基于FPGA的键盘扫描电路 EDA课程设计
信息科学与技术学院 EDA 课程设计报告
题目名称：基于FPGA 的键盘扫描电路 学生姓名：王彪 学 号：2010508115 专业年级：电信10级（2）班 指导教师：钟福如老师 时 间：
2010.1.13
目录
1 课程设计综述——————————————————————
2 1.1 课程设计的题目———————————————————— 2
1.2 题目要求——————————————————————— 2
2 方案选择———————————————————————— 2
3 整体电路的设计及分析——--——————————————— 3 3.1 顶层电路图—————————————————————— 3
3.2 各模块功能原理分析—————————————————— 4
4 心得体会——————————————————————— 12
1.课程设计综述
1.1 课程设计的题目
基于FPGA的键盘扫描电路。
1.3 题目要求
（1）、键盘按钮数为4，系统时钟10MHz。
（2）、能识别出所按按钮。
（3）、按钮被按下后，视为此按钮输入一次，若按钮长时间不松，（时限1S）后每隔0.5S 视为再次输入，直至按钮松开。
（4）、要求能对按钮按下时指令的抖动能正确处理。对持续时间小于50ms的输入不作响应。
（5）、各键设置不同优先级，多键同时按下时，视为优先级较高的按键被按下。2.方案选择
根据题目要求，需要4个按钮的键盘，通过查阅资料我选择通用的2*2行列式键盘，判断键盘中有无按键按下是通过行线送入扫描信号，然后从列线读取状态得到的。其方法是依次给行线送低电平，检查列线的输入。如果列线信号全为高电平，则代表低电平信号所在的行中无按键按下；如果列线有输入为低电平，则低电平信号所在的行和出现低电平的列的交点处有按键按下。原理框图如下所示：
由题知输入的是10MHz的系统时钟，我们需要通过一个分频器来输出一个1KHz的计数频率来扫描键盘以及一个40Hz（即25ms）的消除抖动的频率来计算是否属于抖动按键，计数值用来计算当前键盘扫描值，4按钮的话计数值则是00、01、10和11 ，若有按键信号发生则送计数值到按键检测电路和按键编码电路供确定按键位置用。键盘扫描电路提取列按键并和计数值进行比较得到哪一行被按下，并可通过对计数值的分解得打哪一列有按键，提取该值供计数器电路和消抖电路使用。
我们用一个状态机来实现消抖电路，按键抖动为50ms，我们通过对按键进行两次采样判断是否属于抖动，则输入时钟用40Hz（25ms），通过两次采样得到50ms的判断值，若按键信号一直有效则属于有效按键。键盘编码电路实现了计数值到对应编码的转换。
3.整体电路的设计及分析
3.1 顶层电路图
3.2 各模块功能原理分析
3.2.1 分频模块（SCAN_GEN）
该模块的模型如左所示，输入信号为系统时钟信号
10MHz，输出为两个分频后的信号。
具体代码如下所示：
对键盘扫描的分频我们定义的计数器为13位（8192大于5000）才能实现一万分频得到1KHz的信号，对于消抖电路的计数器则设为17位（131072＞125000）才能实现二万五千分频得到40Hz的信号，由于该模块要求的分频数太高，软件仿真不出，所以实际仿真的时候我们改成了100个时钟信号分频为10个和25个时钟信号的模拟。
该电路仿真图如下所示：
我们把CLK设置为100个时钟，由图可知，当CLK发生5个上升沿变化时，scan_f 发生一次翻转，实现了10分频，当CLK发生10个上升沿变化时，scan_dd发生一次翻转，实现了20分频。从而实现了该电路的基本功能。
3.2.2 计数电路（SCAN_COUNT）
该模块的模型如左所示，输入信号为分频电
路产生的键盘扫描频率以及键盘扫描电路产生
的按键信号，输出的是供键盘扫描电路和编码电
路使用的计数值。
具体代码如下所示：
由于是2*2的键盘，我们只需要定义计数值为2位（00、01、10、11）即可表示所有的键位，当按键信号是高电平即无按键输入时，计数值一直在00、01、10和11中循环，当有按键输入时，把此时的计数值输出供键盘扫描电路和按键编码电路使用。
3.2.3 键盘扫描模块（KEY_SCAN）
该模块的模型如左所示，输入信号为按
键产生的列信号，并和另一个从计数模块
输入的计数信号进行比较得到该按键在哪
一行，并产生按键信号和优先列信号。
具体代码如下所示：
该电路的主要思路在于计数值、列信号和行信号的对应关系，如下表所示：
第二列第一列
计数值
A B
第一行10 1 0 0 0 0 1 0 1
第二行01 1 0 1 0 0 1 1 1
表中A判断在第几行，0表示在第一行，1表示在第二行，B判断哪一列有按键供按键信号的赋值，0表示第一列，1表示第二列。
仿真图如下所示：
第一个100ns内，计数值为00，输入为00，即两列都有按键输入，则是第一行的两个键都被按下，第一行为低电平且按键信号变为低电平，我们设置的是第一列优先，所以输出的第一列是低电平，第二列是高电平。第二个100ns内，计数值为01，输入为01，则是第一行的第二列被按下且按键信号为低电平。第4个100ns到第6个100ns内，输入的列信号是11，则无按键输入，按键信号为高电平。
3.2.4 消抖模块（DEBOUNCE）
该模块的模型如左所示，从分频电路得到消
抖需要的40HZ（25ms）的时钟信号，并从键盘扫
描电路得到按键信号，并判断该按键是否有效。
消抖电路的原理是：对一个按键信号，对它进行取样，如果连续两次取样都为低电平，则认为信号已经处于稳定状态，这时输出一个低电平的按键信号。否则只要有一次取样不为低电平，则认为是抖动，将其丢弃。
为了实现此目的，我们可以设置一个状态机如下所示：
x/y：表示输入和输出。‘/’左侧的为输入信号，‘/’右侧的为输出信号。
当按键按下时，为低电平。按键松开后为高电平。
