基于基于VHDL 的矩阵键盘及显示电路设计的矩阵键盘及显示电路设计
摘要:为了有效防止机械式键盘按键抖动带来的数据错误,这里在QuartusⅡ开发环境下,采用VHDL语言设计...
摘 要:为了有效防止机械式键盘按键抖动带来的数据错误,这里在
FPGA/ CPLD 在数字系统设计中的广泛应用,影响到了生产生活的各个方面。在FPGA/ CPLD 的设计开发中,V HDL 语言
作为一种主流的硬件描述语言,具有设计效率高, 可靠性好, 易读易懂等诸多优点 。作为一种功能强大的FPGA/ CPLD 数字系统
开发环境,Altera 公司推出的Quart us Ⅱ,为设计者提供了一种与结构无关的设计环境,使设计者能方便地进行设计输入、快速处
理和器件编程,为使用V HDL 语言进行FPGA/ CPLD 设计提供了极大的便利 。矩阵键盘作为一种常用的数据输入设备,在各种
电子设备上有着广泛的应用,通过7 段数码管将按键数值进行显示也是一种常用的数据显示方式。在设计机械式矩阵键盘控制
电路时,按键防抖和按键数据的译码显示是两个重要方面。本文在Quart us Ⅱ开发环境下,采用V HDL语言设计了一种按键防抖并
能连续记录并显示8 次按键数值的矩阵键盘及显示电路。
1 矩阵键盘及显示电路设计思路 矩阵键盘及显示电路设计思路
矩阵键盘及显示电路能够将机械式4 ×4矩阵键盘的按键值依次显示到8 个7段数码管上,每次新的按键值显示在最右端的第
0 号数码管上,原有第0～6号数码管显示的数值整体左移到第1～7号数码管上显示,见图1 。总体而言,矩阵键盘及显示电路的设
计可分为4 个部分:
(1) 矩阵键盘的行及列的扫描控制和译码。该设计所使用的键盘是通过将列扫描信号作为输入信号,控制行扫描信号输出,然
后根据行及列的扫描结果进行译码。
(2) 机械式按键的防抖设计。由于机械式按键在按下和弹起的过程中均有5～10 ms 的信号抖动时间,在信号抖动时间内无
法有效判断按键值,因此按键的防抖设计是非常关键的,也是该设计的一个重点。
(3) 按键数值的移位寄存。由于该设计需要在8 个数码管上依次显示前后共8 次按键的数值,因此对已有数据的存储和调用
也是该设计的重点所在。
(4) 数码管的扫描和译码显示。由于该设计使用了8 个数码管,因此需要对每个数码管进行扫描控制,并根据按键值对每个数
码管进行7 段数码管的译码显示。
2 矩阵键盘及显示电路的实现 矩阵键盘及显示电路的实现
本文所设计的矩阵键盘及显示电图2 所示。其中, clk 为时钟信号输入端(频率可为1 024～32 768 Hz) ; start 为清零控制
端;kbrow 为列扫描信号输入端; kbcol 为行扫描信号输出端; scan 为数码管地址扫描信号输出端; seg7 为数码管显示信号输出
端。
图1 矩阵键盘及显示电路原理图
图2 矩阵键盘及显示电路的电路符号
限于篇幅,在此不详述所设计矩阵键盘及显示电路的全部V HDL 代码,只对部分重要代码段落进行详细说明。
如图1 所示,全部代码由7 个进程(process) 组成。其中,进程P1 和P2 用于对列扫描输入信号kbrow 进行读取,并通过或非运
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