扫描矩阵键盘简介以及其FPGA设计思路
矩阵键盘程序设计
矩阵键盘程序设计矩阵键盘程序设计1.引言2.矩阵键盘的工作原理矩阵键盘由多行多列的按键组成，每个按键都与行线和列线相交。
当按下某一个按键时，行线和列线会形成一个闭合电路，通过这个闭合电路来传递按键的信号。
通过扫描行线和列线的状态，可以确定用户按下了哪个按键。
3.矩阵键盘的程序设计在程序设计中，需要初始化矩阵键盘的引脚配置，即将每个行线和列线连接到相应的引脚上。
然后，通过循环扫描行线和列线的状态，判断用户是否按下了某个按键。
一般情况下，矩阵键盘的扫描速度比较快，可以采用中断的方式来进行扫描，提高响应速度。
以下是一个简单的矩阵键盘程序设计示例：import RPi.GPIO as GPIO初始化引脚配置row_pins = [11, 13, 15, 16] 行引脚col_pins = [18, 22, 24, 26] 列引脚GPIO.setmode(GPIO.BOARD)设置行引脚为输出模式，列引脚为输入模式for pin in row_pins:GPIO.setup(pin, GPIO.OUT)for pin in col_pins:GPIO.setup(pin, GPIO.IN)循环扫描矩阵键盘while True:for row in row_pins:设置当前行引脚为低电平GPIO.output(row, GPIO.LOW)for col in col_pins:判断当前列引脚是否为高电平，即判断用户是否按下了某个按键if GPIO.input(col) == GPIO.HIGH:处理按键事件print(\。
FPGA矩阵键盘课程设计
FPGA课程设计陈述之欧侯瑞魂创作时间：二O二一年七月二十九日项目名称基于FPGA的4*4矩阵键盘的设计专业班级通信1学生姓名张指导教师2016年 7 月 10 日摘要本课程设计提出了基于FPGA的4*4矩阵键盘的设计，主要是在软件Quartus II 9.0这个环境中，以硬件描述语言Verilog进行编写程序,从而完成矩阵键盘的相关设计。
主要由矩阵式键盘电路、显示电路等组成，实现过程是通过行扫描输入随机信号，列扫描判断哪一个键被按下，并最后由数码管显示该按键。
此次课程设计完成了4*4矩阵键盘控制LED数码管显示系统的设计，该设计具有灵活性强，易于操纵，可靠性高，广泛应用于各种场合的特点，是进行按键操纵管理的有效方法，它可以提高系统准确性，有利于资源的节约，降低对操纵者自己的要求，并能正确、实时、高效地显示按键信息，以提高工作效率和资源换利用率的意义。
关键词：数码管；矩阵键盘；按键；显示电路AbstractThis course is designed based on FPGA is proposed 4 * 4 matrix keyboard design, mainly in the Quartus II software 9.0 this environment, with the Verilog hardware description language program, so as to complete the related design of matrix keyboard. Main matrix keyboard circuit, display circuit and so on, complete the 4 * 4 matrix keyboard control LED digital tube display system design, the design has strong flexibility, easy operation, high reliability, widely used in various occasions. Into 4 * 4 matrix keyboard control LED digital tube display system design, design flexibility is strong, easy to operate, high reliability, widely used in various occasions. Matrix keyboard control system, can improve efficiency, and is an effective method to manage the keystrokes, it can improve the system accuracy, and is conducive to resource saving and reduce the requirement of the operator itself, and correctly, real-time and efficient to show the key information, in order to improve the work efficiency and the utilization ratio of resources in meaning.Keywords:Digital tube; Matrix keyboard; The key; Disply circuit目录摘要IAbstractII第1章绪论11.1 课题布景11.2 国内外发展现状11.3 本文主要研究内容1第2章软件及语言简介22.1 Quartus软件简介32.2 Verilog语言简介42.2.1 Verilog语言的主要功能42.2.2 Verilog语言设计数字系统的特点4第3章 4*4矩阵键盘的原理63.1 4*4矩阵式键盘63.2.1 LED数码管83.3 键盘扫描93.4 矩阵键盘接口电路的原理9第4章程序调试114.1 流程图114.2 程序结果讨论11第5章波形仿真及讨论135.1 波形结果135.2 结果讨论14结论15参考文献16附录程序17致谢19第1章绪论1.1 课题布景在现代的个人计算机系统中,一般都采取通用的尺度键盘如尺度键盘（如：尺度101/102键盘或Microsoft自然PS/2键盘）来实现人与计算机之间的接口交互, 从而将需要的各种数据和指令等信息都通过键盘来输人计算机。
扫描键盘的原理
扫描键盘的原理
键盘扫描原理是通过一种叫做"矩阵扫描"的技术来实现的。
它
主要依靠键盘上方的一组电路来完成输入信号的检测和传递。
具体来说，键盘通常有多行多列的布局。
每个按键都与一个特定的行和列相连，形成一个按键矩阵。
