4*4矩阵键盘设计及源代码

4*4矩阵键盘设计及源代码

一 实验目的
1 学习使用4X4 扫描键盘的设计方法；
2 实践对比按键抖动对扫描键盘输出的影响
二 实验原理及说明
1、实验原理

行信号（KEY）接到高电平，当没有键按时，行线与列线（KEYSCAN）是断开的，且行线都是高电平（1111），行信号作为FPGA的输入端、列信号作为FPGA的输出端。可以设置列线初始状态为低电平（0000）。信号为从上到下的顺序
当有键按下时，假如是K1按下，行信号与列信号接通，这时相应的行线（KEY0）变为低电平（01111），可以肯定第一行（K1，5，9，13）有键按下。
下面就要运用扫描的原理了：
1、因为只知道第一行有键按下，不知道是那个，可以设置列信号为0111，这时行信号变为（1111）（注：假设时钟周期很短，手还没松开，即键还在按下的状态）
2、设置列信号为1011，行信号也变成（1111）
3、设置列信号为1101，行信号也变成（1111）
4、设置列信号为1110，行信号也变成（0111），这时就可以肯定是第一个键按下。
关键的工作只要调整好时钟的频率就可以了。
2、实验说明
4X4扫描键盘只用8位数据线，可以提供16个不同的按键信号。这样做的好处是：1节省FPGA管脚资源；2 系统简单化减小电路规模；特别是在资源比较紧张，对成本要求严格的系统中这是一种非常流行的设计方法。在上面的实验中同学们已经见到了扫描数码显示器的实用性，4X4扫描键盘是输入设备，控制器来要稍微复杂一些。掌握这种程序设计方法在以后的学习工作中还是很有用武之地的。
因为一般的开关在大约20ms内信号不稳定，存在所谓的“开关抖动”，会产生多个脉冲影响电路正常工作。所以含开关输入的设计需要做防抖动处理，在本实验可以用20Hz的时钟采样实现防抖。
在设计程序时要注意时钟的的分配；要考虑一般用手把键按下的时间长度等问题。如果不去抖动可以把时钟加快，使按下键的时间内完成扫描处理。实际中操作与理论分析是有差别的，本实验的目的是要下载成功而不仅是仿真通过。
三 实验步骤
1、准备实验前查阅本实验相关的信息
2、构思程序设计方法
3、编写veilog代码同时做程序注释
4、编译仿真程序，与预想结果进行比较，修改程序
5、下载到实验平台上，观察结果
四 实验要求
1 输入verilog设计文件，编译调试通过
2 利用仿真手段进行测试
3 下载程序到实验板，由扫描数码管或led输出按下的键盘码
4 对比抖动的效果
五 扩展性学习
上文已说明开关防抖的必要性，在这种简单的实际应用中做不做防抖处理没有什么区别，但是用按键开关作发送串行数据的开关时就有可能出现问题。所以下文将介绍一种较实用的开关去抖方案，请同学们参考
键一旦被按下，deDitherCounter计数开始。计数5ms（将主时钟分频为小于1ms的时钟）时将键盘编码值（处理前）赋给code，计数到15ms时比较当前的键盘码与10ms前的码是否相同：如果相同，输出keyPressed信号，如果不同不做任何处理，keyPressed信号在1ms后（计数到15）重新拉低。而输出的键盘码code在第5毫秒时就变为有效值，直到下一次按键后的5ms才会重新变为新的值，从而保证在keyPressed信号输出有效时code信号是有效的。
六 管脚映射
原理图见实验原理
管脚映射
扩展信号名称 PIN
Key0 Pin_44
Key1 Pin_43
Key2 Pin_45
Key3 Pin_48
Keyscan0 Pin_47
Keyscan1 Pin_64
Keyscan2 Pin_65

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Keyscan3 Pin_50