VHDL键盘扫描

VHDL 键盘扫描设计 本设计旨在实现一个基于 FPGA 的键盘扫描系统，包括键盘扫描模块、LED 点阵模块和蜂鸣器模块三个部分。该系统可以实现在 4x4 键盘上扫描按键，输出对应的键值，并控制 LED 点阵显示相应的字符，蜂鸣器发声对应的音调。 一、设计目的 本设计的目的是巩固和运用所学课程，理论联系实际，提高分析、解决计算机技术实际问题的独立工作能力，通过对 FPGA 几个简单的模块设计，进一步加深对计算机原理以及数字电路应用技术方面的了解与认识，进一步熟悉数字电路系统设计、制作与调试的方法和步骤。 二、设计内容 本设计包括三个部分： 1. 键盘扫描模块：设计一个 4x4 的键盘扫描模块，要求有防抖动功能。 2. LED 点阵模块：用键盘控制 16x16 点阵 LED 显示各种字符。 3. 蜂鸣器模块：用键盘控制蜂鸣器发声，能有各种音调。 三、实现方法 本系统的系统组成及连接原理如图 3.1 所示，主系统由四个功能模块组成：分频模块、键盘扫描模块、LED 点阵模块、发声模块。 1. 分频模块 分频模块的作用是把 2MHZ 的时钟分成 1kHZ 和 500HZ，为键盘扫描模块和 LED 点阵模块提供时钟。主要方法是通过计数器实现分频。分频模块如图 3.2，clk 是输入时钟，clkout_kb 是输入给键盘扫描模块使用，clkout_LED 是输入给 LED 点阵模块使用。 2. 键盘扫描模块 键盘扫描模块主要包括行列式键盘原理、键盘扫描系统模块划分、键盘译码电路和按键去抖动电路四个部分。 2.1 行列式键盘原理 行列式键盘又叫做矩阵式键盘。用带有 I/O 口的线组成行列结构，按键设置在行列的交点上。本次试验用到的是 4x4 的行列结构键盘，可以构成 16 个按键。 2.2 键盘扫描系统模块划分 键盘扫描系统模块划分如图 3.5 所示，键盘扫描电路时用于产生 keydrv3-keydrv0 信号，其变化顺序为 1110→1101→1011→0111……周而复始的扫描。 2.3 键盘译码电路 键盘译码电路是从 keydrv3～keydrv0 和 keyin3～keyin0 译出按键值的电路，它的真值表如表 1 所示。 2.4 按键去抖动电路 按键去抖动电路实现由于机械触点的弹性作用，触点在闭合和断开瞬间的电接触情况不稳定，造成了电压信号的抖动现象。该模块采用多次连续检测输入键值的原理防抖。 四、仿真结果 仿真结果如图 3.3、图 3.7、图 3.9、图 3.12 所示，证明了设计的正确性和可行性。 本设计成功实现了 VHDL 键盘扫描设计，证明了设计的正确性和可行性，为 FPGA 应用提供了一个有价值的参考设计。