矩阵键盘按键的数码管显示矩阵键盘按键的数码管显示

1、 一、 矩阵键盘按键的数码管显示 1实验目的(1)掌握VHDL语言的语法规范，掌握时序电路描述方法(2)掌握多个数码管动态扫描显示的原理及设计方法2实验所用仪器及元器件 计算机一台 实验板一块 电源线一根 扁平线一根 下载线一根 3 实验任务要求设计出4*4矩阵键盘对某一按键按下就在数码管显示一个数字。按键从左上角到右下角依次为1，2，16。4 实验原理按键模块原理键盘扫描的实现过程如下：对于44键盘，通常连接为4行、4列，因此要识别按键，只需要知道是哪一行和哪一列即可，为了完成这一识别过程，我们的思想是，首先固定输出4行为高电平，然后输出4列为低电平，在读入输出的4行的值，通常高电平会被低电

2、平拉低，如果读入的4行均为高电平，那么肯定没有按键按下，否则，如果读入的4行有一位为低电平，那么对应的该行肯定有一个按键按下，这样便可以获取到按键的行值。同理，获取列值也是如此，先输出4列为高电平，然后在输出4行为低电平，再读入列值，如果其中有哪一位为低电平，那么肯定对应的那一列有按键按下。键盘键值的获取:键盘上的每一个按键其实就是一个开关电路，当某键被按下时，该按键的接点会呈现0的状态，反之，未被按下时则呈现逻辑1的状态。扫描信号由row进入键盘，变化的顺序依次为1110-1101-1011-0111-1110。每一次扫描一排，依次地周而复始。例如现在的扫描信号为1011，代表目前正在扫描9

3、,10,11,12这一排的按键，如果这排当中没有按键被按下的话，则由column读出的值为1111；反之当9这个按键被按下的话，则由column读出的值为1110。根据上面所述原理，我们可得到各按键的位置与数码关系如表所示：row11101110111011101101110111011101column11101101101101111110110110110111键值12345678row10111011101110110111011101110111column11101101101101111110110110110111键值910111213141516动态显示原理为使得输入控制电路

4、简单且易于实现，采用动态扫描的方式实现设计要求。动态扫描显示需要由两组信号来控制：一组是字段输出口输出的字形代码，用来控制显示的字形，称为段码；另一组是位输出口输出的控制信号，用来选择第几位数码管工作，称为位码。各位数码管的相同段是并联的，段码的输出对各位数码管来说都是相同的。因此在同一时刻如果各位数码管都处于点亮状态，6位数码管将显示相同的字符。若要各位数码管能够显示出与本位相应的字符，就必须采用扫描显示方式，即在某一时刻，只让某一位处于点亮状态，而其它各位处于灭灯状态。同时，段码输出相应位要显示字符的字型码。这样在同一时刻，只有选通的那一位显示出字符，而其它各位则是熄灭的，如此循环下去，就

5、可以使各位数码管显示出要显示的字符。虽然这些字符是在不同时刻出现的，而且同一时刻，只有一位显示，其它各位熄灭，但由于数码管具有余辉特性和人眼有视觉暂留现象，只要每位数码管显示间隔足够短，给人眼的视觉印象就会是连续稳定地显示。总之，多个数码管动态扫描显示，是将所有数码管的相同段并联在一起，通过选通信号分时控制各个数码管的公共端，循环点亮多个数码管，并利用人眼的视觉暂留现象，只要扫描的频率大于50Hz，将看不到闪烁现象。5 设计思路该程序可分为两个模块：获取并存储键值模块和动态显示模块获取并存储键值模块：此次实验只要求仿真而不需要接硬件，因而不存在按键这个动作，所以键盘扫描原理在这里并不适用。在程