设定一个状态机，有S0、S1、S2这3个状态，我们进行两次采样，采样间隔为25ms，则总采样时间为50ms，完成了题目要求，S0是初态，按键真值为1，当采样信号的上升沿到来时，我们对按键值进行判断，若为0则表示按下，跳入S1状态，若为1则保持在S0状态，此时输出按键真值为1。若进入S1状态，下一个上升沿到来时继续对按键值进行判断，若为0则表示还是按住的，进入S2状态，若为1则表示已经松开，为抖动按键，再次进入S0状态。S2状态后，此时已经过了两个采样周期（50ms），则说明此按键为有效按键，输出有效按键为0，在S2状态若继续得到按键为0则表示连续输入，则按键一直被按下，直到得到按键为1的信号重新进入S0状态。
可以看到，当两个采样周期内按键信号都有效时，在下一个上升沿到来时按键信号为有效，当只有一个采样周期内有效则按键真值输出的还是无效电平，当一只按键则按键真值一直有效。
3.2.5 键盘编码模块（CODE_TRAN）
该模块的模型如左所示，取的是系统时
钟信号以及供编码用的计数信号，输出的是
编码后的按键对应值。
具体代码如下所示：
计数值和按键编码的关系如下表所示：
计数值编码后的值
00 001
01 010
10 011
11 100
仿真后的波形如下所示：
当输入的计数值为0、1、2、3即00、01、10、11时，输出的是1、2、3、4即001、010、011和100，完成了编码的要求。
3.2.6 顶层模块
模块模型如3.1所示，仿真波形如下所示：
当输入信号是00时，在SCAN_F的上升沿到来时开始电路开始扫描，此时计数值为10，则为第二行，ROW1和ROW0为01 。输入信号经过了两个采样周期，则为有效的按键信号，则按键真值信号在下一个采样信号的上升沿变为有效低电平，00的编码是011，是第二行的第一列，该位的按键编码值为3 。初步完成了整体的要求。
4.心得体会
通过本次课程设计，让我受益颇丰。拿到题目时，我并没有太多的头绪，经过大量相关方面的书籍查阅和对读秀中各种相关方便资料的查阅之后才有了一定的设计思路。
本次实验的模块很多，各个模块的联系和产生的信号以及所用的信号之间的关系有点复杂，在做本次课程设计时需要一个清晰的头脑才能完成。
本次设计中了解到太高频率的分频是难以仿真实现的，只能通过低频率的模拟才能仿真出波形，实验中还遇到了很多常识性的问题，如更改器件中的内容之后需要把该器件生成的原先的文件删除之后再仿真才能得到正确的模型。
课程设计中了解到了很多以前不知道的知识，如状态机的设置，消抖电路的实现等关键电路的设计。
本次实验的成功也使得我对学习EDA的热情高涨，不足和不懂之处还有许多，望老师能够多加指导。
参考文献：
[1] 潘松黄继业?EDA技术实用教程——VHDL版（第四版）?科学出版社，2011
[2] 罗力凡等?基于VHDL的FPGA开发快速入门技巧实例?人民邮电出版社，2009
[3] 杨晓慧杨永健?基于FPGA的EDA/SOPC技术与VHDL?国防工业出版社，2007
基于FPGA的键盘扫描电路 EDA课程设计
信息科学与技术学院 EDA 课程设计报告 题目名称：基于FPGA 的键盘扫描电路 学生姓名：王彪 学 号：2010508115 专业年级：电信10级（2）班 指导教师：钟福如老师 时 间： 2010.1.13
目录 1 课程设计综述—————————————————————— 2 1.1 课程设计的题目———————————————————— 2 1.2 题目要求——————————————————————— 2 2 方案选择———————————————————————— 2 3 整体电路的设计及分析——--——————————————— 3 3.1 顶层电路图—————————————————————— 3 3.2 各模块功能原理分析—————————————————— 4 4 心得体会——————————————————————— 12
1.课程设计综述 1.1 课程设计的题目 基于FPGA的键盘扫描电路。 1.3 题目要求 （1）、键盘按钮数为4，系统时钟10MHz。 （2）、能识别出所按按钮。 （3）、按钮被按下后，视为此按钮输入一次，若按钮长时间不松，（时限1S）后每隔0.5S 视为再次输入，直至按钮松开。 （4）、要求能对按钮按下时指令的抖动能正确处理。对持续时间小于50ms的输入不作响应。 （5）、各键设置不同优先级，多键同时按下时，视为优先级较高的按键被按下。2.方案选择 根据题目要求，需要4个按钮的键盘，通过查阅资料我选择通用的2*2行列式键盘，判断键盘中有无按键按下是通过行线送入扫描信号，然后从列线读取状态得到的。其方法是依次给行线送低电平，检查列线的输入。如果列线信号全为高电平，则代表低电平信号所在的行中无按键按下；如果列线有输入为低电平，则低电平信号所在的行和出现低电平的列的交点处有按键按下。原理框图如下所示：
键盘与LED显示实验
实验三键盘及LED显示实验 一、实验内容 利用8255可编程并行接口控制键盘及显示器，当有按键按下时向单片机发送外部中断请求（INT0，INT1），单片机扫描键盘，并把按键输入的键码一位LED显示器显示出来。 二、实验目的及要求 （一）实验目的 通过该综合性实验，使学生掌握8255扩展键盘和显示器的接口方法及C51语言的编程方法，进一步掌握键盘扫描和LED显示器的工作原理；培养学生一定的动手能力。 （二）实验要求 1．学生在实验课前必须认真预习教科书与指导书中的相关内容，绘制流程图，编写C51语言源程序，为实验做好充分准备。 2．该实验要求学生综合利用前期课程及本门课程中所学的相关知识点，充分发挥自己的个性及创造力，独立操作完成实验内容，并写出实验报告。 三、实验条件及要求 计算机，C51语言编辑、调试仿真软件及实验箱50台套。 四、实验相关知识点 1．C51编程、调试。 2．扩展8255芯片的原理及应用。 3．键盘扫描原理及应用。 4．LED显示器原理及应用。
