矩阵键盘显示电路的设计

二、实验原始数据记录

1.实验现象

当设计文件加载到目标器件后，将数字信号源模块的时钟选择为1KHZ，按下矩阵键盘的某一个键，则在数码管上显示对应的这个键标识的键值，当再按下第二个键的时候前一个键的键值在数码管上左移一位。按下“*”键则在数码管是显示“E”键值。按下“#”键在数码管上显示“F”键值。

2.实验图片记录

湖南科技大学

物理与电子科学学院专业实验报告

实验课程：FPGA 实验原理

实验项目：矩阵键盘显示电路的设计专业：物理与电子科学学院班级：电子信息科学与技术3班姓名：马竞怡学

号：

1308020328

实验日期：年月日

实验报告

一、实验目的内容及步骤

1.实验目的

1)了解普通4×4键盘扫描的原理。2)进一步加深七段码管显示过程的理解。3)了解对输入/输出端口的定义方法。

2..4×4矩阵键盘电路原理图

信号名称

对应FPGA 管脚名

说明

KEY-C0AC18

钜阵键盘的第1列选择KEY-C1AC17钜阵键盘的第2列选择KEY-C2AD17钜阵键盘的第3列选择KEY-C3AC16钜阵键盘的第4列选择KEY-R0AD16钜阵键盘的第1行选择KEY-R1AC15钜阵键盘的第2行选择KEY-R2AD15钜阵键盘的第3行选择KEY-R3

AC14

钜阵键盘的第4行选择

3..实验步骤

1)打开QUARTUSII 软件，新建一个工程。

2)建完工程之后，再新建一个VHDL File，打开VHDL 编辑器对话框。

3)按照实验原理和自己的想法，在VHDL 编辑窗口编写VHDL 程序，用户可参照光

盘中提供的示例程序。

4)编写完VHDL 程序后，保存起来。方法同实验一。

5)对自己编写的VHDL 程序进行编译并仿真，对程序的错误进行修改。

6)编译仿真无误后，依照4X4矩阵键、数码管与FPGA 的管脚连接表（表或参照附

录进行管脚分配。表10-2是示例程序的管脚分配表。分配完成后，再进行全编译一次，以使管脚分配生效。

7)用下载电缆通过JTAG 口将对应的sof 文件加载到FPGA 中。观察实验结果是否

与自己的编程思想一致。

实验预习报告

一、实验原理及公式

通常在一个键盘中使用了一个瞬时接触开关，并且用如图10-1所示的简单电路，微处理器可以容易地检测到闭合。当开关打开时，通过处理器的I/O 口的一个上拉电阻提供逻辑1；当开关闭合时，处理器的/IO 口的输入将被拉低得到逻辑0。可遗憾的是，开关并不完善，因为当它们被按下或者被释放时，并不能够产生一个明确的1或者0。尽管触点可能看起来稳定而且很快地闭合，但与微处理器快速的运行速度相比，这种动作是比较慢的。当触点闭合时，其弹起就像一个球。弹起效果将产生如图10-2所示的好几个脉冲。弹起的持续时间通常将维持在5ms ∼30ms 之间。如果需要多个键，则可以将每个开关连接到微处理器上它自己的输入端口。然而，当开关的数目增加时，这种方法将很快使用完所有的输入端口。

键盘扫描的实现过程如下：对于4×4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。

获取到行值和列值以后，组合成一个8位的数据，根据实现不同的编码在对每个按键进行匹配，找到键值后在7段码管显示。

（矩阵键盘）

成绩：教师：