6、序设计中我们将row和column都设置为输入信号，则低电平出现的行和列所交处即为按键处，以此简单模拟按键。根据上表所列，将对应按键的键值存储在key_code中。这样就完成了键值的存储。动态显示模块：此次实验只需用到两个显示数码管，因此只要用一个高频时钟信号控制这两个数码管交替亮灭，并在对应位显示正确的键值，就完成动态显示了。综上就可以实现矩阵案件的数码管显示了。具体流程图如下：将键值存储到key_code中。数码管动态显示键值。判断按键处，并得出对应的键值。rowcolumnn6 仿真波形当row=1110，column=1110时，key_code=0000，键值为1，所以第一个数码管不

7、亮，第二个数码管显示1，如下图：当row=0111，column=0111时，key_code=1111，键值为16，所以第一个数码管显示1，第二个数码管显示6，如下图：7. 硬件实现以上步骤都完成后，在硬件上实现就比较简单了。此时要注意两个问题：第一，时钟频率的设置，在仿真时由于没有外在时钟源，所以把row和column都设置为手动输入，但当在硬件上实现时要采用实验板上的低频时钟源，并设计分频电路提供合适的时钟频率。这就需要对程序做相应的修改；第二，管脚号的编写，根据各实物图纸标号和ATF1508的对应关系编写对应管脚号。接下来要做的就是硬件连接，然后就是下载程序。程序通过编译后生成*.po

8、f文件，用pof2jed 软件将文件转换为jed格式，然后用Atmel ISP软件实现下载。如果下载成功的话，就能实现从左上到右下按键分别显示数字1-16。8. 实物展示二、 数码管学号滚动显示 1 实验目的(1)掌握VHDL语言的语法规范，掌握时序电路描述方法(2)掌握多个数码管动态扫描显示的原理及设计方法2实验所用仪器及元器件计算机一台 实验板一块 电源线一根 扁平线一根 下载线一根 3. 实验任务要求学生在六个数码管滚动显示自己的学号（六位），每隔一定时间循环移位一次，学号为奇数则左移，学号为偶数则右移。间隔时间可由开关选择1秒，2秒，3秒和4秒。4. 实验原理该实验同样主要用到按键模块

9、和数码管的动态显示，实验原理和实验一所阐述的相同。5. 设计思路循环右滚动，始终点亮6个数码管，左出右进。状态为：主要思路如下：(1)加入按键控制，主要用到4个键，用来选择不同的移位周期。具体实现方案是引入一个变量time_count，用时钟信号和按键值来控制time_count的累加周期，从而控制移位周期。例如当按2键，key_code=0001,time_count以000,001为周期循环计数（即2s），每循环一次，shift就加1即移位周期为2s(shift控制移位)。以此类推，可以选择1s,2s,3s,4s不同的移位周期。(2)为实现移位，关键改动为新增一个计数器，计数周期远远大于扫

10、描周期，这样，在一个大的计数周期内，对于要显示的6位数码进行动态扫描，显示出6种移位状态中的一种；在下一个大的周期内，计数变量shift加1。定义led_sel_count来控制初始时刻对应位显示的数字（固定不变的关系），定义led_sel_llb控制数字显示的对应位置，则led_sel_llb=led_sel_count+shift则代表相对于初始时刻移位shift位后该数字显示的对应位，这样就实现了移位。以此类推，实现循环移位。(3)按键模块和动态显示模块同实验一具体流程图如下：移位模块led_sel_llb=led_sel_count+shift实现移位shiftClk信号Time_co

11、untKey_code(按键值)Clk_temp信号动态显示移位周期选择模块动态显示模块6. 仿真波形1 Row=1110，Column=1110，key_code=0000,shift的计数周期是1s,即移位周期为1s2 Row=1110，Column=1101，key_code=0001,time_count以000，001循环计数，shift的周期为2s即移位周期为2s3 Row=1110，Column=1011，key_code=0010,time_count以000,001,010循环计数，shift的周期为3s即移位周期为3s4 Row=1110，Column=1110，key_c