5．外部中断的应用。 五、实验说明 本实验仪提供了8位8段LED 显示器，学生可选用任一位LED 显示器，只要按地址输出相应的数据，就可以显示所需数码。 显示字形 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A b C d E F 段 码 0xfc 0x60 0xda 0xf2 0x66 0xb6 0xbe 0xe0 0xfe 0xf6 0xee 0x3e 0x9c 0x7a 0x9e 0x8e 六、实验原理图 01e 1d 2dp 3 c 4g 56 b 78 9 a b c g d dp f 10a b f c g d e dp a 11GND3a b f c g d e dp 12 GND4 a b f c g d e dp GND1GND2DS29 LG4041AH 234 567 89A B C D E F e 1d 2dp 3 c 4g 56 b 78 9 a b c g d dp f 10a b f c g d e dp a 11GND3a b f c g d e dp 12 GND4 a b f c g d e dp GND1 GND2DS30 LG4041AH 1 2 3 4 5 6 7 8 JP4112345678 JP4712345678JP42 SEGA SEGB SEGC SEGD SEGE SEGG SEGF SEGH SEGA SEGB SEGC SEGD SEGE SEGG SEGF SEGH A C B 12345678 JP92D 5.1K R162 5.1K R163VCC VCC D034D133D232D331D430D529D628D727PA04PA13PA22PA31PA440PA539PA638PA737PB018PB119PB220PB321PB422PB523PB624PB725PC014PC115PC216PC317PC413PC512PC611PC7 10 RD 5WR 36A09A18RESET 35CS 6 U36 8255 D0D1D2D3D4D5D6D7WR RD RST A0A1PC5PC6PC7 PC2PC3PC4PC0PC1CS 12345678JP56 12345678JP53 12345678 JP52 PA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7PB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7 (8255 PB7)(8255 PB6)(8255 PB5)(8255 PB4)(8255 PB3)(8255 PB2)(8255 PB1)(8255 PB0) (8255 PC7)(8255 PC6)(8255 PC5)(8255 PC4)(8255 PC3)(8255 PC2)(8255 PC1)(8255 PC0) (8255 PA0) (8255 PA1) (8255 PA2) (8255 PA3) (8255 PA4) (8255 PA5) (8255 PA6) (PA7) I N T 0(P 3.2) I N T 0(P 3.3) 七、连线说明
实验报告七-键盘扫描及显示实验
信息工程学院实验报告 课程名称：微机原理与接口技术 实验项目名称：键盘扫描及显示实验 实验时间： 班级： 姓名： 学号： 一、实 验 目 的 1. 掌握 8254 的工作方式及应用编程。 2. 掌握 8254 典型应用电路的接法。 二、实 验 设 备 了解键盘扫描及数码显示的基本原理，熟悉 8255 的编程。 三、实 验 原 理 将 8255 单元与键盘及数码管显示单元连接，编写实验程序，扫描键盘输入，并将扫描结果送数码管显示。键盘采用 4×4 键盘，每个数码管显示值可为 0～F 共 16 个数。实验具体内容如下：将键盘进行编号，记作 0～F ，当按下其中一个按键时，将该按键对应的编号在一个数码管上显示出来，当再按下一个按键时，便将这个按键的编号在下一个数码管上显示出来，数码管上可以显示最近 6 次按下的按键编号。 键盘及数码管显示单元电路图如图 7-1 和 7-2 所示。8255 键盘及显示实验参考接线图如图 7-3 所示。 图 7-1 键盘及数码管显示单元 4×4 键盘矩阵电路图 成 绩： 指导老师(签名)：
图 7-2 键盘及数码管显示单元 6 组数码管电路图 图 7-3 8255 键盘扫描及数码管显示实验线路图 四、实验内容与步骤 1. 实验接线图如图 7-3 所示，按图连接实验线路图。
图 7-4 8255 键盘扫描及数码管显示实验实物连接图 2.运行 Tdpit 集成操作软件，根据实验内容，编写实验程序，编译、链接。 图 7-5 8255 键盘扫描及数码管显示实验程序编辑界面 3. 运行程序，按下按键，观察数码管的显示，验证程序功能。 五、实验结果及分析： 1. 运行程序，按下按键，观察数码管的显示。
CPU控制的键盘扫描实验
CPU键盘扫描实验 电路图如下： 要求按下s1键时，p3口的8位LED正向流水点亮；按下s2键时，p3口的8位LED反向流水点亮；按下s3键时，p3口的8位LED 熄灭；按下s4键时，p3口的8位LED闪烁。 程序代码： #include
} /*软件消抖延时*/ void delay1() { unsigned char i,j; for(i=0;i<100;i++) for(j=0;j<100;j++) ; } /*正转*/ void zheng() { int i; for(i=0;i<8;i++) {P3=tab[i]; delay0();} } /*反转*/ void fan() { int i; for(i=7;i>=0;i--) {P3=tab[i]; delay0();} } /*关闭*/ void close() { P3=0xff; } /*闪烁*/ void shan() { P3=0xff; delay0(); P3=0x00; delay0();
矩阵键盘扫描实验
实验矩阵键盘扫描实验 一、实验要求 利用4X4 16位键盘和一个7段LED构成简单的输入显示系统，实现键盘输入和LED 显示实验。 二、实验目的 1、理解矩阵键盘扫描的原理； 2、掌握矩阵键盘与51单片机接口的编程方法。 三、实验电路及连线 Proteus实验电路