当我们按下某个按键时，键盘的控制器会首先激活按键所在的行，然后依次检查每一列。
如果有任何一列检测到有电流通过，就说明该按键被按下。
为了实现这个过程，键盘内部的控制器会周期性地激活行，并读取列上的电流状况。
它会通过一个循环的方式，每次激活一行并读取所有列的状态，以此来获得所有按键的输入信号。
这种矩阵扫描的方式可以同时检测多个按键的状态，从而实现多键同时按下的功能。
一旦控制器检测到按键被按下，它会将相应的按键码发送给计算机，然后由操作系统或相应的应用程序来处理这个输入。
键盘控制器和计算机之间的通信通常是通过USB或PS/2接口完
成的。
总的来说，键盘的扫描原理就是基于矩阵扫描技术，通过激活行和读取列的方式，检测按键的输入信号，并将其传递给计算机进行处理。
基于FPGA的键盘扫描模块的设计与实现
●主题论文１概述１．１通用键盘和专用键盘［１］在现代个人计算机系统中，一般都采用通用的标准键盘（如：标准１０１／１０２键盘或Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ自然ＰＳ／２键盘）来实现人与计算机之间的接口交互，所需要的各种数据和指令等信息都通过键盘来输入计算机。
但是，在各种嵌入式系统（如手机、微波炉、电风扇等）中，所需要的键盘按键个数非常有限，通常为几个到十几个不等（而标准键盘通常为一百多个按键），并且每个按键所代表的功能含义也各不相同。
所以，针对每一种嵌入式系统都应对键盘（包括键盘扫描模块和相关控制信号等）进行专门设计，结合工程实际情况充分利用该系统已有的各种资源，使所设计的键盘恰如其分地融合到嵌入式系统中，成为其不可分割的一部分。
１．２编码键盘和扫描键盘［２］在数字电路中，可以利用编码器实现按键键值的直接编码。
将每个按键的输出信号对应连接到编码器的每个输入端，通过编码逻辑就可以在编码器的输出端得到对应每个按键的码值，早期称这种键盘为编码键盘。
但是，当按键较多时数码逻辑的成本较高，直接编码的方法也不够灵活，一旦编码逻辑固定就难以更改。
在通用键盘上或当按键数量较多时，普遍采用扫描方式产生键值。
将按键连接成矩阵，每个按键位于某行、某列的交点上，如图１所示，先通过扫描方式确定按下键的行和列位，即位置码或扫描码。
再查表将位置码转换为按键码值或者直接使用扫描码，有些参考书称此为“非编码键盘”。
但这种名称容易让人误解为没有对应的键值，因此又称为扫描式键基于ＦＰＧＡ的键盘扫描模块的设计与实现王志辉１，林水生２（电子科技大学通信与信息工程学院，四川成都６１００５４）摘要：在电子产品中，键盘是最基本的输入设备，然而在应用中都采用通用的键盘扫描器件是不现实的，需要单独设计成专用的小键盘。
现代ＥＤＡ（电子设计自动化）技术提供了一种很好的途径，利用ＶＨＤＬ硬件描述语言和ＦＰＧＡ器件可以很方便地构建键盘扫描模块。
经过实际操作检验，该模块可以很好地对每一次按键动作进行扫描和响应，实现预先设计的功能。
矩阵键盘程序设计
矩阵键盘程序设计正文：1·引言矩阵键盘是一种常见的输入设备，常用于电子设备中，如计算器、电子字典、方式等。
本文档将介绍矩阵键盘的程序设计，包括键盘接口的设计、按键扫描的原理、按键事件的处理等方面的内容。
通过阅读本文档，读者将能够了解如何设计和实现一个矩阵键盘程序，并能够应用于各种电子设备中。
2·键盘接口设计2·1·硬件接口矩阵键盘通常采用行列编码方式进行连接。
具体接口设计需要考虑键盘的行列数目、接口类型、电压电流等因素，并根据具体需求进行设计。
2·2·软件接口在程序设计中，需要定义键盘接口的相关参数，包括行数、列数、引脚连接方式、行列位置等。
通过定义这些参数，可以方便地在程序中对键盘进行扫描和响应。
3·按键扫描原理3·1·按键矩阵矩阵键盘由多个按键组成，按键排列成N行M列的矩阵形式。
按键按下时，对应行列交叉点的电压发生变化，可以通过扫描行列电平的方式来检测按键的状态。
3·2·扫描方法按键扫描方法包括轮询扫描和中断扫描两种方式。
轮询扫描是通过循环扫描键盘的每个按键并检测按键状态，适用于实时性要求不高的场合。
中断扫描是通过中断信号来触发扫描和检测按键状态，适用于实时性要求高的场合。
4·按键事件处理4·1·按键状态检测通过扫描键盘可以获取每个按键的状态，一般分为按下和释放两种状态。
可以通过读取按键状态来判断是否有按键被触发。
4·2·按键事件处理当按键被触发时，需要进行相应的事件处理。
事件处理可以包括响应特定按键的功能、发送键值给其他模块等操作。
根据具体需求，可以采用不同的事件处理方式。
5·附件本文档的附件包括键盘接口设计图、示例代码和相关参考资料。
读者可以通过附件来深入了解和实践矩阵键盘的程序设计。
6·法律名词及注释本文档中所涉及的法律名词及注释如下：●版权：指对作品享有的复制、发行、展览、表演、放映、广播、信息网络传播、摄制、改编、翻译、编译等权利。
X4扫描式矩阵键盘课程设计
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-------------------------------------------------------- 4*4 矩阵式键盘系统概述------------------------------------------------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------------------------------------------------ 单片机控制系统原理-----------------------------------------------------原理图绘制说明----------------------------------------------------------画出流程图----------------------------------------------------------------原理图绘制---------------------------------------------------------------第四章：系统程序的设计------------------------------------------------------ 程序的编写步骤-----------------------------------------------------------编写的源程序--------------------------------------------------------------第五章：调试及性能分析------------------------------------------------------ 第六章：心得体会--------------------------------------------------------------- 参考文献----------------------------------------------------------------------------第一章：系统功能要求4*4 矩阵式键盘系统概述AT89C51单片机对4*4矩阵键盘进行动态扫描，当有按键盘的键时，可将相应按键值（0~F）实时显示在数码管上。
