医用FPGA开发教程-基于Xilinx和VHDL-第8讲-矩阵键盘扫描实验

第8讲矩阵键盘1医用FPGA开发实用教程——基于Xilinx和VHDLPracticalTutorialonMedicalFPGADevelopment——BasedonXilinxandVHDL实验原理ExperimentalPrinciples“

通过学习矩阵键盘扫描实验电路原理图、矩阵键盘扫描原理、双寄存器边沿检测电路，以及矩阵键盘实验内部电路图，基于FPGA高级开发系统，通过矩阵键盘控制编号为LED0LED3的四个蓝色发光二极管，当依次按下矩阵键盘上的K0、K1、K2、…、KF时，LED3~LED0对应显示0000、0001、0010、…、1111，其中，LED熄灭为0，点亮为1。8.12矩阵键盘电路原理图

矩阵键盘共有4个行线ROW3～ROW0和4个列线COL3～COL0，在行与列的交叉点上就是按键。在矩阵键盘中，同一列上的按键，左侧引脚串联后，一端连接到3.3V电源，另外一端连接到芯片的引脚。3矩阵键盘的扫描

通过FPGA控制ROW3～ROW0按照“0111→1110→1101→1011→0111”的顺序循环输出一个行扫描信号，并读取COL3～COL0的电平。在ROW3～ROW0为0111时，如果按键0按下，则FPGA读取到的COL3～COL0电平为0111。将ROW3～ROW0与COL3～COL0拼接之后，译码得出的值就对应按键0，只要行扫描循环周期小于一次按键所需时间，就能准确检测到每次按键的按下。4矩阵键盘完整译码表5ROW[3:0]COL[3:0]按键值ROW[3:0]COL[3:0]按键值01110111K011010111K801111011K111011011K901111101K211011101KA01111110K311011110KB10110111K411100111KC10111011K511101011KD10111101K611101101KE10111110K711101110KF双寄存器边沿检测电路按键按下的持续时间往往很长，相当于一个电平信号，而不是一个脉冲信号，通过边沿检测电路可以将其处理成单时钟周期宽度的脉冲信号。

常用的有双寄存器下降沿和上升沿检测电路两种。6双寄存器下降沿检测电路双寄存器上升沿检测电路内部电路图7u_row_scan8

u_row_scan模块包含一个寄存器s_row，s_row的初始值为0111，在clk_i的上升沿，s_row执行循环左移操作，s_row与row_o相连接，因此，该模块的功能是通过row_o按照“0111→1110→1101→1011→0111”的顺序循环输出一个行扫描信号。u_colx_clr_jitter9

本章实验内部电路图包含的四个按键去抖模块均属于下降沿检测电路。由于与门之后有个非门，因此，经过去抖处理之后的btn_o是一个反相脉冲，而且，btn_o的下降沿在btn_i下降沿的基础上延时了一个时钟周期。u_row_delay10

u_row_delay模块包含一个寄存器row_reg_o，目的是将row_i延时一个时钟周期。使行扫描信号s_row_reg和列输入的延时信号s_col保持一致，保证矩阵键盘译码正确。u_combine_row_col11

u_combine_row_col模块的作用是将row_i与col_i拼接成一个8位行列编码值，其中，row_i位于高4位，col_i位于低4位。u_decoder12

u_decoder的功能是根据8位行列编码值，在led_o输出对应的按键值。此外，u_decoder模块中需要一个寄存器led_o，只有在编码值有效时，led_o才可能发生变化，在编码值无效时，led_o保持不变。实验步骤ExperimentalProcedure“8.213实验步骤14步骤1：复制工程文件夹并添加Verilog文件步骤2：完善row_scan.v文件步骤3：完善clr_jitter_with_reg.v文件步骤4：完善row_delay.v文件步骤5：完善combine_row_col.v文件步骤6：完善decoder.v文件步骤7：完善key4x4.v文件步骤8：板级验证本章任务Tasksinthischapter“8.315本章任务16

在本实验的基础上，将四个发光二极管用FPGA高级开发系统上的最右侧七段数码管替换，即依次按下矩阵键盘上的K0、K1、K2、…、KF时，七段数码管对应显示0、1、2、…、F。本章习题Exercisesinthischapter“8.417本章习题181.简述矩阵键盘扫描原理。2.如何设计一个可以同时检测上升沿和下降沿的电路？3.如果在本实验的内部电路中删除u_row_de