EDA课程设计之4×4阵列键盘键信号检测电路.doc

EDA 课程设计
--4×4阵列键盘键信号检测电路


目录
摘要 1
一、设计任务与要求 2
二、总体框图 3
1、方案选择 3
2、设计思路 3
三、选择器件 5
四、功能模块 5
1、键盘消抖模块 5
(1)逻辑符号 5
(2)内部原理图 5
(3)功能仿真图 6
2、键盘扫描模块 6
(1)逻辑符号 6
(2)VHDL程序 6
(3)功能仿真图 7
3、译码显示模块 7
(1)逻辑符号 7
(2)内部原理图 8
(3)功能仿真图 8
4、4×4键盘的设置 8
五、总体设计电路图 9
1、电路图 9
2、仿真波形 10
3、管脚分配 10
4、硬件验证效果图 11
参考文献 11
摘要
人类文明已进入到高度发达的信息化社会。信息化社会的发展离不开电子信息产品开发技术、产品品质的提高和进步。电子信息产品随着科学技术的进步,其电子器件和设计方法更新换代的速度日新月异。实现这种进步的主要原因就是电子设计技术和电子制造技术的发展,其核心就是电子设计自动化(EDA,Electronic Design Automation)技术,EDA技术的发展和推广应用又极大地推动了电子信息产业的发展。为保证电子系统设计的速度和质量,适应“第一时间推出产品”的设计要求,EDA技术正逐渐成为不可缺少的一项先进技术和重要工具。目前,在国内电子技术教学和产业界的技术推广中已形成“EDA热”,完全可以说,掌握EDA技术是电子信息类专业学生、工程技术人员所必备的基本能力和技能。
本设计主要利用VHDL硬件描述语言在EDA平台Quartus II上设计一个4×4阵列键盘扫描电路,将行扫描信号输入阵列键盘,读取列信号的值,输出按键编码,从而判断出按键按下的位置。并且使用Modelsim软件进行模拟仿真,下载到EDA实验箱进行硬件验证。
关键词:EDA VHDL语言 4×4阵列键盘扫描

一、设计任务与要求
要求通过查阅相关书籍资料,熟悉和初步掌握VHDL语言的语法及其功能,深入分析4×4键盘扫描电路的原理,然后运用VHDL硬件描述语言和图形设计综合方法,实现4×4键盘扫描电路的程序设计,通过运用QuartusⅡ软件平台生成电路符号,利用Modelsim软件建立波形文件,设置输入端口,实现模拟仿真,得到仿真波形图后,在实验箱上进行硬件验证,并记录结果。
设计一个4×4的键盘扫描电路,要求具有防抖动功能。图1是4×4阵列键盘的电路和接口。假设其两个4位口A[3..0]和B[3..0]都有上拉电阻。在应用中,当按下某键后,为了辨别和读取键信息,要向A口扫描输入一组分别只含一个0的4位数据,如1110、1101、1011等。若有键按下,则B口一定会输出对应的数据,这时只要结合A、B口的数据,就能判断出键的位置。如当S0按下,对于输入的A=1110时,那么输出的B=0111。于是{B,A}=0111_1110就成了S0的代码。
二、总体框图
1、方案选择
方案一:
图2 方案一设计框图
图2为方案一的设计框图,键盘按键按下后,经过键盘扫描电路后,直接输出显示。本方案优点在于简单易懂,缺点在于无法消除按键按下时和之后弹起时的抖动对扫描电路的干扰。
方案二:
图3 方案二设计框图
图3为方案二的设计框图,键盘按键按下后,先经过消除抖动电路之后,再进入键盘扫描电路,这样就可以使CPU只处理一次按键操作,避免了按键按下时和之后弹起时的抖动对扫描电路的干扰。另外,LED灯显示可以更直观地看到实验结果。
2、设计思路
本设计采用方案二,主要由三个功能模块组成:键盘消抖模块、键盘扫描模块、译码显示模块。
(1)键盘消抖模块
因为普通的按键都是接触式的,当按键闭合或释放时,上下接触面都会产生一个很短暂的抖动,这个抖动时间一般都会持续5-10ms,虽然这个抖动时间很短,但对于FPGA工作在50M的高频率上的器件来说,还是可以捕捉的到的。为了使CPU对于一次按键操作只处理一次,在软件中必须加入消除抖动处理。
本模块是由四个上升沿触发型D触发器和一个四输入的与门构成的。四个D触发器用同步时序方式连接,即:将它们的时钟输入端都连在一起。在工作时四个D触发器与clk时钟信号同步,输入信号以移位串行方式向前传递。
(2)键盘扫描模块
阵列式键盘又叫做行列式键盘,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。
此模块所用键盘是表1所示的4×4阵列键盘。按键设置在行列交叉点,行列线分别接到按键开关的两端,每个键的按下与否由这个键的行电平和列电平共同决定,当按下时为低电平“0”,没有按下时为高电平“1”。
表1 4×4阵列