CPLD矩阵键盘

矩阵键盘实验

实验目的：

1．了解4*4 矩阵键盘的工作原理。

2．掌握利用行列扫描法读取按键信息及软件消抖的方法。

3．熟悉掌握VHDL 语言和QUARTUS 2 软件的使用。

4．理解状态机的工作原理和设计方法。

5．掌握利用EDA 工具进行自顶向下的电子系统设计方法。

实验任务

设计制作一个检测4*4 矩阵键盘的按键编码的实验，把实际按键的键值的八位编码先转换成从0000—1111 的编码，再译成数码管能识别的八位编码，在数码管动态显示时，4*4 矩阵键盘的第一行对应00—03，第二行对应04—07，第三行08—11，第四行对应12—15。

实验原理：

1．键盘的工作原理：按键设置在行、列线交点上，行、列线分别连接到按键开关的

两端。行线通过上拉电阻接到+5V电源上。无按键按下时，行线处于高电平的状态，而当有按键按下时，行线电平与此行线相连的列线电平决定。

2．行列扫描法原理：

第一步，使行线为编程的输入线，列线是输出线，拉低所有的列线，判断行线的变化，如果有按键按下，按键按下的对应行线被拉低，否则所有的行线都为高电平。第二步，在第一步判断有键按下后，延时10ms 消除机械抖动，再次读取行值，如果此行线还处于低电平状态则进入下一步，否则返回第一步重新判

断。第三步，开始扫描按键位置，采用逐行扫描，每间隔1ms 的时间，分别拉低第一列，第二列，第三列，第四列，无论拉低哪一列其他三列都为高电平，读取行值找到按键的位置，分别把行值和列值储存在寄存器里。第四步，从寄存器中找到行值和列值并把其合并，得到按键值，对次按键值进行编码，按照从第一行第一个一直到第四行第四个逐行进行编码，编码值从“ 0000” 至“1111”，再进行译码，最后显示按键号码。

3．数码管动态扫描原理：

数码管的7个段及小数点都是由LED块组成的，显示方式分为静态显示和动态显示两种。数码管在静态显示方式时，其共阳管的位选信号均为低电平，四个数码管的共用段选线a、b、c、d、e、f 、g、dp 分别与CPLD的8根I/O 口线相连，显示数字时只要给相应的段选线送

低电平。数码管在动态显示方式时，在某一时刻只能有一个数码管被 点亮显示数字，其余的处于非选通状态，位选码端口的信号改变时， 段选码端口的信号也要做相应的改变 ，每位显示字符停留显示的时间 一般为1-5ms ，利用人眼睛的视觉惯性，在数码管上就能看到相当稳定 的数字显示。

四、实验模块电路图及引脚分配

1.矩阵键盘电路图：

10K

（矩阵键盘电路图）

2•数码管电路图:

2Y1

3Y1

4Y1

1Y2

2Y2

3Y2

4Y2

4 3 2 1 A AAA

+5V

R3 6 10K

R3 7 10K

R3 8 74LS2 44

7-C-0-

6-C-0-

09—

6

41

21

9

7

5 3

1Y2

2Y2

3Y2

4Y2

1Y1

.2Y1

3Y1 4Y1

1

2 A —

3 A —

4 A —

1AZ

2 Az

3 Az

4A«Z

G T l£

2

4

力

t J

K2 1

1_ 3.

」

■2

4" r

H K2

—

丄＞

3.

」

1 1

K7 1 2 3 4 5 6 7 8 4 3 2 1

R3 5 10K

91

4

2

K1 9

K2 7

K ： 3

4

3

3」

K2 3

1 K31

3•引脚分配：

(1)矩阵键盘:

器件引脚标号

CPLD 与引脚此连接引脚号

L1 61 L2 60 L3 58 L4 57 H1 67 H2 65 H3 64 H4

63

2）数码管：

器件引脚标号

CPLD 与此引脚连接引脚号

1 2 3 4

1A2

2A2

3A2

4A2

G1

1111

U1 3 fl 卩 7 5

3 1

8

2

2 1 0 8

7 6 5 2

■b

f

: g .b

口

—dp m d

R1 2 20

L R2 2 20

L^4

2 20

R5

2 20

R6 220

PNP R1 2 K PNP R1 : 2 K PNP R1 2 K PNP R1 2 K

U1 4 7 4LS2 44

1

丫

1A1

2 Y1 2A1

3 Y1 3A1

4 Y1 4A1

1

1A2

2

2A2

3

3A2

4

4A2

多

-

U1 5 7 4LS2 44

GG

1 Y1

2 >5-

3 >T-

4 5^5

1A1

2A1

3A1

4A1

7 4LS2 44

7 6 5 4 3 2 1 0 P PPP PPPP （数码管电路

图）

Cr a

9

U

3

1

8 6 4 2

3 P 2 - P i i '2

7

a

g

E 口 何;

e

.EC

'L ED 8

m e 0

e m P

f

g b e ，

J dp

m

p dp

e m

p

4 3 2 1

PNP

8 6 4 2

74LS2 44

9

JJ 2 >5-

3 >T-

4 5^5—

2

3

1A1

2A1

3A1

4A1

1A2

2A2

3A2

4A2 G1

PNP R1 2K 2 4 6 8

4 3 2 1 Y Y Y Y

9

5 4 P P