1、主要知识点概述： 本实验阐述了键盘扫描原理，过程如下：首先扫描键盘，判断是否有键按下，再确定是哪一个键，计算键值，输出显示。 2、效果说明： 以数码管显示键盘的作用。点击相应按键显示相应的键值。 五、实验流程图
1、Proteus仿真 a、在Proteus中搭建和认识电路； b、建立实验程序并编译，加载hex文件，仿真； c、如不能正常工作，打开调试窗口进行调试 参考程序： ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0030H MAIN: MOV DPTR,#TABLE ;将表头放入DPTR LCALL KEY ;调用键盘扫描程序 MOVC A,@A+DPTR ;查表后将键值送入ACC MOV P2,A ;将ACC值送入P0口 LJMP MAIN ;返回反复循环显示 KEY: LCALL KS ;调用检测按键子程序 JNZ K1 ;有键按下继续 LCALL DELAY2 ;无键按调用延时去抖 AJMP KEY ;返回继续检测按键 K1: LCALL DELAY2 LCALL DELAY2 ;有键按下延时去抖动 LCALL KS ;再调用检测按键程序 JNZ K2 ;确认有按下进行下一步 AJMP KEY ;无键按下返回继续检测 K2: MOV R2,#0EFH ;将扫描值送入R2暂存MOV R4,#00H ;将第一列值送入R4暂存 K3: MOV P1,R2 ;将R2的值送入P1口 L6: JB P1.0,L1 ;P1.0等于1跳转到L1 MOV A,#00H ;将第一行值送入ACC AJMP LK ;跳转到键值处理程序 L1: JB P1.1,L2 ;P1.1等于1跳转到L2 MOV A,#04H ;将第二行的行值送入ACC AJMP LK ;跳转到键值理程序进行键值处理 L2: JB P1.2,L3 ;P1.2等于1跳转到L3
矩阵键盘设计实验报告
南京林业大学 实验报告 基于AT89C51 单片机4x4矩阵键盘接口电路设计 课程机电一体化设计基础 院系机械电子工程学院 班级 学号 姓名
指导老师杨雨图 2013年9月26日
一、实验目的 1、掌握键盘接口的基本特点，了解独立键盘和矩 阵键盘的应用方法。 2、掌握键盘接口的硬件设计方法，软件程序设计 和贴士排错能力。 3、掌握利用Keil51软件对程序进行编译。 4、用Proteus软件绘制“矩阵键盘扫描”电路，并用测试程序进行仿真。 5、会根据实际功能，正确选择单片机功能接线，编制正确程序。对实验结果 能做出分析和解释，能写出符合规格的实验报告。 二、实验要求 通过实训，学生应达到以下几方面的要求： 素质要求 1.以积极认真的态度对待本次实训，遵章守纪、团结协作。 2.善于发现数字电路中存在的问题、分析问题、解决问题，努力培养独立 工作能力。 能力要求 1.模拟电路的理论知识 2.脉冲与数字电路的理念知识 3.通过模拟、数字电路实验有一定的动手能力 4.能熟练的编写8951单片机汇编程序 5.能够熟练的运用仿真软件进行仿真 三、实验工具 1、软件：Proteus软件、keil51。 2、硬件：PC机，串口线，并口线，单片机开发板 四、实验内容
1、掌握并理解“矩阵键盘扫描”的原理及制作，了解各元器件的参数及格 元器件的作用。 2、用keil51测试软件编写AT89C51单片机汇编程序 3、用Proteus软件绘制“矩阵键盘扫描”电路原理图。 4、运用仿真软件对电路进行仿真。 五．实验基本步骤 1、用Proteus绘制“矩阵键盘扫描”电路原理图。 2、编写程序使数码管显示当前闭合按键的键值。 3、利用Proteus软件的仿真功能对其进行仿真测试，观察数码管的显示状 态和按键开关的对应关系。 4、用keil51软件编写程序，并生成HEX文件。 5、根据绘制“矩阵键盘扫描”电路原理图，搭建相关硬件电路。 6、用通用编程器或ISP下载HEX程序到MCU。 7、检查验证结果。 六、实验具体内容 使用单片机的P1口与矩阵式键盘连接时，可以将P1口低4位的4条端口线定义为行线，P1口高4位的4条端口线定义为列线，形成4*4键盘，可以配置16个按键，将单片机P2口与七段数码管连接，当按下矩阵键盘任意键时，数码管显示该键所在的键号。 1、电路图
矩阵键盘电路设计
课程设计 题目矩阵键盘电路设计教学院计算机学院 专业计算机应用技术班级 姓名 指导教师 2010 年01 月12 日
前言.................................................................... 第一章需求分析......................................................... 功能描述......................................................... 功能分析......................................................... 第二章系统的原理及分析................................................. 用到的知识点的介绍，知识点使用的总体思路 第三章详细设计......................................................... 硬件设计 系统结构图，元器件的选择等 软件设计 所设计的软件关键模块的程序流程 第四章测试............................................................ 运行结果分析等 第五章总结............................................................. 参考文献................................................................ 附录 关键程序代码........................................................