12、ode=0011,time_count以000,001,010,011循环计数，shift的周期为4s即移位周期为4s 7. 硬件实现这个实验要注意的问题和上一个实验基本相同。这个实验涉及到动态显示，所以还要特别注意Clk和Clk-temp的设置，后者要比前者大的多才能实现动态显示。程序编译通过后连接硬件并进行下载，下载成功则可以实现学号的动态显示和右移，并通过按键选择右移的周期。8. 体会和建议由于上学期没有做过软件部分，所以这学期的任务还是比较重的。但是老师给的资料很全，照着资料一步步做下来还比较顺利。但还是发生了一些小插曲，Atmel ISP支持的下载文件类型为*.JED，而JED文件是

13、由POF文件转换而来的。但是我们在编译的文件夹中却找不到POF文件，最后百度得知Quartus6.0版本编译后无法生成POF文件，必须破解到9.0版本才行。还有一开始电源线是坏的，下载一直不成功，但这个问题很快就排查出来了。之前同学告诉我们下载不成功是因为热插拔冷插拔的原因，后来发现其实那个没什么关系貌似，是下载的电源线有问题。我觉得课程设计的安排是有必要的，让我学到了很多：首先就是排查故障的方法，在确保软件不出错的情况下找硬件问题，这样一级级排查很有效；其次就是善于发现问题并有效解决问题的能力。通过这个阶段的努力把学到的理论知识运用到实践中，更直观也有利于对理论知识的理解。9.附录（VHDL

14、源程序）-测试数码管，控制最右边2个数码管动态显示116-40M有源晶振 2 脚-32.768晶振 83脚-数码管ah 75,76,77,79,80,81,69,70-6个选择管脚 54,55,56,57,58,60LIBRARY ieee ;USE ieee.std_logic_1164.all ;USE ieee.std_logic_unsigned.all ;-显示模块ENTITY count2 IS PORT ( clk : IN STD_LOGIC;-40M高频时钟，也可以接低频时钟，看数码管显示的情况 led_out : OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO

15、0); -数码管8段显示，可显示09，AF led_sel : buffer STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0);-选择6个数码管，1表示点亮对应数码管row : out STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0);-行列式键盘的4行 column : in STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0)-行列式键盘的4列) ; END count2 ;ARCHITECTURE Behavior OF count2 ISSIGNAL clk_temp :STD_LOGIC;-分频后的电路时钟输出 signal data :STD_LOGIC_V

16、ECTOR(3 DOWNTO 0);-数码管要显示的数015表示116 signal led_sel_count :STD_LOGIC;-用于选择第5个和第6个数码管，分别用1和0代表 SIGNAL div_cnt : std_logic_vector(1downto 0);-行扫描驱动SIGNAL scan_key : std_logic_vector(3 DOWNTO 0); -扫描码寄存器 SIGNAL key_code : std_logic_vector(3 DOWNTO 0); -存储键值begin row = scan_key;data = key_code;PROCESS(cl

17、k)-行扫描驱动，产生行扫描的值 BEGIN IF(clkEVENT AND clk = 0)THEN div_cnt scan_key scan_key scan_key scan_keyNULL; END CASE; END PROCESS; PROCESS(clk) BEGIN IF(clkEVENT AND clk=1)THEN CASE scan_key IS -检测何处有键按下 WHEN 1110 = CASE column IS WHEN 1110 = key_code key_code key_code key_code NULL; END CASE; WHEN 1101 =

18、CASE column IS WHEN 1110 = key_code key_code key_code key_code NULL; END CASE; WHEN 1011 = CASE column IS WHEN 1110 = key_code key_code key_code key_code NULL; END CASE; WHEN 0111 = CASE column IS WHEN 1110 = key_code key_code key_code key_code NULL; END CASE; WHEN OTHERS = key_code = 1111; END CASE

19、; END IF; END PROCESS; process (clk)-显示数据 begin if (clk event and clk=0) then-下降沿有效 led_sel_count led_sel led_sel led_sel if (led_sel_count=0) then -0表示要显示1led_out = Xf9; -数码管6显示1else led_out if (led_sel_count=0) then -1表示要显示2led_out = Xa4; -数码管6显示2else led_out if (led_sel_count=0) then -2表示要显示3led_