FPGA矩阵键盘扫描
------------------------------------------------- --功能：4×4键盘扫描和获得键盘值--接口：clk -时钟输入-- lie -列值输入-- hang-行扫描输出-- qout-键盘值BCD码输出-------------------------------------------------library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;use ieee.std_logic_arith.all;entity keyboard isport(clk :in std_logic;lie :in std_logic_vector(3 downto 0);hang :out std_logic_vector(3 downto 0);qout :out std_logic_vector(3 downto 0));end keyboard;architecture behave of keyboard issignal cnt:std_logic_vector(1 downto 0);signal hang_tem:std_logic_vector(3 downto 0); signal tem:std_logic_vector(3 downto 0);signal reg:std_logic_vector(3 downto 0);begintem<=lie;process(clk)beginif clk'event and clk='1' thenif cnt="11" thencnt<="00";elsecnt<=cnt+1;end if;case cnt iswhen "00"=>hang_tem<="1101";if tem="1110" thenreg<="0000";elsif tem="1101" thenreg<="0001";elsif tem="1011" thenreg<="0010";elsif tem="0111" then reg<="0011";elsereg<=reg;end if;when "01"=>hang_tem<="1011";if tem="1110" thenreg<="0100";elsif tem="1101" then reg<="0101";elsif tem="1011" then reg<="0110";elsif tem="0111" then reg<="0111";elsereg<=reg;end if;when "10"=>hang_tem<="0111";if tem="1110" thenreg<="1000";elsif tem="1101" then reg<="1001";elsif tem="1011" then reg<="1010";elsif tem="0111" then reg<="1011";elsereg<=reg;end if;when "11"=>hang_tem<="1110";if tem="1110" thenreg<="1100";elsif tem="1101" then reg<="1101";elsif tem="1011" then reg<="1110";elsif tem="0111" then reg<="1111";elsereg<=reg;end if;when others=>hang_tem<="1111"; reg<=reg;end case;end if;hang<=hang_tem; qout<=reg;end process;end behave;。
单片机矩阵键盘设计方案
单片机矩阵键盘设计方案一、设计目标设计一个8行8列的矩阵键盘，每个按键都有一个唯一的键码，能够正常读取用户的按键输入，并将按键对应的键码显示在LCD屏幕上。
二、硬件设计硬件设计包括键盘电路和显示电路两部分。
1.键盘电路设计矩阵键盘的硬件设计主要包括键盘矩阵、行扫描电路和列读取电路。
键盘矩阵由8行8列的按键构成，每个按键都连接到一个由二极管组成的矩阵。
行扫描电路使用8位输出的GPIO口，根据行的值来选通对应的行组。
列读取电路使用8位输入的GPIO口，根据列的值来读取对应的列组。
2.显示电路设计三、软件设计软件设计主要包括初始化设置、按键检测、键码解析和显示处理四个部分。
1.初始化设置首先需要对GPIO口进行初始化设置，将扫描行的GPIO口设置为输出模式，将读取列的GPIO口设置为输入模式。
同时需要对LCD屏幕进行初始化设置，设置显示模式、光标位置等参数。
2.按键检测循环扫描每一行，当其中一行被选通时，读取每一列的值。
如果其中一列的值为低电平，则表示对应的按键被按下。
将按下的按键的行和列的值保存下来，用于后续的键码解析。
3.键码解析根据行和列的值，通过查表的方式找到对应的键码。
将键码保存下来，用于后续的显示处理。
4.显示处理将键码传送给LCD屏幕，通过LCD屏幕的驱动芯片进行解析和显示。
根据LCD屏幕的显示方式，可以选择逐行显示或者按需显示的方式。
四、优化设计在以上基本设计方案的基础上，可以进行一些优化设计，以提高系统的性能和可靠性。
1.消除按键抖动按键在实际使用中会存在抖动现象，需要通过软件滤波来消除。
可设置一个适当的延时，当检测到按键按下后，延时一段时间再进行键码解析，只有在延时之后仍然检测到按键按下，才认为是一个有效的按键。
2.防止冲突按键由于矩阵键盘的性质，可能存在一些按键组合会产生冲突的情况。
可以通过硬件设计和软件处理来解决。
在硬件上，可以增加二极管来隔离不同的按键。
在软件上，可以通过扫描算法和按键排除的方式来避免冲突。
经典的矩阵键盘扫描程序
