路規(guī)模；特別是在資源比較緊張，對(duì)成本要求嚴(yán)格的系統(tǒng)中這是一種非常流行的設(shè)計(jì)方法。在上面的實(shí)驗(yàn)中同學(xué)們已經(jīng)見(jiàn)到了掃描數(shù)碼顯示器的實(shí)用性，4X4掃描鍵盤是輸入設(shè)備，控制器來(lái)要稍微復(fù)雜一些。掌握這種程序設(shè)計(jì)方法在以后的學(xué)習(xí)工作中還是很有用武之地的。
因?yàn)橐话愕拈_關(guān)在大約20ms內(nèi)信號(hào)不穩(wěn)定，存在所謂的“開關(guān)抖動(dòng)”，會(huì)產(chǎn)生多個(gè)脈沖影響電路正常工作。所以含開關(guān)輸入的設(shè)計(jì)需要做防抖動(dòng)處理，在本實(shí)驗(yàn)可以用20Hz的時(shí)鐘采樣實(shí)現(xiàn)防抖。
在設(shè)計(jì)程序時(shí)要注意時(shí)鐘的的分配；要考慮一般用手把鍵按下的時(shí)間長(zhǎng)度等問(wèn)題。如果不去抖動(dòng)可以把時(shí)鐘加快，使按下鍵的時(shí)間內(nèi)完成掃描處理。實(shí)際中操作與理論分析是有差別的，本實(shí)驗(yàn)的目的是要下載成功而不僅是仿真通過(guò)。
三 實(shí)驗(yàn)步驟
1、準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)前查閱本實(shí)驗(yàn)相關(guān)的信息
2、構(gòu)思程序設(shè)計(jì)方法
3、編寫veilog代碼同時(shí)做程序注釋
4、編譯仿真程序，與預(yù)想結(jié)果進(jìn)行比較，修改程序
5、下載到實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，觀察結(jié)果
四 實(shí)驗(yàn)要求
1 輸入verilog設(shè)計(jì)文件，編譯調(diào)試通過(guò)
2 利用仿真手段進(jìn)行測(cè)試
3 下載程序到實(shí)驗(yàn)板，由掃描數(shù)碼管或led輸出按下的鍵盤碼
4 對(duì)比抖動(dòng)的效果
五 擴(kuò)展性學(xué)習(xí)
上文已說(shuō)明開關(guān)防抖的必要性，在這種簡(jiǎn)單的實(shí)際應(yīng)用中做不做防抖處理沒(méi)有什么區(qū)別，但是用按鍵開關(guān)作發(fā)送串行數(shù)據(jù)的開關(guān)時(shí)就有可能出現(xiàn)問(wèn)題。所以下文將介紹一種較實(shí)用的開關(guān)去抖方案，請(qǐng)同學(xué)們參考
鍵一旦被按下，deDitherCounter計(jì)數(shù)開始。計(jì)數(shù)5ms（將主時(shí)鐘分頻為小于1ms的時(shí)鐘）時(shí)將鍵盤編碼值（處理前）賦給code，計(jì)數(shù)到15ms時(shí)比較當(dāng)前的鍵盤碼與10ms前的碼是否相同：如果相同，輸出keyPressed信號(hào)，如果不同不做任何處理，keyPressed信號(hào)在1ms后（計(jì)數(shù)到15）重新拉低。而輸出的鍵盤碼code在第5毫秒時(shí)就變?yōu)橛行е?，直到下一次按鍵后的5ms才會(huì)重新變?yōu)樾碌闹?，從而保證在keyPressed信號(hào)輸出有效時(shí)code信號(hào)是有效的。
六 管腳映射
原理圖見(jiàn)實(shí)驗(yàn)原理
管腳映射
擴(kuò)展信號(hào)名稱 PIN
Key0 Pin_44
Key1 Pin_43
Key2 Pin_45
Key3 Pin_48
Keyscan0 Pin_47
Keyscan1 Pin_64
Keyscan2 Pin_65

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Keyscan3 Pin_50