1、汕頭大學(xué)實驗報告實驗三4X4鍵盤掃描時序邏輯電路的VHDL模型實驗一、實驗?zāi)康?、了解普通4X4鍵盤掃描的原理。掌握組合邏輯電路和時序邏輯電路的混和設(shè)計。進一步加深七段碼管顯示過程的理解。二、硬件要求1、4X4鍵盤陣列。2、FPGA主芯片。3、可變時鐘源。4、七段碼顯示區(qū)。5、LED顯示模塊。三、實驗原理本實驗主要完成的實驗是完成4X4鍵盤掃描的，然后獲取其鍵值，并對其進行編碼，從而進行按鍵的識別，并將相應(yīng)的按鍵值進行顯示。鍵盤掃描的實現(xiàn)過程如下：對于4X4鍵盤，通常連接為4行、4歹U，因此要識別按鍵，只需要知道是哪一行和哪一列即可，為了完成這一識別過程，我們的思想是，首先固定輸出4行為高電平

2、，然后輸出4列為低電平，在讀入輸出的4行的值，通常高電平會被低電平拉低，如果讀入的4行均為高電平，那么肯定沒有按鍵按下，否則，如果讀入的4行有一位為低電平，那么對應(yīng)的該行肯定有一個按鍵按下，這樣便可以獲取到按鍵的行值。同理，獲取列值也是如此，先輸出4列為高電平，然后在輸出4行為低電平，再讀入列值，如果其中有哪一位為低電平，那么肯定對應(yīng)的那一列有按鍵按下。獲取到行值和列值以后，組合成一個8位的數(shù)據(jù)，根據(jù)實現(xiàn)不同的編碼在對每個按鍵進行匹配，找到鍵值后在7段碼管和LED顯示。四、實驗內(nèi)容及步驟本實驗內(nèi)容是完成4X4鍵盤的掃描，然后將正確的鍵值進行顯示，實驗步驟如下：1、編寫鍵盤掃描和顯示的VHDL代

3、碼。2、用MaxPlusII對其進行編譯仿真。3、在仿真確定無誤后，選擇芯片ACEX1KEP1K30QC208。4、給芯片進行管腳綁定，在此進行編譯。5、根據(jù)自己綁定的管腳，在實驗箱上對鍵盤接口、顯示接口和FPGA之間進行正確連線。6、給目標(biāo)板下載代碼，在4X4鍵盤輸入鍵值，觀看實驗結(jié)果。五、VHDL程序設(shè)計代碼及結(jié)果1、4X4鍵盤掃描源程序LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;WHENWHEN0=ENTITYVhdl1ISPORT(CL

4、K_1K:INSTD_LOGIC;時鐘輸入1KHZCLK_40K:INSTD_LOGIC;-40KTimeClkKEY_LIE:INSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);-列輸入START:OUTSTD_LOGIC;-二-十進制數(shù)據(jù)輸出標(biāo)志KEY_HANG:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);-行輸出DATA_P:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);-二-十進制數(shù)輸出DISP_DATA:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(6DOWNTO0);-數(shù)碼管顯示譯碼輸出DISP_SEL:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(1dow

5、nto0);-數(shù)碼管顯示掃描輸出END;ARCHITECTURERTLOFVhdl1ISSIGNALINT:STD_LOGIC;-列與非信號SIGNALCLK_SEL:STD_LOGIC;-鍵值控制1khz的時鐘信號SIGNALSTART_REG:STD_LOGIC;-數(shù)據(jù)輸出標(biāo)志信號SIGNALDISP_SEL_REG:STD_LOGIC_VECTOR(1DOWNTO0);-數(shù)碼管顯示掃描信號SIGNALDATA_L,DATA_H:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);-二-十進制低位、高位信號SIGNALDATA_TMP:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0)

6、;-二-十進制低位高位暫存信號SIGNALKEY_HANG_TMP:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);-行輸出信號SIGNALDISP_DATA_REG:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);-二-十進制低位、高位暫存信號(數(shù)碼管用)SIGNALKEY_CODE:STD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);-行列相并信號SIGNALDATA_P_REG:STD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);-二-十進制數(shù)信號BEGINKEY_CODE=KEY_HANG_TMP&KEY_LIE;-行、列相并DATA_P=DATA_P_REG;STAR

7、T=START_REG;KEY_HANG=KEY_HANG_TMP;DISP_SEL=DISP_SEL_REG;CLK_SEL=CLK_1KAND(NOTINT);-無鍵按下時有CLK-SEL時鐘信號輸出PROCESS(CLK_SEL,CLK_40K,INT)VARIABLESTATE:INTEGERRANGE0TO3;BEGINIFRISING_EDGE(CLK_40K)THEN-一個40K的脈沖上升沿到來輸入一次列狀態(tài)以判斷是否有按鍵按下INT=NOT(KEY_LIE(3)ANDKEY_LIE(2)ANDKEY_LIE(1)ANDKEY_LIE(0);ENDIF;IFRISING_EDGE