20、out = Xb0; -数码管6显示3else led_out if (led_sel_count=0) then -3表示要显示4led_out = X99; -数码管6显示4else led_out if (led_sel_count=0) then -4表示要显示5led_out = X92; -数码管6显示5else led_out if (led_sel_count=0) then -5表示要显示6led_out = X82; -数码管6显示6else led_out if (led_sel_count=0) then -6表示要显示7led_out = Xf8; -数码管6显示7e

21、lse led_out if (led_sel_count=0) then -7表示要显示8led_out = X80; -数码管6显示8else led_out if (led_sel_count=0) then -8表示要显示9led_out = X90; -数码管6显示9else led_out if (led_sel_count=0) then -9表示要显示10led_out = Xc0; -数码管6显示0else led_out if (led_sel_count=0) then -10表示要显示11led_out = Xf9; -数码管6显示1else led_out if (l

22、ed_sel_count=0) then -11表示要显示12led_out = Xa4; -数码管6显示2else led_out if (led_sel_count=0) then -12表示要显示13led_out = Xb0; -数码管6显示3else led_out if (led_sel_count=0) then -13表示要显示14led_out = X99; -数码管6显示4else led_out if (led_sel_count=0) then -14表示要显示15led_out = X92; -数码管6显示5else led_out if (led_sel_count

23、=0) then -15表示要显示16led_out = X82; -数码管6显示6else led_out led_out = Xff; end case; end if; end process; end Behavior; 数码管学号滚动显示代码 -测试数码管，控制最右边2个数码管动态显示116-32.768晶振 83脚-数码管ah 75,76,77,79,80,81,69,70-6个选择管脚 54,55,56,57,58,60LIBRARY ieee ;USE ieee.std_logic_1164.all ;USE ieee.std_logic_unsigned.all ;-显示模块

24、ENTITY llb IS PORT ( clk : IN STD_LOGIC;-接低频时钟32.768KHz，已经进过的分频 led_out : OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); -数码管8段显示，可显示09，AF led_sel : buffer STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0);-选择6个数码管，1表示点亮对应数码管 row : out STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0);-行列式键盘的4行 column : in STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0)-行列式键盘的4列) ; END

25、llb ;ARCHITECTURE Behavior OF llb IS signal clk_temp :std_logic;-用作分频后的电路时钟 signal led_sel_count :std_logic_vector(3 DOWNTO 0);-信号量，6个数码管显示的选择 signal div_cnt : std_logic_vector(1 downto 0);-行扫描驱动signal scan_key : std_logic_vector(3 DOWNTO 0); -扫描码寄存器 signal key_code : std_logic_vector(3 DOWNTO 0); -

26、存储键值signal shift : std_logic_vector(2 DOWNTO 0):=110;-控制数码管显示的数据右移begin row = scan_key;PROCESS(clk)-10分频电路 VARIABLE counter: std_logic_vector(10 downto 0);-计数寄存器，10分频输入时钟为 1Hz BEGIN IF (clkEVENT AND clk =0) THEN -下降沿有效counter := counter +1 ; IF (counter = ) THEN clk_temp shift =shift - 1;-数据右移1位if(s

27、hift = 000) thenshift if(time_count = 010) then time_count := 000 ; shift =shift - 1;-数据右移1位if(shift = 000) thenshift if(time_count = 011) then time_count := 000 ; shift =shift - 1;-数据右移1位if(shift = 000) thenshift if(time_count = 100) thentime_count := 000 ; shift =shift - 1;-数据右移1位if(shift = 000) thenshift shift =shift - 1;-数据右移1位if(shift = 000) thenshift =110;end if; END CASE;end if; end process; PROCESS(clk)-行扫描驱动，产生行扫描的值 BEGIN IF(clkEVENT AND clk = 0)THEN div_cnt scan_key scan_key scan_key scan_keyNULL; END CASE; END PROCESS; PROCESS(clk)-读取行列式键盘的键值 BEGIN IF(clkEVENT AND clk=1)THEN