经典的矩阵键盘扫描程序矩阵键盘是一种常见的输入设备，广泛应用于电子产品中。
为了实现对矩阵键盘的扫描和输入响应，需要编写一个矩阵键盘扫描程序。
本文将详细介绍如何编写一个经典的矩阵键盘扫描程序。
1. 程序功能描述矩阵键盘扫描程序的主要功能是实现对矩阵键盘的扫描，并根据按键的状态进行相应的处理。
程序需要实现以下功能：- 扫描矩阵键盘的按键状态；- 根据按键状态进行相应的处理；- 输出按键的值或执行相应的操作。
2. 程序设计思路矩阵键盘通常由多行多列的按键组成，每个按键都有一个唯一的行列地址。
程序的设计思路如下：- 初始化矩阵键盘的引脚和状态变量；- 循环扫描矩阵键盘的按键状态；- 检测按键状态变化，并根据变化进行相应的处理；- 输出按键的值或执行相应的操作。
3. 程序代码示例下面是一个简单的矩阵键盘扫描程序的代码示例：```#include <stdio.h>#include <stdbool.h>// 定义矩阵键盘的行列数#define ROWS 4#define COLS 4// 定义矩阵键盘的引脚int rowPins[ROWS] = {2, 3, 4, 5}; int colPins[COLS] = {6, 7, 8, 9}; // 定义矩阵键盘的按键值char keys[ROWS][COLS] = {{'1', '2', '3', 'A'},{'4', '5', '6', 'B'},{'7', '8', '9', 'C'},{'*', '0', '#', 'D'}};// 初始化矩阵键盘void setup() {// 设置引脚模式为输入for (int i = 0; i < ROWS; i++) { pinMode(rowPins[i], INPUT); }// 设置引脚模式为输出for (int i = 0; i < COLS; i++) {pinMode(colPins[i], OUTPUT);}}// 扫描矩阵键盘void scanKeypad() {for (int i = 0; i < COLS; i++) {// 将当前列引脚设置为高电平digitalWrite(colPins[i], HIGH);for (int j = 0; j < ROWS; j++) {// 检测当前行引脚的状态bool state = digitalRead(rowPins[j]); // 如果按键状态发生变化if (state != lastState[i][j]) {// 更新按键状态lastState[i][j] = state;// 如果按键被按下if (state == LOW) {// 输出按键的值Serial.println(keys[j][i]);// 执行相应的操作switch (keys[j][i]) {case '1':// 执行操作1break;case '2':// 执行操作2break;// 其他按键的操作}}}}// 将当前列引脚设置为低电平 digitalWrite(colPins[i], LOW); }}void loop() {// 扫描矩阵键盘scanKeypad();// 延时一段时间，避免频繁扫描delay(10);}```4. 程序运行结果编写完成矩阵键盘扫描程序后，可以将程序上传到相应的开发板或单片机上进行测试。
概述矩阵式按键行列扫描过程
1111
矩阵式按键行列扫描的过程是这样的：
1. 把属于列的IO口设置为输入状态，由于上拉电阻的作用，当按键没有动作时，程序就会读到高电平。
2. 开始按行进行扫描，先把行1的IO设置为输出状态，然后设置输出为低电平，接着依次读取列IO口的状态。
3. 如果有按键被按下，那么列IO口的读入电平就变成低电平，这时就可以根据行和列判断出动作按键的位置。
4. 行1的扫描完成后，把行1的IO置高，然后按照上面步骤依次进行行2和行3的扫描，确认有动作按键的位置即可。
在实际应用中，为避免按键抖动影响，需要在程序中加入去抖动处理。
矩阵按键扫描广泛应用于各种设备的按键输入控制中，如电子琴、钢琴、智能家居等。
课程设计矩阵键盘扫描
课程设计矩阵键盘扫描一、教学目标本课程的目标是让学生掌握矩阵键盘扫描的原理和实现方法。
知识目标要求学生理解矩阵键盘的基本结构和工作原理，掌握键盘扫描的算法和程序设计方法。
技能目标要求学生能够运用矩阵键盘扫描原理设计简单的键盘输入系统。
情感态度价值观目标在于培养学生对计算机科学和编程的兴趣，提高他们的问题解决能力和创新意识。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括矩阵键盘的基本原理、键盘扫描的算法实现和程序设计。
首先，学生将学习矩阵键盘的结构和工作原理，了解键盘扫描的基本概念。
然后，学生将学习如何设计和实现键盘扫描算法，包括行列扫描法和非阻塞扫描法。
最后，学生将通过实际编程练习，掌握如何使用矩阵键盘扫描原理设计实用的键盘输入系统。
三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性，本课程将采用多种教学方法。
首先，将采用讲授法，系统地讲解矩阵键盘扫描的基本原理和算法。
其次，将采用讨论法，引导学生通过小组讨论和分享，深入理解键盘扫描的实现方法。
此外，还将采用案例分析法，通过分析实际案例，让学生学会将理论知识应用于实际问题解决中。
最后，将采用实验法，让学生通过动手实践，亲自设计和实现矩阵键盘扫描程序。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，本课程将选择和准备适当的教学资源。
教材将提供基础知识，参考书将提供更深入的内容，多媒体资料将帮助学生更直观地理解键盘扫描的原理和实现方法。
实验设备将用于学生的动手实践，让他们能够亲自验证和应用所学的知识。
通过丰富多样的教学资源，学生将能够更全面地掌握矩阵键盘扫描的知识，并提高他们的学习体验。
五、教学评估为了全面反映学生的学习成果，本课程将采用多元化的评估方式。
平时表现将占30%的比重，通过课堂参与、提问和小组讨论等方式评估学生的积极性和主动性。
作业将占20%的比重，通过布置相关的编程练习和项目设计，评估学生对矩阵键盘扫描知识的掌握程度。
考试将占50%的比重，包括期中考试和期末考试，将通过笔试和上机操作的方式，全面评估学生的知识水平和应用能力。
FPGA培训资料矩阵键盘驱动数码管
