键盘及接口显示电路 EDA

1、 河南科技大学 课 程 设 计 说 明 书 课程名称 EDA技术 目题 键盘及接口显示电路 院 学 车辆与动力工程学院 班 级 农业电气化与自动化091 学生姓名 卢浩冉 指导教师 罗四倍 日 期 月年 2012712 号 键盘及接口显示电路 摘 要 本文通过对44矩形键盘的信息采集，并能够在数码显示管上显示所按下的信息。通过循环输出行信号，检测列信号输入，将行列信号相并，来达到采集信号的目地，并通过译码在7段数码管上显示出来。此次设计，为了防止抖动引起的混乱，加入了一个防抖动环节。 在译完一个键值后，加了一个计算环节，一旦检测到列信号后，译码，紧跟着进入计数环节，此时键抖动不会进入其他环节，

2、这样可以防止抖动。给精度较高的场合应用提供了良好的条件，为以后高精度的应用创造良好空间。设计中通过按键控制可以显示字符串，例如“HELLO”,较小的改动可以任意显示5个字符，这在广告中的用处随处可见，给现代生活带来了方便。 关键词字符串 译码显示 ：键盘扫描目 录 第一章 绪论 . 4 . 41.1设计目的和意义 . 4设计任务及要求1.2 第二章 总体设计 . 5 2.1工作原理 . 5 2.2设计思路 . 5 2.3数码管显示译码模块设计 . 6 2.4字符串“HELLO”的模块实现 . 7 2.4.1七段数码管译码扫描显示 . 7 2.4.2原理图 . 8 第三章 仿真 . 9 3.1键

3、盘扫描功能的仿真 . 9 3.2字符串的仿真 . 10 第四章 程序 . 10 4.1键盘扫描程序 . 11 4.2字符串显示程序 . 16 第五章 结论 . 18 参考文献 . 19 第一章 绪论 1.1 设计目的和意义 本次设计的目的就是通过实践深入理解计算机组成原理，了解EDA技术并掌握VHDL硬件描述语言的设计方法和思想。以计算机组成原理为指导，通过学习的VHDL语言结合电子电路的设计知识理论联系实际，掌握所学的课程知识和基本单元电路的综合设计应用。通过对掌握44键盘的扫描的巧妙实现和对字符串的显示过程.巩固和综合运用所学知识，提高IC设计能力，提高分析、解决计算机技术实际问题的独立工

4、作能力。 1.2 设计任务及要求 1. 键盘扫描功能：能够对矩形键盘信息采集； 2. 显示功能：能够显示相应的按键信息，并能够在按键控制下切换为字符串显示“HELLO”！ 3. 掌握数码管工作的原理，并能够对设计的程序进行仿真和测试，以实现相应的功能。第二章 总体设计 2.1工作原理 可编程器件的KEY_HANG3.0行信号输出端不停循环输出“1110”“1101”“1011”“0111”。当没有键按下时可编程器件的KEY_LIE3.0列信号输入端检测到的是“1111”。当有按键按下时，如按下1，此时KEY_HANG3.0行信号输出为“0111”，即KEY_HANG3.0的3管脚为“0”，可由

5、电路看出，此时输入端KEY_LIE3.0检测到的将是“0111”。KEY_LIE3.0的3管脚为0，可以在编写程序时，将输出信号KEY_HANG3.0与输入信号KEY_LIE3.0同时判断，比如可以认为当数据“KEY_HANG&KEY_LIE”为“01110111”时，可译码成数据1,。同理可得其他按键的编码。根据不同数据的编码译成不同的数据。 2.2设计思路 1.循环输出行信号，检测列信号输入，将行列信号相并。 2.译键值。 3.去抖动。在译没一个键值后，为了防止抖动，加了一个计算环节，一旦检测到列信号后，译码，紧跟着进入计数环节，此时键抖动不会进入其他环节，这样可以防止抖动。 4.数码管译

6、码、循环显示。 电路的具体功能罗列如下： 1) 采用44矩阵键盘作为操作数和操作符的输入设备。 2) 采用2位8 段数码管作为输出显示设备，显示按下的数字及简单的功能。 3) 由于所有键盘在按下或者弹起的时候均有按键抖动，所以应该采用去抖 电路，当检测到有按键按下去的时候，应该延时20ms后，再进行检测，如果仍有键 盘按键被按下去的话，则进行键盘读值。当CLK_1K上升沿到来时状态转为state0，然后判断列与非后的值，看是否有按键按下，如果有输入数据，则自动启动20ms的计数器，当计满数后，产生一个指示信号，此信号为1bit，高电平有效。当读到此指示信号后，便再次将row信号锁存至寄存器，便

7、得到键盘的一个返回值。如果row没有变化，则state转换为state2，对第二行进行按键扫描。依此类推，扫描第三行与第四行。 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，如图2.2所示，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，在软件中必须加入去除抖动处理。如图2.1所示 图2.1 按键闭合时产生的抖动 由图中可以看出，最简单的去抖方法就是每隔一段时间读一次键盘，时间间隔大于10ms即可。如果连续两次检测都有按键被按下，则可以肯

8、定有按键被按下，而且也进入闭合稳定期。 2.3数码管显示译码模块设计 数码管显示译码电路主要用来对实际的二进制数据装换为8段数码管的实际显示控制码，采用两个2位的8段共阴极数码管，数码管的显示方式有两种：静态显示和动态显示。具体如下: 静态显示方式：所谓静态显示就是指无论是多少位数码管，同时处于显示状态需要的硬件电路较多（每一个数码管都需要一个锁存器），将造成很大的不便，同时当数码管的数量增多时，所以需要的电流很大，由于所有数码管都处于被点亮状态，对电源的要求也就随之增高。所以，在大部分的硬件电路设计中，很少采用静态显示方式。 动态显示方式：所谓动态显示，是指无论在任何时刻只有一个数码管处于显

