鍵盤及接口顯示電路 EDA要點

1、河南科技大學課程設計說明書課程名稱EDA技術題目鍵盤及接口顯示電路學院車輛與動力工程學院班級農(nóng)業(yè)電氣化與自動化091學生姓名盧浩冉指導教師羅四倍日期2012年7月12號車輛與動力工程學院課程設計說明書 鍵盤及接口顯示電路摘要本文通過對4x4矩形鍵盤的信息采集，并能夠在數(shù)碼顯示管上顯示所按下的信息。通過循環(huán)輸出行信號，檢測列信號輸入，將行列信號相并，來達到采集信號的目地，并通過譯碼在7段數(shù)碼管上顯示出來。此次設計，為了防止抖動引起的混亂,加入了一個防抖動環(huán)節(jié)。在譯完一個鍵值后，加了一個計算環(huán)節(jié)，一旦檢測到列信號后，譯碼，緊跟著進入計數(shù)環(huán)節(jié)，此時鍵抖動不會進入其他環(huán)節(jié)，這樣可以防止抖動。給精度較高

2、的場合應用提供了良好的條件，為以后高精度的應用創(chuàng)造良好空間。設計中通過按鍵控制可以顯示字符串，例如“HELLO”較小的改動可以任意顯示5個字符，這在廣告中的用處隨處可見，給現(xiàn)代生活帶來了方便。關鍵詞:鍵盤掃描譯碼顯示字符串目錄TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 第一章緒論4 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 1.1設計目的和意義4 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 1.2設計任務及要求4 HYPERLINK l book

3、mark16 o Current Document 第二章總體設計52.1工作原理52.2設計思路5 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 2.3數(shù)碼管顯示譯碼模塊設計6 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 2.4字符串“HELLO”的模塊實現(xiàn)72.4.1七段數(shù)碼管譯碼掃描顯示72.4.2原理圖8 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 第三章仿真9 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 3.1鍵盤掃描功能的仿真

4、9 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 3.2字符串的仿真10 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 第四章程序114.1鍵盤掃描程序11 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 4.2字符串顯示程序16 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 第五章結論18 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 參考文獻19第一章緒論1.1設計目的和意義本次設計的目的就是通過實踐深入

5、理解計算機組成原理，了解EDA技術并掌握VHDL硬件描述語言的設計方法和思想。以計算機組成原理為指導，通過學習的VHDL語言結合電子電路的設計知識理論聯(lián)系實際，掌握所學的課程知識和基本單元電路的綜合設計應用。通過對掌握4x4鍵盤的掃描的巧妙實現(xiàn)和對字符串的顯示過程鞏固和綜合運用所學知識，提高IC設計能力，提高分析、解決計算機技術實際問題的獨立工作能力。1.2設計任務及要求鍵盤掃描功能：能夠?qū)匦捂I盤信息米集；顯示功能：能夠顯示相應的按鍵信息，并能夠在按鍵控制下切換為字符串顯示“HELLO”!掌握數(shù)碼管工作的原理，并能夠?qū)υO計的程序進行仿真和測試，以實現(xiàn)相應的功能。第二章總體設計2.1工作原理可

6、編程器件的KEY_HANG3.O行信號輸出端不停循環(huán)輸出T110”T101”T011”“0111”。當沒有鍵按下時可編程器件的KEY_LIE3.O列信號輸入端檢測到的是Till”。當有按鍵按下時，如按下1,此時KEY_HANG3.O行信號輸出為“Olli”，即KEY_HANG3.O的3管腳為“0”，可由電路看出，此時輸入端KEY_LIE3.O檢測到的將是“Olli”。KEY_LIE3.O的3管腳為0,可以在編寫程序時，將輸出信號KEY_HANG3.0與輸入信號KEY_LIE3.0同時判斷，比如可以認為當數(shù)據(jù)“KEY_HANG&KEY_LIE”為“OlllOlll，時，可譯碼成數(shù)據(jù)1,。同理可得