矩阵键盘驱动数码管1.矩阵键盘的结构和驱动原理2.扫描法获得矩阵键盘扫描码的原理和方法3.扫描码驱动数码管矩阵键盘的结构和驱动原理Row0Row1Row2Row3Col0 Col1 Col2 Col3扫描法获得矩阵键盘扫描码的原理和方法无按键按下时，col0~col3输出分别为“1111”当输入扫描时，扫描第一行，即IN1<=’0’，当按下Button 1，那么输出col输出信号将发生变化，Out1变为’0’，则col0~col3输出分别为“1110”，取反，则为“0001”，代表BT1被按下。
因此，可通过行扫描码和列输出码来获得分时扫描的键盘按压信号。
只要扫描时间适当，就可得到按键的按压情况。
因有四行，因此，扫描后存储的扫描码为16位，扫描行列输出也分4位4位地存放。
library IEEE;use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;--------------------------------------------------实体entity key_seg_test isPort ( clk : in std_logic; --系统时钟,40MHz -----------------------key_row : out std_logic_vector(3 downto 0); --FPGA输出到键盘的行扫描信号key_col : in std_logic_vector(3 downto 0); ----键盘输入到FPGA的列响应信号 -----------------------seg_d : out std_logic_vector(7 downto 0); --7段数码管数据线seg_sel : out std_logic_vector(3 downto 0) --7段数码管位数选择,'1'表示对应位数的数码管有效);end key_seg_test;--------------------------------------------------构造体architecture topdesign_arch of key_seg_test is signal key_row_reg : std_logic_vector(3 downto 0);signal key_code : std_logic_vector(15 downto 0);signal count_clk : std_logic_vector(22 downto 0);--------------------------------------------------主程序begin------------------------------------------------process(clk) --时钟计数分频beginif(clk'event and clk='1')thencount_clk<=count_clk+1;end if;end process;-----------------------process(clk)beginif(clk'event and clk='1')then --逐行扫描 case count_clk(19 downto 16) is --数码管动态扫描,扫描频率为(40*10^6)/(2^20)=38.15Hz(扫描周期为0.026s) when "0000"=> key_row_reg<="1110"; --第一行when "0001"=> key_code(3 downto 0) <= not key_col;when "0010"=> key_row_reg<="1101"; --第二行when "0011"=> key_code(7 downto 4) <= not key_col;when "0100"=> key_row_reg<="1011"; --第三行when "0101"=> key_code(11 downto 8) <= not key_col;when "0110"=> key_row_reg<="0111"; --第四行when "0111"=> key_code(15 downto 12)<= not key_col;when others =>end case;end if;end process;-----------------------key_row<=key_row_reg;-----------------------process(key_code)begincase key_code iswhen "0000000000000001"=>seg_d<="00111111"; --0when "0000000000000010"=>seg_d<="00000110"; --1when "0000000000000100"=>seg_d<="01011011"; --2when "0000000000001000"=>seg_d<="01001111"; --3when "0000000000010000"=>seg_d<="01100110"; --4when "0000000000100000"=>seg_d<="01101101"; --5when "0000000001000000"=>seg_d<="01111101"; --6when "0000000010000000"=>seg_d<="00000111"; --7when "0000000100000000"=>seg_d<="01111111"; --8when "0000001000000000"=>seg_d<="01101111"; --9when "0000010000000000"=>seg_d<="01110111"; --Awhen "0000100000000000"=>seg_d<="01111100"; --Bwhen "0001000000000000"=>seg_d<="00111001"; --Cwhen "0010000000000000"=>seg_d<="01011110"; --Dwhen "0100000000000000"=>seg_d<="01111001"; --Ewhen "1000000000000000"=>seg_d<="01110001"; --Fwhen others => seg_d<="00000000";end case;end process;-----------------------seg_sel<="1111"; --4位数码管全部输出有效，共阳---end topdesign_arch;思考题1.通过4X4键盘驱动原理，改变程序定义，实现计算器键盘输入2.3.4.5.（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）6.7.8.9.10.11.。
