4×4键盘扫描电路设计

1、精选优质文档-倾情为你奉上精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业专心-专注-专业精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业设计项目成绩评定表一、设计任务及要求：1、设计任务：利用 EDA设计试验箱、微机和Quartus软件系统，设计并实现一个4*4键盘扫描电路。设计过程中使用 Verilog HDL语言，完成硬件设计和功能仿真。最后下载EDA设计试验箱中予以实现。2、要 求：在时钟控制下循环扫描键盘，根据列扫描信号和对应键盘响应信号确定键盘按键位置，并将按键值显示在7段数码管上。指导教师签名： 年 月 日 二、指导教师评语：指导教师签名： 年 月 日 三、成绩评定：指导教师签名： 年 月

2、日四、系部意见：系部盖章： 年 月 日设计报告书目录TOC o 1-3 h u 一、设计目的1、掌握常用的输入设备行列式键盘接口电路的实现方法。2、学习较复杂的数字系统设计方法。二、设计思路如下图所示为“4 * 4键盘”模拟图。行“kbrow”有四行：kbrow0、kbrow1、kbrow2、kbrow3。列“kbcol”有四列：kbcol0、kbcol1、kbcol2、kbcol3 通过给四行赋值循环地对每行进行扫描，例如：通过行线赋值为“1000”时，这样就使得第0行“0键、1键、2键、3键”处在高电平的状态下。此时如果0键被按下，那么就有第0列输出为高电平。即四位kbcol输出为“100

3、0”，获取键值为“0”然后在7段数码管上显示出来。图1 4 * 4键盘三、设计内容3.1、原理分析在数字系统设计中，4*4矩阵键盘是一种常见的输入装置，通常作为系统的输入模块。对应于键盘上每一个键的识别，一般采用扫描的方法来实现。下面介绍一种用列信号进行扫描时的基本原理和流程，如图2所示。当进行列扫描时，扫描信号由列引脚进入键盘，以1000、0100、0010、0001的顺序每次扫描不同的一列，然后读取行引脚的点评信号，以此可以判断是哪个按键被按下。例如，当扫描行信号独处的值为“0000”时，表示正在扫描“89AB”一列，如果该列没有按键被按下，则由行信号读出的值为“0000”；反之，如果按键

4、“9”被按下时，则该行信号读出的值为“0110”。图2 4 * 4键盘及行列代码 3.1 1、4* 4键盘的扫描在这一部分中，利用时钟信号进行扫描和频率计数器的计数来完成对键盘的扫描。程序配套的4*4矩阵键盘电路图如下图所示：图3 程序配套的4*4矩阵键盘电路图时钟信号给定相应的时钟信号，通过它的上升沿信号给计数器赋值。并同时读取复位信号，一旦获取到相应的复位信号，所有键盘值即被初始化复位。3.1.2、扫描结果的显示 用7段数码管显示相应的扫描结果。其中7段数码管采用共阴极读取键值。当某一键被按下，相应的7段数码管获得高电平，便显示该键值，如图4所示：图4 7段数码管及所对应的I/O接口3.1

5、.3、电路符号4*4矩阵键盘扫描电路的电路符号如图5所示。输入信号：时钟信号clk；开始信号start；行扫描信号kbrow3:0。输出信号：列扫描信号kbcool3:0；7段显示控制信号seg7_out6:0；数码管地址选择控制信号scan2:0，图5 4*4矩阵键盘扫描电路的电路符号3.1.4、数码管地址选择控制信号数码管地址选择控制信号scan2:0用于选择哪个数码管显示数字，8个数码管（SM8-SM1）为共阴极数码管（段码为高电平点亮数码管），I/O2-I/O0为数码管位选，位选对应的数码管关系如下表一所示：表一：数码管地址选择控制信号对应的位选接口序列（硬件接口管教号）数码管选中状态

6、，可显示I/O0 (scan0)I/O1 (scan1)I/O3 (scan2)111SM8110SM7101SM6100SM5011SM4010SM3001SM2000SM13.2、程序设计module jp(kbrow,seg7_out,scan,clk,start,kbcol); output 3:0 kbrow;/ 列扫描信号 output 6:0seg7_out;/ 7段显示控制信号 output 2:0 scan;/ 数码管地址选择控制信号 input clk,start;/ 扫描时钟信号，开始信号，高电平有效 input 3:0 kbcol;/ 行扫描信号 reg 3:0 kbr