9、示状态，每个数码管轮流显示。 动态显示的优点是：硬件电路简单（数码管越多，这个优势越明显），由于每个时刻只有一个数码管被点亮，所以所有数码管消耗的电流较小；缺点是：数码管亮度不如静态显示时的亮度高，例如有8个数码管，以1秒为单位，每个数码管点亮的时间只有1/8秒，所以亮度较低；如果刷新率较低，会出现闪烁现象；如果数码管直接与单片机连接，软件控制上会比较麻烦等。 显示译码方式如下： 1) 时钟上升沿到来时分别对位选和段选进行译码。 2) 将输入的2bite位选数据译码成4 比特数据控制数码管的2位，由于是共阴极数码管要选定相应的数码管则使该位位低电平，其它位为高电平即可，如：0000译码为011

10、1_1111，对应于实验板上的左边第一位数码管。 3) 将输入的4bite段选数据译码为8比特数据控制8个LED的亮灭，最高位接A,最低位接小数点位DP。若要显示0则对应的译码为 8b1111_1100。 2.4字符串“HELLO”的模块实现 2.4.1 七段数码管译码扫描显示 clk：时钟输入端，此信号是串行扫描的同步信号。 data_control7.0：8个分别控制数码管显示的输入信号； led_addr7.0：对8个数码管进行串行扫描的输出控制信号； 段数码管各显示段的输出信号；7：驱动seg7_data6.02.4.2 原理图 图2.2 字符串显示原理图 第三章 仿真 3.1 键盘扫

11、描功能的仿真 没有键按下时行循环输出“”“”“”“” 图3.1 无按键时波形 当随机按下时行保持所按下的状态不变 图3.2 随机按键时波形 3.2 字符串的仿真 图3.3 字符串显示 程序 第四章4.1 键盘扫描程序 library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity jp is port( clk,start:in std_logic; kbcol:in std_logic_vector(3 downto 0); -行扫描信号 kbrow:out std_logic_vector

12、(3 downto 0); - 列扫描信号 seg7_out:out std_logic_vector(6 downto 0);- 显示控制信号 scan:out std_logic_vector(7 downto 0) -数码管地址选择控制信号 ); end jp; architecture one of jp is signal count,sta:std_logic_vector(1 downto 0); signal seg7:std_logic_vector(6 downto 0); signal dat:std_logic_vector(4 downto 0); signal fn

13、:std_logic; -按键标志位，判断是否有键被按下 begin scan= -只使用一个数码管显示 -循环扫描计数器 process(clk) begin if clkevent and clk=1then count=count+1; end if; end process; -循环列扫描 process(clk) begin if clkevent and clk=1then case count is when kbrow= sta kbrow=0; sta kbrow=0; sta kbrow=0; sta kbrow=I1; end case; end if; end proc

14、ess; -行扫描译码 process(clk,start) begin if start=0then seg7=elsif clkevent and clk=1then case sta is when case kbcol is when seg7=I1001; dat seg7=H1101; dat seg7=0000; dat seg7=I1110; dat seg7= dat case kbcol is when seg7=I1000; dat seg7=A1111; dat seg7=A1011; dat seg7=0011; dat seg7= dat case kbcol is

15、 when seg7=1111; dat seg7=I0111; dat seg7=I1011; dat seg7=I1111; dat seg7=dat case kbcol is when seg7=0111; dat seg7=1111; dat seg7=1101; dat seg7=1110; dat seg7= dat seg7= end case; end if; end process; -产生按键标志位，用于存储按键信息 fn=not (dat(0) and dat(1) and dat(2) and dat(3) and dat(4); process(fn) begin

16、if fnevent and fn=1then -按键信息存储 seg7_out =seg7; end if; end process; end one; 4.2 字符串显示程序 library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity Scan8led is port(clk:in std_logic; data_control:in std_logic_vector(4 downto 0); led_addr:out std_logic_vector(4 downto 0); seg

17、7_data:out std_logic_vector(6 downto 0); end entity scan8led; architecture one of scan8led is type aaaa is array (0 to 3)of integer; constant a:aaaa:=(0,1,2,3); type seg7_data_type is array(natural range)of std_logic_vector(6 downto 0); constant seg7_data_table:seg7_data_type(0 to 5):=(-gfedcba I011

18、0, I1001, 1000, 1000, 1111, ? type led_addr_type is array(natural range)of std_logic_vector(7 downto 0); constant led_addr_table:led_addr_type(0 to 4):=(-dizhibiao ?就? ?尰?尰? ?尰? ?尰? begin process(clk) variable count:integer range 0 to 4:=0; begin if(clkevent and clk=1)then count:=count+1; led_addr=l

19、ed_addr_table(count); if(data_control(count)=1)then seg7_data=seg7_data_table(count); else seg7_data=seg7_data_table(5); end if; end if; end process; end architecture one;第五章 结论 这次EDA课程设计历时十天，学到很多很多的东西。同时不仅可以巩固以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次设计，进一步加深了对EDA的了解，让我对它有了更加浓厚的兴趣。特别是当每一个子模块编写调试成功时，都会很高兴。在编写顶层文件