实验三 键盘扫描控制
实验三4*4键盘扫描显示控制 一、实验目的 实现一4×4键盘的接口，并在两个数码管上显示键盘所在的行与列。即将8255单元与键盘及数码管显示单元连接，编写实验程序扫描键盘输入，并将扫描结果送数码显示，键盘采用4×4键盘，每个数码管值可以为0到F，16个数。将键盘进行编号记作0—F当按下其中一个按键时将该按键对应的编号在一个数码管上显示出来，当按下下一个按键时便将这个按键的编号在下一个数码管上显示出来，且数码管上可以显示最近6次按下按键的编号。 二、实验要求 1、接口电路设计：根据所选题目和所用的接口电路芯片设计出完整的接口电路,并进行电路连接和调试。 2、程序设计：要求画出程序框图，设计出全部程序并给出程序设计说明。 三、实验电路
四、实验原理说明 图2 数码管引脚图 图1为AT89C51引脚图，说明如下： VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH 编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址
基于FPGA的键盘扫描程序的设计
摘要 在现代电子工业的控制电路中，键盘扫描和显示电路对系统的调试和设置有着重要的作用。随着EDA技术的发展，基于FPGA的扫描键盘因其结构简单，能有效防止机械键盘按键抖动带来的数据错误等优点在许多电子设备中都得到了广泛的应用。 本文主要是设计一个基于FPGA的键盘扫描程序，该设计在EDA工具Quarutus II9.0上开发完成，以Creat-SOPC2000实验箱上的4*4矩阵键盘为硬件实体，设计键盘扫描程序，将程序划分为时序产生模块、键盘扫描模块、弹跳消除模块、键值译码模块四个模块，时序产生模块为键盘扫描和弹跳消除模块产生时钟信号，键盘扫描模块采用行扫描法对4*4矩阵键盘进行扫描，键值译码模块将所按键值译码为共阳极8位7段数码管的显示码,几个模块组合起来实现键盘扫描的设计要求。最后对程序进行仿真分析和硬件验证。仿真结果表明，该系统具有集成度高、稳定性好、设计灵活和设计效率高等优点。 关键词： FPGA，Quartus II，VHDL，键盘扫描
ABSTRACT In the modern electronics industry controlling-circuit, the keyboard scanning and display circuit plays an important role in debugging and setting the system. With the development of EDA technology, FPGA-based scanning keyboard have been widely used in many electronic devices because of its simple structure, and it also can effectively prevent mechanical keyboard jitter caused by data errors. This article primarily designed an FPGA-based keyboard scan procedures, this design is developed on the EDA tools—— Quarutus II9.0 and designed the keyboard scan program, using the Creat-SOPC2000 experimental box 4 * 4 matrix keyboard as the hardware entity .the program is divided into four modules as the timing generation module, a keyboard scanning module, bounce cancellation module and the decoding module. The timing generation module generates the clock signal for the keyboard scanning and bounce elimination module, the keyboard scanning module using the line scanning method to sweep the 4* 4 matrix keyboard, key decoder module decodes the key value for the common anode eight 7-segment display code. Several modules assembles together to meet the keyboard scanning design requirements. Finally, conducting simulation analysis by the program and verifying the hardware.Simulation results show that the system has many advantages such as high integration, good stability, high efficiency, flexible design and high design efficiency. Keywords: FPGA，Quartus II，VHDL，keyboard scanning
键盘扫描显示实验原理及分析报告