史上最详细矩阵键盘原理
史上最详细矩阵键盘原理
矩阵键盘是一种常见的电子设备，用于输入和控制计算机、电子设备和其他设备。
它是由一组列和一组行的开关组成的，每个开关都与一个唯一的输入或输出终端相关联。
通过将列和行连接到控制电路上的开关，可以对矩阵键盘进行编码，以便在输入时可以确定哪些开关被触发并识别对应的输入字符。
矩阵键盘原理基于电路中的行列交叉点进行输入波形的检测。
它将所有的按键都排在矩阵的交点处。
按键通过与某一行和某一列交汇的方式与电子电路相连接，然后，由输入的电压产生的波形会经过行或列的输入电路，同时输出电路也会在状态改变时检测到输入电压的变化而进行处理。
电子电路会识别输入的字符，并且转换为电子信号，以便于计算机或其他设备进行处理。
矩阵键盘常用的解码方式可以是硬件解码和软件解码。
硬件解码通过使用物理设备以处理输入信号。
从而减少了计算机CPU的负载，但是会增加板上设备的数量和复杂度。
软件解码将输入信号传输到计算机CPU上处理，以便软件可以识别所输入的字符，但是会增加CPU的负载。
在使用矩阵键盘时，通过按下相应的按键，可以在键盘控制电路中产生相应的电子信号来操纵计算机或其他设备。
计算机通过检测信号的状态来确定哪个按键被按下，并将其转换为关联的字符来处理。
这种方法可以极大地简化输入过程，并大大提高输入效率。
总的来说，矩阵键盘原理比较简单，通过建立行列交叉点来与电子电路连接，将输入信号转换为电子信号，以操纵计算机或其他设备。
硬件解码和软件解码用于解析输入信号以识别字符。
矩阵键盘是一种广泛应用的输入设备，它被广泛使用于计算机、电子设备和其他应用中。
基于FPGA的矩阵式按键扫描的设计
基于FPGA的矩阵式按键扫描的设计石海洋;段小虎;武华【期刊名称】《电脑知识与技术》【年(卷),期】2014(000)020【摘要】This paper introduces a matrix key scanning scheme based on FPGA, realizes the matrix keyboard control of the FP-GA temporal logic to perform automatic button scanning, processing, coding and other functions, the key results of the collection to get through interrupt mode, is a kind of simple circuit design, stable, fast response.%该文介绍了一种基于FPGA的矩阵式按键扫描方案，实现了矩阵式键盘在FPGA时序逻辑的控制下自动完成按键的扫描、处理、编码等功能，按键结果的采集通过中断方式来获取，是一种电路设计简单，响应稳定、快速的方法。
【总页数】3页(P4883-4885)【作者】石海洋;段小虎;武华【作者单位】中航工业西安航空计算技术研究所，陕西西安710119;中航工业西安航空计算技术研究所，陕西西安710119;中航工业西安航空计算技术研究所，陕西西安710119【正文语种】中文【中图分类】TP391【相关文献】1.基于FPGA的按键消抖电路设计方法的研究 [J], 于晶;杨晓慧;黄勇2.基于FPGA的一种4×5矩阵式键盘的设计 [J], 孙锴3.基于FPGA的信号发生器按键LCD模块设计 [J], 廖超平4.基于FPGA控制的按键模块的设计与实现 [J], 李莉5.基于FPGA的一种4×5矩阵式键盘的设计 [J], 孙锴因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于FPGA的矩阵式按键扫描的设计
基于FPGA的矩阵式按键扫描的设计摘要：本文介绍了一种基于FPGA的矩阵式按键扫描方案，实现了矩阵式键盘在FPGA时序逻辑的控制下自动完成按键的扫描、处理、编码等功能，按键结果的采集通过中断方式来获取，是一种电路设计简单，响应稳定、快速的方法。
关键词：FPGA，矩阵式，按键扫描引言矩阵式键盘是一种常用的键盘设计方式，具有电路设计简单的特点，通过可编程逻辑（FPGA）来实现按键的扫描和控制，具有反应快速，设计灵活，易于扩展等特点。
本文设计了一种基于FPGA的矩阵式按键扫描方法，系统架构如图1所示。
CPU主要完成系统的控制功能，FPGA完成按键逻辑的控制，矩阵式键盘是一个4*6键盘。
图1 矩阵式键盘系统架构1. 按键扫描的原理在矩阵式键盘中每个按键是跨接在一条列线和一条行线之间，列线作为键盘的输入信号，行线作为按键的输出信号，当按键闭合时，行线采集到的信号电平就是列线上输入的信号电平。
当按键断开时，行线采集到的信号是高电平[1]。
因此，通过在FPGA中产生一个周期性的列扫描信号，也就是每个列线周期性的变为低电平。
当某列为低电平时，采集行信号就可以判断是否有按键按下，同时也可以判断出是那个按键被按下。
如图2所示，一个4*6的矩阵式键盘，在逻辑时序控制下，循环扫描信号由列线进入键盘，列信号Y[5:0]以“111110->111101->111011->110111->101111->0111111”的序列循环扫描[2]，当没有按键按下时，行信号X[3:0]就是“1111”,当采集到的行信号X[3:0]不为“1111”，就是有按键按下，如果是行信号X[3:0] “1101”，而此时列信号为Y[5:0]为：“110111”,就可以判断出是Ｋ42被按下。
123456Y图2矩阵式键盘示意图2.按键扫描信号的产生扫描信号是在FPGA 中通过VHDL 语言有限状态机实现的，通过周期性发送扫描序列信号来完成。
FPGA矩阵键盘课程设计
逻辑仿真与调试
调试工具：使用调试工具对 FPGA矩阵键盘进行调试， 找出并解决设计中的问题
逻辑仿真：使用仿真软件对 FPGA矩阵键盘进行逻辑仿 真，验证设计是否正确
仿真结果分析：分析仿真结 果，找出设计中存在的问题，
并进行修改
调试结果分析：分析调试结 果，找出设计中存在的问题，
并进行修改
FPGA矩阵键盘驱动程序开 发
FPGA矩阵键盘软件设计
软件算法设计
键盘扫描算法：实现键盘矩阵的 扫描和按键检测
键值转换算法：将扫描到的键值 转换为对应的字符或功能键
键盘响应算法：处理键盘输入， 实现按键响应和功能键处理
