VHDL矩阵键盘扫描实验：去抖与显示控制

矩阵扫描实验是深圳大学医学院生物医学工程专业的一门EDA技术课程中的实践活动，由学生赵冠宇于2011年11月15日完成。实验的目标是设计一个VHDL程序，用于对FPGA扩展板上的4x4矩阵键盘进行扫描，并在7段数码显示管上显示按下的键值。实验中特别强调了处理按键抖动的问题，确保按下的键能够准确识别。 设计的关键部分包括： 1. **系统时钟和控制信号**：利用系统内部的66.67MHz时钟（clk_66p6667MHz），通过计数器实现100Hz的分频，以便于进行键盘扫描操作。同时，rst信号用于复位数码管至初始状态0。 2. **键盘扫描逻辑**：通过Col（列信号）与Row（行信号）的组合，逐行逐列地检测键盘输入。计数器（cnt）和中间变量如button_out、d1-digital_temp等在这一过程中扮演重要角色，它们协同工作以确定哪个键被按下。 3. **防抖动处理**：实验设计中考虑到了按键抖动问题，通过计数器的控制，只有在特定的计数值下才认为按键被按下，这样可以减少因手指轻触导致的多次触发。防抖动原理图展示了如何在VHDL设计中实现这一关键特性。 4. **输出接口**：实验箱中的管脚配置详细列出，将数码管的各个段驱动信号（Digital<0>-Digital<7>）连接到相应的键盘矩阵列和行，以实现键值的正确显示。 5. **过程描述**：VHDL设计中的process部分详细描述了时钟分频和计数逻辑，以及根据cnt值更新键值输出的流程。在上升沿检测到特定计数值时，不仅翻转clk_100Hz信号，还会重置计数器并准备进入下一次扫描。 通过这个矩阵扫描实验，学生不仅锻炼了VHDL编程技能，还加深了对硬件设计、数字逻辑和同步/异步电路的理解，尤其是在处理实际应用中的抖动问题时。这对于初学者来说，是一次宝贵的实践学习机会，有助于他们在实际工作中解决类似问题。