键盘扫描显示实验原理及分析报告 一、实验目的-------------------------------------------------------------1 二、实验要求-------------------------------------------------------------1 三、实验器材-------------------------------------------------------------1 四、实验电路-------------------------------------------------------------2 五、实验说明-------------------------------------------------------------2 六、实验框图-------------------------------------------------------------2 七、实验程序-------------------------------------------------------------3 八、键盘及LED显示电路---------------------------------------------14 九、心得体会------------------------------------------------------------- 15 十、参考文献--------------------------------------------------------------15
扫描式矩阵键盘课程设计
扫描式矩阵键盘课程设 计 Company number【1089WT-1898YT-1W8CB-9UUT-92108】
4X4扫描式矩阵键盘课程设计课程设计名称: 4_4扫描式矩阵键盘设计 姓名： DUKE 班级：电子1008班 学号： 10086 成绩： 日期： 2014年1月6日 摘要 随着21世纪的到来，电子信息行业将是人类社会的高科技行业之一，式设施现代化的基础，也是人类通往科技巅峰的直通路。电子行业的发展从长远来看很重要，但最主要的还是科技问题。 矩阵式键盘提高效率进行按键操作管理有效方法，它可以提高系统准确性，有利于资源的节约，降低对操作者本身素质的要求。是它能准时、实时、高效地显示按键信息，以提高工作效率和资源利用率。 矩阵式键盘乃是当今使用最为广泛的键盘模式，该系统以N个端口连接控制N*N个按键，显示在LED数码管上。单片机控制依据这是键盘显示系统，该系统可以对不同的按键进行实时显示，其核心是单片机和键盘矩阵电路部分，主要对按键与显示电路的关系、矩阵式技术及设备系统的硬件、软件等各个部分进行实现。 4*4矩阵式键盘采用AT89C51单片机为核心，主要由矩阵式键盘电路、译码电路、显示电路等组成，软件选用C语言编程。单片机将检测到的按键信号
转换成数字量，显示于LED显示器上。该系统灵活性强，易于操作，可靠性高，将会有更广阔的开发前景。 目录 第一章：系统功能要求-------------------------------------------------------- 1.1 4*4 矩阵式键盘系统概述------------------------------------------------ 1.2 本设计任务和主要内容--------------------------------------------------- 第二章：方案论证--------------------------------------------------------------- 第三章：系统硬件电路的设计------------------------------------------------ 3.1 单片机控制系统原理----------------------------------------------------- 3.2 原理图绘制说明---------------------------------------------------------- 3.3 画出流程图---------------------------------------------------------------- 3.4 原理图绘制---------------------------------------------------------------
键盘扫描实验设计报告
目录 第一章引言 (1) 1.1 键盘及LED扩展电路概述 (1) 1.2 系统的主要功能 (1) 第二章系统的硬件设计 (2) 2.1 系统的硬件构成及功能 (3) 2.2 主控模板硬件设计 (3) 2.3 ARM芯片及引脚说明 (3) 2.4 LED数码显示管 (6) 2.5 键盘设计 (8) 第三章系统的软件设计 (12) 3.1 软件总体功能设计 (12) 3.2各功能模块软件设计 (16) 第四章结束语 (18) 致谢 (18) 参考文献 (18) 附录 (19)
第一章引言 1.1键盘及LED扩展电路概述 键盘及LED扩展电路主要是由74HC164移位寄存器、数码显示管、按键、电阻、电容、导线等构成的。将8个按键用总线分别与两个74HC164移位寄存器、数码显示管联接起来，两个74HC164移位寄存器联接起来。一个用来存段码，一个用来存位码。在没有按键动作时，74HC164 移位寄存器的数据输入端AB（A 和B 作为一个2 个输入端的与门为74HC164 提供数据，在此电路里并联）的输入电平为1，供电路产生移位逻辑时钟脉冲信号的输入端CP也为1 电平。此时按下键就给了CP 端一个低电平，当键松开后CP端即恢复高电平，于是CP端就得到了一个输入翻转兼移位的低电平脉冲信号.当74HC164得到了一个0 数据的同时输出端Q7～Q0 的数据将全部左移一位。通过DATA端持续给其传送数据，当装满寄存器后开始循环，而寄存器与数码显示管是相通的，寄存器把对应位的高、低电平传给数码管，使符合条件（段码、位码）的0-9在数码管上显示出来。 1.2系统的主要功能 该系统使用前后台的程序编写方法，完成三个基本的功能。 1．任意按下键盘，能在数码显示管上将按下的键对应的十六进制数显示出来图1.1.1 3. 键盘扫描的流程图如右：
实验四 键盘扫描及显示设计实验报告
实验四键盘扫描及显示设计实验报告 一、实验要求 1. 复习行列矩阵式键盘的工作原理及编程方法。 2. 复习七段数码管的显示原理。 3. 复习单片机控制数码管显示的方法。 二、实验设备 1.PC 机一台 2.TD-NMC+教学实验系统 三、实验目的 1. 进一步熟悉单片机仿真实验软件 Keil C51 调试硬件的方法。 2. 了解行列矩阵式键盘扫描与数码管显示的基本原理。 3. 熟悉获取行列矩阵式键盘按键值的算法。 4. 掌握数码管显示的编码方法。 5. 掌握数码管动态显示的编程方法。 四、实验内容 根据TD-NMC+实验平台的单元电路，构建一个硬件系统，并编写实验程序实现如下功能： 1.扫描键盘输入，并将扫描结果送数码管显示。 2.键盘采用 4×4 键盘，每个数码管显示值可为 0～F 共 16 个数。 实验具体内容如下： 将键盘进行编号，记作 0～F，当按下其中一个按键时，将该按键对应的编号在一个数码 管上显示出来，当再按下一个按键时，便将这个按键的编号在下一个数码管上显示出来，数 码管上可以显示最近 4 次按下的按键编号。 五、实验单元电路及连线 矩阵键盘及数码管显示单元
