VHDL实现简易计算器：键盘扫描与数码管显示

"键盘扫描与计算器VHDL仿真设计.pdf" 这篇文档主要介绍了一个基于VHDL的简易计算器设计，这是EDA实验的一部分。实验的目标是构建一个能进行个位数加减乘运算的计算器，使用矩阵键盘输入数据，通过数码管显示结果。设计包括16个按键，其中10个用于数字输入，3个分别对应加、减、乘操作，还有一个等于键。运算结果限制在两位以内。 设计中涉及的主要模块包括： 1. **分频模块**：由于FPGA实验板上的时钟频率较高（33.8688MHz），因此需要分频器将其降低到4KHz和10Hz。4KHz用于键盘扫描的行驱动时钟，10Hz用于防抖模块。分频模块采用可配置的分频元件，例如`fredivn`，它根据输入时钟`clkin`生成输出时钟`clkout_kb`。 2. **键盘扫描驱动模块**：这个模块负责依次对键盘的行信号置零，以便检测哪个键被按下。当行信号置零时，如果某列的信号变为零，就能识别出按下的是哪个键。例如，当行信号为1110，若按下0键，列信号会变为1110，从而解码出按键值。 3. **键盘按键值编码模块**：此模块接收来自键盘扫描的列信号，解码出对应的按键值。 4. **键盘编码值防抖模块**：为避免按键抖动造成误读，设置防抖机制，确保稳定可靠的按键识别。 5. **运算模块**：执行加、减、乘运算，处理输入的数据并计算结果。 6. **数码管显示驱动模块**：将运算结果转化为适合数码管显示的格式。 7. **动态扫描驱动模块**：为了节省硬件资源，数码管通常采用动态扫描方式显示，即快速切换显示不同位，给人眼造成同时显示的错觉。 在代码实现过程中，使用了VHDL语言进行描述，包括对分频器和行驱动模块的逻辑控制。VHDL代码片段展示了如何在特定时序下置零行信号以及如何根据行和列信号解码按键。 通过VHDL的仿真，可以验证各个模块的功能是否符合预期。实验结果表明，设计能够正确地进行键盘扫描，识别按键输入，并完成基本的算术运算，最后在数码管上显示结果。 这个实验项目对于学习FPGA设计和VHDL编程具有很好的实践价值，因为它涵盖了数字电路设计中的基础概念，如分频、扫描检测、状态机设计以及数字逻辑运算的硬件实现。同时，它也展示了VHDL在描述数字系统行为和结构方面的灵活性和实用性。