7、ow; reg 6:0seg7_out; reg 2:0 scan; reg 1:0 sta; reg 1:0 count; reg 6:0 seg7; reg 4:0 dat; reg fn;/ 按键标志位，判断是否有键被按下 initial scan=3b000;/ 只使用一个数码管显示/循环扫描计数器always (posedge clk)begin if(start=0) seg7=7b;else begin count=count+1; /循环列扫描 case(count)2b00:begin kbrow=4b0001;sta=2b00;end 2b01:begin kbrow=4b

8、0010;sta=2b01;end 2b10:begin kbrow=4b0100;sta=2b10;end 2b11:begin kbrow=4b1000;sta=2b11;end endcase /行扫描译码 case(sta) 2b00:begin case(kbcol) 4b0001:begin seg7=7b111_1001;dat=5b00011;end 4b0010:begin seg7=7b110_1101;dat=5b00010;end 4b0100:begin seg7=7b011_0000;dat=5b00001;end 4b1000:begin seg7=7b111_1

9、110;dat=5b00000;end default:begin seg7=7b000_0000;dat=5b11111;end endcase end 2b01:begin case(kbcol) 4b0001:begin seg7=7b111_0000;dat=5b00111;end 4b0010:begin seg7=7b101_1111;dat=5b00110;end 4b0100:begin seg7=7b101_1011;dat=5b00101;end 4b1000:begin seg7=7b011_0011;dat=5b00100;end default:begin seg7=

10、7b000_0000;dat=5b11111;end endcase end 2b10:begin case(kbcol) 4b0001:begin seg7=7b001_1111;dat=5b01011;end 4b0010:begin seg7=7b111_0111;dat=5b01011;end 4b0100:begin seg7=7b111_1011;dat=5b01001;end 4b1000:begin seg7=7b111_1111;dat=5b01000;end default:begin seg7=7b000_0000;dat=5b11111;end endcase end

11、2b11:begin case(kbcol) 4b0001:begin seg7=7b100_0111;dat=5b01111;end 4b0010:begin seg7=7b100_1111;dat=5b01110;end 4b0100:begin seg7=7b011_1101;dat=5b01101;end 4b1000:begin seg7=7b100_1110;dat=5b01100;end default:begin seg7=7b000_0000;dat=5b11111;end endcase end default:seg7=7b;endcase end end always

12、begin fn=(dat0&dat1&dat2&dat3&dat4); end /产生按键标志位，用于储存按键信息 always (posedge fn)/ 按键信息储存 begin seg7_out=seg7; end endmodule3.3、管脚分配表二：管脚分配表tolocationclkPIN_79seg7_out6PIN_10seg7_out5PIN_11seg7_out4PIN_12seg7_out3PIN_13seg7_out2PIN_14seg7_out1PIN_15seg7_out0PIN_16kbrow3PIN_62kbrow2PIN_61kbrow1PIN_60kbr

13、ow0PIN_58kbcol0PIN_67kbcol1PIN_65kbcol2PIN_64kbcol3PIN_63scan0PIN_7scan1PIN_8scan2PIN_9四、系统调试与结果 将实验箱与微机和电源分别连接好。首先检测试验箱是否可以使用，经检测无误后，开通电源。根据引脚的锁定情况，将clk时钟接128Hz时钟输入，对引脚配置编译后，可将设计好的程序下载到EDA实验箱，即可测试功能。 当对应“数字E”按键的按下，在实验箱的7段数码管上，会显示对应的数字E。 实验效果图如下图所示：五、主要元器件与设备 1、EDA技术试验箱一个 2、计算机一台 3、Quartus软件六、课程设计体会 通过此次课程设计，让我对EDA这门技术有了更深的体会，并更好的学会了使用Quartus软件进行硬件设计。 此次课程设计时基于Verilog HDL语言进行的矩阵键盘控制接口电路设计，在课程设计时，我逐渐掌握了Verilog HDL语言的语句及语法等的使用。但在学习过程中，也遇到了很多困难，尤其是Verilog HDL语言的运用。我先上网找了一些资料和程序，一点点的看，慢慢摸索着学习写语句。最后在老师和同学的帮助下，终于完成了矩阵键盘控制接口电路的设计。七、参考文献1 宋烈武. EDA技术与实践教程. 北京：电子工业出版社，