图1 键盘及数码管单元电路 实验连线 图2实验连线图 六、实验说明 1. 由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通，在断开时也不会一下子断开。因而在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动。抖动时间的长短由按键的机械特性决定，一般为 5～10ms。这是一个很重要的时间参数，在很多场合都要用到。 键抖动会引起一次按键被误读多次。为了确保 CPU 对键的一次闭合仅做一次处理，必须去除键抖动。在键闭合稳定时，读取键的状态，并且必须判别；在键释放稳定后，再作处理。按
键盘扫描电路
键盘扫描电路 设计：2014-4-1 1.电路名称：键盘扫描电路 2.电路概述：（包括遵循的依据或标准，实现的功能） 利用矩阵键盘方式，实现12位按键输入，供用户对电能表进行充值等操作，广泛应用于一体式预付费键盘表及分体式CIU等产品中。 3.工作参数及指标 参比温度23℃±2℃ 4.电路图 5.电路图的工作原理描述： 在上电模式下，程序SW1-SW4一直输出低电平，SW5-SW7检测高低电平，在没有按键被按下的情况下SW5-SW7都被上拉到高电平，当十二位按键中任意一位被按下时，SW1-SW4的低电平通过分压电阻使的SW5-SW7中某位由
高电平变为低电平，程序开始进入按键扫描，逐一使SW1-SW4输出低电平并结合SW-SW7的状态确认哪个按键被按下，程序扫描两次以防止误判。 在掉电模式下（适用于TDK654X系列芯片），由于TDK654X系列芯片进入低功耗后管脚无法控制，因此电路增加D1、D2两个双二级管，用于按键唤醒单片机，当低功耗模式下SW1-SW4无法输出低电平，此时键盘被按下时先通过D1、D2使PB脚电平由低到高变化唤醒单片机，单片机被唤醒后通过上电模式一样的程序扫描方式以确认具体是哪个按键被按下。 图一 图一中坐标1是PB口线的波形，坐标2是SW5口线的波形，在掉电情况下，当按一下S1按键，PB口产生一个3V的高电平脉冲（TDK芯片高电平为2V 以上），唤醒芯片程序初始化SW1-SW4，此时按键被按着因此SW5会有一个低电平脉冲，程序进入扫描后PB由于SW1-SW4轮流输出高的原因使PB持续高电平25ms左右，扫描完一轮后程序进入按键释放期150ms，SW1-SW4全部输出低，因此PB持续150ms低电平，然后程序进入第二轮扫描，由于SW1-SW4轮流输出高电平的原因，PB又会产生一个高电平，且高电平宽度宽度是SW5的4倍，扫描完两轮后又进入按键释放期，此时S1键被释放，程序按键处理完成进入低功耗模式，PB与SW5口线恢复到默认状态。
8279键盘扫描输入实验
实验二 8279键盘扫描输入实验 一、实验目的 1.熟悉INTEL8279键盘、显示器接口与8031的连接方法； 2.掌握8279键盘扫描输入程序的编写； 二、实验要求 编写一个键盘扫描输入程序，把读取到的键值依次存放在8031片内RAM的30H-43H 单元中，超过20个键值时，多余的健值存放在44单元中。 三、芯片应用特性 8279是专用键盘、显示控制芯片，能对显示器自动扫描；能识别键盘上按下的键号，可充分提高CPU工作效率，8279与8031的接口方便，由它构成的标准键盘、显示接口在工业控制中得到广泛的应用。 1.关于INTEL 8279 无编码器键盘常常采用软件方法，逐行逐列地检查键盘状态，当发现按下的键后，用计算或查表等方法来找到该键的键编码。而INTEL 8279公司的键盘、显示接口芯片是一种扫描式键盘编码器芯片 8279是一种通用可编程键盘显示接口芯片，它能完成键盘输入和显示控制两种功能。键盘部分提供一种扫描方式，可与64个按键的矩阵键盘连接，能对键盘不断扫描，自动消抖，自动识别按下的键并给出编码，能对双键或n 键同时按下实行保护。 显示部分分为发光二极管、荧光管及其它显示器提供了按扫描方式工作的显示接口，它为显示器提供多路复用信号，可显示多达16个字符或数字。 2. 实验板8279键盘、显示电路介绍： 8279采用外部译码操作方式，74LS138输出8位显示器的位控制信号和键盘的行扫描信号。8279的8位输出线A0-A3和B0-B3与数码管的8个段相对应，经74LS240缓冲后，去驱动各数码管的8个段。74LS138输出的8根线由74LS240反相后，再经大电流驱动器ULN2003A驱动，成为各数码管的位选择信号，当位选信号有效时（呈0电平），相应数码管被选通，而显示内容则取决于它的各个显示段的电平。 四、实验步骤 1.线路连接及注意事项 1）线路连接 8279键盘键值可采用查询方式读取，也可以采用中断方式读取。查询方式须设等待键输入指令。实验板上，8279的中断请求线（IRQ）经反相后与插座CN8相连。做实验时，只须短接CN8上的KBIRQ、INT0。 2）注意事项 因8279的RL0无法回扫键值。实验板上，首行键盘与回扫线RL4相连，与原理图不同。编程时请注意，首行键盘编码值为04H、0CH、14H、1CH、24H。 2.程序设计 1）关于8279的端口 实验板的硬件连接决定了8279的数据口为2FFEH，当对数据口执行读操作时，读取到的数据为键值编码，对数据口执行写操作时，数据写入显示RAM中，8279的命令、状态口
4x4矩阵键盘电路连接图和快速扫描完整程序
4*4矩阵键盘电路连接图和快速扫描完整程序 #include