8、(CLK_SEL)THEN-一個1K的脈沖的上升沿到來輸出一個帶表行的狀態(tài)CASESTATEIS-變量表示狀態(tài)機，4循環(huán)KEY_HANG_TMPKEY_HANG_TMPKEY_HANG_TMPKEY_HANG_TMPDATA_TMP再嵌套一個CASE語句CASEKEY_CODEIS-實現(xiàn)把像并數(shù)據(jù)譯碼十六進制的1到FWHEN01110111=DATA_L=0001;-把1放入低四位DATA_HDATA_L=0010;DATA_HDATA_L=0011;DATA_HDATA_L=0100;DATA_HDATA_L=0101;DATA_HDATA_L=0110;DATA_HDATA_L=0111;

9、DATA_HDATA_L=1000;DATA_H-9鍵DATA_L=1001;DATA_H-0鍵DATA_L=0000;DATA_H-A鍵，實現(xiàn)步進加一功能IFDATA_H=1001THENIFDATA_L=1001THENDATA_H=1001;DATA_L=1001;ELSEDATA_L=DATA_L+1;ENDIF;ELSIFDATA_L=1001THENDATA_L=0000;DATA_H=DATA_H+1;ELSEDATA_L=DATA_L+1;DATA_H-B鍵，實現(xiàn)步鍵加十IFDATA_H=1001THENDATA_H=1001;ELSEDATA_L=DATA_L;DATA_H-

10、C鍵，實現(xiàn)步進減一IFDATA_L=0000ANDDATA_H=0000THENDATA_L=0000;DATA_H=0000;ELSIFDATA_L=0000THENDATA_L=1001;DATA_H=DATA_H-1;ELSEDATA_L=DATA_L-1;DATA_H-D鍵，實現(xiàn)步進減十IFDATA_H=0000THENDATA_H=0000;ELSEDATA_L=DATA_L;DATA_H-E鍵，實現(xiàn)送數(shù)功能DATA_L=DATA_L;DATA_H=DATA_H;DATA_P_REG=DATA_H&DATA_L;START_REG-F鍵，實現(xiàn)清零功能DATA_L=0000;DATA_

11、H-不可缺少STATE:=2;ENDCASE;WHEN2=-狀態(tài)2實現(xiàn)去抖動功能IFCOUNTER=31THEN-計數(shù)延時去抖COUNTER:=0;STATE:=3;ELSECOUNTER:=COUNTER+1;STATE:=2;ENDIF;WHEN3=-清除數(shù)據(jù)輸出標(biāo)志START_REGDISP_SEL_REG=10;-輸入10到數(shù)碼管顯示掃描信號DISP_DATA_REGDISP_SEL_REG=01;DISP_DATA_REGDISP_DATADISP_DATADISP_DATADISP_DATADISP_DATADISP_DATADISP_DATADISP_DATADISP_DATAD

12、ISP_DATADISP_DATA=0000000;ENDCASE;ENDIF;ENDPROCESS;END;2、實驗現(xiàn)象(1)38譯碼器0*idAr|IZifSe、飛匕3E電由LU六、思考題1、總結(jié)FPGA是如何識別按鍵的？與單片機讀取鍵值有何不同？答：FPGA的所有I/O控制塊允許每個I/O引腳單獨配置為輸入口，不過這種配置是系統(tǒng)自動完成的。當(dāng)該I/O口被設(shè)置為輸入口使用時，該I/O控制模塊將直接是三態(tài)緩沖區(qū)的控制端接地，是得該I/O對外呈高阻狀態(tài)，這樣該I/O引腳即可用作輸入引腳使用。正確配置并鎖定引腳后，一旦KEY1KEY8中有鍵輸入，即可在檢測到按鍵輸入的情況下，繼續(xù)判斷其鍵值并作出相應(yīng)的處理。FPGA管腳多，不用動態(tài)掃描。但單片機需要給一個掃描2、比較4X4鍵盤與PS/2鍵盤接口用FPGA實現(xiàn)方法的異同點。答：4X4鍵盤僅僅是按行、列排列起來的矩陣開關(guān)，往往需要單獨設(shè)計并制作，通用性不強。當(dāng)需要較多的按鍵時，則會占用較多的I/O端口，在軟件上則要進行上電復(fù)位按鍵掃描及通信處理，而且還要加上按鍵