键盘驱动程序设计：实现键盘的 驱动程序，支持键盘的初始化、 扫描、键值转换和响应等功能
VHDL/Verilog语言实现
FPGA芯片：选择合适的 FPGA芯片，如Xilinx或 Altera
驱动电路：设计键盘驱动电 路，如LED背光、按键反馈
等
电源管理：设计电源管理电 路，如电源输入、电源转换
等
硬件调试：进行硬件调试， 确保键盘功能正常
元器件选型
FPGA芯片：选择合适的 型号和品牌，如Xilinx、 Altera等
游戏机中的矩阵键盘用于控制游戏 角色或操作游戏界面
矩阵键盘可以提高游戏操作的准确 性和响应速度
添加标题
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矩阵键盘可以提供多种按键组合， 实现复杂的游戏操作
矩阵键盘在游戏机中的使用可以提 高用户体验和游戏乐趣
矩阵键盘在医疗设备中的应用
矩阵键盘可以提供多种功能， 如输入密码、选择菜单、调 整参数等
未来发展方向与展望
技术发展趋势：FPGA技术的不断发展和更新，如更高性能、更低功耗等 应用领域拓展：FPGA在更多领域的应用，如人工智能、物联网等 课程设计优化：课程设计的不断优化和完善，提高教学质量和效果
基于FPGA的键盘扫描模块的设计与实现
基于FPGA的键盘扫描模块的设计与实现在产品中，键盘是最基本的输入设备，然而在应用中都采纳通用的键盘扫描器件是不现实的，需要单独设计成专用的小键盘。
现代(电子设计)技术提供了一种很好的途径,利用硬件描述语言和器件可以很便利地构建键盘扫描模块。
经过实际操作检验,该模块可以很好地对每一次按键动作举行扫描和响应，实现预先设计的功能。
1 概述1.1 通用键盘和专用键盘在现代个人计算机系统中，普通都采纳通用的标准键盘(如：标准101/102键盘或Microsoft自然PS/2键盘)来实现人与计算机之间的接口交互,所需要的各种数据和命令等信息都通过键盘来输入计算机。
但是，在各种系统(如手机、微波炉、电风扇等)中，所需要的键盘按键个数十分有限,通常为几个到十几个不等(而标准键盘通常为一百多个按键)，并且每个按键所代表的功能含义也各不相同。
所以，针对每一种嵌入式系统都应对键盘(包括键盘扫描模块和相关控制信号等)举行特地设计,结合工程实际状况充分利用该系统已有的各种资源，使所设计的键盘恰如其分地融合到嵌入式系统中，成为其不行分割的一部分。
1.2 编码键盘和扫描键盘在数字中，可以利用实现按键键值的挺直编码。
将每个按键的输出信号对应衔接到编码器的每个输入端，通过编码规律就可以在编码器的输出端得到对应每个按键的码值，早期称这种键盘为编码键盘。
但是，当按键较多时数码规律的成本较高，挺直编码的办法也不够灵括，一旦编码规律固定就难以更改。
在通用键盘上或当按键数量较多时，普遍采纳扫描方式产生键值。
将按键衔接成矩阵，每个按键位于某行、某列的交点上，1所示，先通过扫描方式确定按下键的行和列位，即位置码或扫描码。
再查表将位置码转换为按键码值或者挺直用法扫描码，有些参考书称此为“非编码键盘”。
但这种名称简单让人误会为没有对应的键值，因此又称为第1页共4页。
矩阵键盘工作原理
矩阵键盘工作原理矩阵键盘是一种常见的输入设备，广泛应用于计算机、手机、电子游戏机等各种电子设备中。
其工作原理是通过一种特殊的电路设计，实现了少量的输入引脚就可以控制大量的按键，从而实现了节省成本和空间的效果。
下面我们将详细介绍矩阵键盘的工作原理。
首先，矩阵键盘由若干行和若干列的按键组成，每个按键的交叉点处都连接有一个开关。
当按下某个按键时，该按键所在的行和列就会发生短路，从而改变了对应的电路状态。
接下来，通过扫描电路逐行或逐列地扫描按键状态，以确定哪些按键被按下。
这样就可以通过少量的引脚来控制大量的按键，实现了矩阵键盘的工作原理。
其次，矩阵键盘的工作原理可以通过一个简单的例子来说明。
假设一个4x4的矩阵键盘，共有16个按键，分为4行和4列。
通过扫描电路逐行扫描按键状态，可以确定哪些按键被按下。
比如，当按下第一行的第二个按键时，该按键所在的第一行和第二列就会发生短路，通过扫描电路可以检测到这一变化，从而确定了该按键被按下。
通过这种方式，可以通过4行和4列的引脚来控制16个按键，实现了矩阵键盘的工作原理。
最后，矩阵键盘的工作原理还可以通过电路图来进一步说明。
在矩阵键盘的电路图中，每个按键都连接在特定的行和列上，通过扫描电路逐行或逐列地扫描按键状态，可以确定哪些按键被按下。
这样就可以实现通过少量的引脚来控制大量的按键，从而节省了成本和空间。
总之，矩阵键盘通过特殊的电路设计，实现了少量的输入引脚就可以控制大量的按键，从而节省了成本和空间。
通过扫描电路逐行或逐列地扫描按键状态，可以确定哪些按键被按下，从而实现了矩阵键盘的工作原理。
希望本文能够帮助大家更好地理解矩阵键盘的工作原理。
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扫描键盘的设计思想和代码技巧非常值得学习。
首先扫描键盘可以节省FPGA 的引脚资源，例如一个4x4的扫描键盘有16个按键，如果不用扫描方式而是直接把16跟控制线接入FPGA ，就要16个引脚，而用扫描方式只需要4+4=8个引脚。
尤其是随着键盘的增大，比如8x9=72的键盘，用扫描方式只需要17个引脚。
要想了解扫描键盘的原理，首先要知道矩阵键盘的电路结构。
如上图所示，矩阵键盘的某一个按钮按下会使对应的一条行线和列线导通，为了便于分析扫描过程做如下简化：
3.3v Row0
Row1 Row2
Row3 Col 0 Col 1 Col 2 Col 3
Row0
Row1
Row2
Row3
Col 0 Col 1 Col 2 Col 3
3 5 A E D C 2 B 9 8 F
4 6 0 1 7 接高电平 由FPGA 输出给键盘高低电平的组合，即是扫描码
键盘行线
高低电平的变化输入给FPGA
扫描键盘的工作状态分为两种：
第一种状态是判断是否有键按下，该状态下四根列线对应的电平状态是{col 0,col 1,col 2,col 3}=0000 。
四根行线左端都接高电平，没有键被按下时，四根行线右端的状态是{row0,row1,row2,row3}=1111 。
假如上图中按键3被按下了，也就是说row0和col 0接通了。
那么四根行线右端的状态将会是{row0,row1,row2,row3}=0111 。
也就是说，在第一种状态下，只要键盘行线输入FPGA的状态不是1111，就说明有键被按下了。
马上进入第二状态。