P0=wei[x]; while(b--); LE1=0; } //////////////////////////////////////////////////////////////////// //4*4矩阵扫描，键值保存在key中 void key_4x4() { P1=temp; //初值uchar temp=0xfe; sm=P1; sm=sm&0xf0; //取P1口高四位的值，如果为0就表示无键按下if(sm!=0xf0) { switch(sm) { case 0x70:{key=0+4*beis;break;} case 0xb0:{key=1+4*beis;break;} case 0xd0:{key=2+4*beis;break;} case 0xe0:{key=3+4*beis;break;} default :{key=10+4*beis;break;} } } else { if(temp==0xf7) { temp=0xfe; } else { temp=_crol_(temp,1); } beis++; if(beis==4)beis=0; } } ////////////////////////////////////////////////////////////////////
4X4键盘扫描实验
44 键盘扫描实验 实验目的 1、学习HDL程序的基本设计技巧； 2、掌握矩阵键盘的扫描原理和使用方法。 Verilog程序: module hex_keypad(Col,Code,show,show1,count,scan,clock,Row); output[3:0] Code,Col,count; //定义列信号Col、行列信号共同决定的 输出代码Code、以及计数变量count output[7:0] show,show1; //定义七段显示变量show、show1 input[3:0] Row; //定义输入行信号Row input scan; //定义数码管选择信号scan input clock; //定义时钟信号clock reg[3:0] Col,Code,count; //将输出信号定义为reg型 reg[7:0] show,show1; reg[1:0] cn; //定义reg型变量cn,用于计数 reg reset,count_up,count_down; //定义变量reset用于计数清零,count_up 开始加计数,count_down开始减计数reg[15:0] times1,times2; //定义变量times1、times2用于决定开 始计数的时间 assign scan=1'b1; //将数码管选择信号赋值为1
always@(posedge clock) //产生列信号 if(cn==4)cn<=0; else cn<=cn+1; always@(cn) case(cn) 2'b00:Col=4'b1110; 2'b01:Col=4'b1101; 2'b10:Col=4'b1011; 2'b11:Col=4'b0111; endcase always@(posedge clock) //行列信号共同决定输出代码Code case({Row,Col}) 8'b1110_1110:Code=4'h0; 8'b1110_1101:Code=4'h1; 8'b1110_1011:Code=4'h2; 8'b1110_0111:Code=4'h3; 8'b1101_1110:Code=4'h4; 8'b1101_1101:Code=4'h5;
exp3矩阵键盘扫描电路设计
一实验目的 设计并实现一个4×4键盘接口控制器，含有时序产生电路、键盘扫描电路、弹跳消除电路、键盘译码电路、按键码存储电路、显示电路。要求：当按下某一键时，4位LED上显示对应的键值。 二实验内容 实验仪器中4×4矩阵键盘的电路原理图如图1所示。 图1 4×4矩阵键盘电路原理图 当X1—X4四条行选线中有其中一位为0时，读入Y1—Y4的四位行值。如Y1—X4输出为：0111，读入的Y1—Y4值为：0111，则对应按下的键为S1；当读入的Y1—Y4值为：1111时，则说明没有按键按下。X1—X4为扫描信号，在程序中我们用SEL[3..0]表示；Y1—Y4为键值读取信号，在程序中我们用KEYIN[3..0]表示。 扫描信号为SEL[3..1]，当SEL1为‘0’，其他位为‘1’，我们按下第一排第一键，此时KEYIN0输出‘0’，KEYIN1—KEYIN3输出全为‘1’，按下第二排第二键时，KEYIN1输出‘0’，其他输出‘1’；当SEL2为‘0’，其它位为‘1’时，我们按下第一排第二键，此时KEYIN0输出‘0’，KEYIN1—KEYIN3输出全为‘1’，同理其他键依此类推。 键盘上的每个按键就是一个开关，当某键被按下时，该按键的接点会呈现‘0’状态，反之为‘1’。扫描信号为SEL[3..0]输出到键盘，所以第一次只能扫描一排，依此周而复始。按键位置与数码的关系如表1所示。 若从KEYIN[3..0]输出的皆为‘1’时，表示没有按键按下，代表该列没有按键被按下，则不进行按键编码的操作，反之，如果有被按下时，则应将KEYIN[3..0]读出的值送到译码电路进行编码。 表1 按键位置与键值对应关系
实验一矩阵键盘检测
一、实验目的： 1、学习非编码键盘的工作原理和键盘的扫描方式。 2、学习键盘的去抖方法和键盘应用程序的设计。 二、实验设备： 51/AVR实验板、USB连接线、电脑 三、实验原理： 键盘接口电路是单片机系统设计非常重要的一环，作为人机交互界面里最常用的输入设备。我们可以通过键盘输入数据或命令来实现简单的人机通信。 1、按键的分类 一般来说，按键按照结构原理可分为两类，一类是触点式开关按键，如机械式开关、导电橡胶式开关等；另一类是无触点式开关按键，如电气式按键，磁感应按键等。前者造价低，后者寿命长。目前，微机系统中最常见的是触点式开关按键（如本学习板上所采用按键）。 按键按照接口原理又可分为编码键盘与非编码键盘两类，这两类键盘的主要区别是识别键符及给出相应键码的方法。编码键盘主要是用硬件来实现对键的识别，非编码键盘主要是由软件来实现键盘的识别。 全编码键盘由专门的芯片实现识键及输出相应的编码，一般还具有去抖动和多键、窜键等保护电路，这种键盘使用方便，硬件开销大，一般的小型嵌入式应用系统较少采用。非编码键盘按连接方式可分为独立式和矩阵式两种，其它工作都主要由软件完成。由于其经济实用，较多地应用于单片机系统中（本学习板也采用非编码键盘）。 2、按键的输入原理 在单片机应用系统中，通常使用机械触点式按键开关，其主要功能是把机械上的通断转换成为电气上的逻辑关系。也就是说，它能提供标准的TTL 逻辑电平，以便与通用数字系统的逻辑电平相容。此外，除了复位按键有专门的复位电路及专一的复位功能外，其它按键都是以开关状态来设置控制功能或输入数据。当所设置的功能键或数字键按下时，计算机应