第二种状态是判断具体哪个键被按下了。
该状态下四根行线左端接高电平不变，四根列线对应的电平状态不断变化，由FPGA的输出的扫描码控制四根列线的电平状态。
由第一状态的行线输入已经可以确定按键所处的行了。
接下来只要再确定按键所处的列就可以确定到底哪个键被按下了。
如何根据行线的输入确定按键所处的列，奥妙就在于扫描码了。
让列线以1000、0100、0010、0001的电平状态不断循环。
假设上一状态确定按键处于row0行，那么随着扫描的进行，行线输入的变化规律如下表：
1000 0100 0010 0001 1000 0100 0010 0001 1000 0100 0010 0001 扫描
码
Row0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0
Row1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Row2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Row3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
观察上表可以发现，在row0是1的时候与之对应的扫描码可以体现出按键所在列。
一个随之而来的设计思路是在第一状态确定按键所在行，然后在第二状态捕捉特定行是高电平的时候所对应的扫描码。
但是这里有一个不可避免的实际问题，那就是机械键盘的抖动！这种抖动主要体现在两个方面：第一，我们手指按某个键的时候可能由于接触面积大无意中碰到周围的键。
第二，在按着一个键的时候由于力度不均或者接触不良，行线和列线并不能时刻保持接通的状态。
下图来自网络上，描述的是单片机的机械键盘，借用一下。
如何避免抖动的影响才是矩阵键盘设计的难点。
由于抖动的存在，我们在第一状态下只能确定有键按下了，并不确定是哪一行的键被按下了。
所以第一状态的任务是判断是否有键按下，如果有就进入第二状态，如果没有，就从第二状态回到第一状态。
第二状态开始输出扫描码给键盘的列，同时从键盘的行收集行线的电平状态作为输入。
然后根据行线输入和扫描码判断按键位置。
还要有一个消抖模块，消除抖动影响的原理就是抖动时间都很短，例如在0.5秒内循环扫描了200次，其中150次扫描结果都显示按键6被按下了，32次显示按键5被按下了，18次显示按键2被按下了。
那么就可以确定按键是6，并且按键的人力度偏向于右上方。
如果抖动时间是10ms 的话，我们设定扫描结果中某个按键连续出现了16ms 以上的时间，则该按键有效，小于16ms 的按键都视为抖动被“过滤”掉。
在总体架构的设计中，根据行线输入和扫描码判断按键位置的功能可以独立作为一个模块。
先用组合逻辑试试。
输出是4位的二进制数，从0到F 代表按键位置的编号，如图二矩阵键盘简化示意图所示。
其中en 是使能信号，en 为高电平时模块开始判断按键位置。
由行线输入和扫描码判断按键位置的具体原理是什么呢？还是要分别确定行和列。
首先看行线输入，如果是0111 。
就确定是第一行。
如果是0100就确定是第二行……如果是1111，就捕捉对应的扫描码。
将行与扫描码对应就得到按键位置。
在没有键按下的时候列线电平状态是{col 0,col 1,col 2,col}=0000 。
一旦有键按下立即输出列线扫描码key_col_scan 和始能信号给key_position 模块，没有键按下就回到{col 0,col 1,col 2,col}=0000的状态同时把en 拉低。
此功能可独立作为一个模块。
前面分析可知，只要key_row_in 不是4’b1111就是有键按下了。
扫描码的频率取多少合适呢？夏老师的参考代码中扫描码的变换速度是1ms 一次。
一秒钟循环扫描250次。
还需要写一个分频模块了。
Key_position
en Key_row_in Key_col_scan Key_position Key_judge Key_row_in Clk Rst en Key_col_scan
分频模块：
系统时钟依然是50MHZ 。
clk_period=20ns clk_divide_period=1ms; 1ms=106ns=5x104clk_period
由写数码管驱动时的分析可知，Binary[n]每隔十进制数值加2n+1循环一次。
而且0和1各占半个周期。
216=65536，215=32768 。
取n+1=15,用binary[14]来分频。
通过分频模块，key_position 模块，key_judge 模块可以得到按键的位置信息。
有键按下时1ms 得到一个按键位置。
相同的按键位置持续20ms 以上才算有效。
可以用状态机实现这种判断。
接下来的问题是一个有效按键持续的时间需要被记录么？比如某些手机上有长按某键开关机的功能，那就是记录了按键的时长。
还有某些计算器上持续按一个键一段时间屏幕上会显示一串字符，那一定是不管按键是否抬起，只要持续一定时长就算一次按键。
由此看来，为了实现更多功能，我们有必要记录按键时长。
方法就是设置一个计数器，在en 为高的状态下相同按键持续20ms 算一次有效，计数器加一。
计数器所记录的就是按键有效了多少次。
当en 为低的时候说明按键被松开了，计数器清零。
把按键有效位置和有效次数都作为驱动程序的输出，至于数码管如何显示就要看实际的需求了。
下一个问题是16ms 算一次有效只需要写一个16状态的状态机。
如果遇到200,2000ms 有效的情况呢？一个思路是继续分频，加大判断的时间间隔。
但这并不是好方法。
听李老师说可以用generate 写数量大的状态机。
下面是总体架构：
Clk rst
en Key_position Key_valid_position Valid_counter Filter_shake
Divide
clk Rst_n Clk_divide Key_judge Key_row _in
Clk Rst
en Key_col _scan Clk rst en Key_posit
ion
Key_valid_positi on
Valid_cou nter Filter_sha
ke
Key_position en Key_row_i Key_col_sc an Key_positio
最大框图之外的引脚，左侧从上到下依次是clk, rst_n, key_row_in; 右侧依次是valid_counter, key_valid_position, key_col_scan;。