7、其他按鍵的編碼。根據(jù)不同數(shù)據(jù)的編碼譯成不同的數(shù)據(jù)。2.2設計思路循環(huán)輸出行信號，檢測列信號輸入，將行列信號相并。譯鍵值。3去抖動。在譯沒一個鍵值后，為了防止抖動，加了一個計算環(huán)節(jié)，一旦檢測到列信號后，譯碼，緊跟著進入計數(shù)環(huán)節(jié)，此時鍵抖動不會進入其他環(huán)節(jié)，這樣可以防止抖動。4數(shù)碼管譯碼、循環(huán)顯示。電路的具體功能羅列如下：1）采用4x4矩陣鍵盤作為操作數(shù)和操作符的輸入設備。2）采用2位8段數(shù)碼管作為輸出顯示設備，顯示按下的數(shù)字及簡單的功能。3）由于所有鍵盤在按下或者彈起的時候均有按鍵抖動，所以應該采用去抖電路，當檢測到有按鍵按下去的時候，應該延時20ms后，再進行檢測，如果仍有鍵盤按鍵被按下去的話

8、，則進行鍵盤讀值。當CLK_1K上升沿到來時狀態(tài)轉(zhuǎn)為stateO，然后判斷列與非后的值，看是否有按鍵按下，如果有輸入數(shù)據(jù)，貝怕動啟動20ms的計數(shù)器，當計滿數(shù)后，產(chǎn)生一個指示信號，此信號為1bit，高電平有效。當讀到此指示信號后，便再次將row信號鎖存至寄存器，便得到鍵盤的一個返回值。如果row沒有變化，則state轉(zhuǎn)換為state2，對第二行進行按鍵掃描。依此類推，掃描第三行與第四行。因為普通的按鍵都是接觸式的，當按鍵閉合或釋放時，上下接觸面都會產(chǎn)生一個很短暫的抖動，如圖2.2所示，這個抖動時間一般都會持續(xù)5-10ms，雖然這個抖動時間很短，但對于FPGA工作在50M的高頻率上的器件來說，還

9、是可以捕捉的到的。為了使CPU對于一次按鍵操作只處理一次，在軟件中必須加入去除抖動處理。如圖2.1所圖2.1按鍵閉合時產(chǎn)生的抖動由圖中可以看出，最簡單的去抖方法就是每隔一段時間讀一次鍵盤，時間間隔大于10ms即可。如果連續(xù)兩次檢測都有按鍵被按下，則可以肯定有按鍵被按下，而且也進入閉合穩(wěn)定期。2.3數(shù)碼管顯示譯碼模塊設計數(shù)碼管顯示譯碼電路主要用來對實際的二進制數(shù)據(jù)裝換為8段數(shù)碼管的實際顯示控制碼，采用兩個2位的8段共陰極數(shù)碼管，數(shù)碼管的顯示方式有兩種：靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示。具體如下：靜態(tài)顯示方式：所謂靜態(tài)顯示就是指無論是多少位數(shù)碼管，同時處于顯示狀態(tài)需要的硬件電路較多（每一個數(shù)碼管都需要一個鎖存器

10、），將造成很大的不便，同時由于所有數(shù)碼管都處于被點亮狀態(tài)，所以需要的電流很大，當數(shù)碼管的數(shù)量增多時,對電源的要求也就隨之增高。所以，在大部分的硬件電路設計中，很少采用靜態(tài)顯示方式。動態(tài)顯示方式：所謂動態(tài)顯示，是指無論在任何時刻只有一個數(shù)碼管處于顯示狀態(tài)，每個數(shù)碼管輪流顯示。動態(tài)顯示的優(yōu)點是：硬件電路簡單（數(shù)碼管越多，這個優(yōu)勢越明顯），由于每個時刻只有一個數(shù)碼管被點亮，所以所有數(shù)碼管消耗的電流較??；缺點是：數(shù)碼管亮度不如靜態(tài)顯示時的亮度高，例如有8個數(shù)碼管，以1秒為單位，每個數(shù)碼管點亮的時間只有1/8秒，所以亮度較低；如果刷新率較低，會出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象；如果數(shù)碼管直接與單片機連接，軟件控制上會比較麻

11、煩等。顯示譯碼方式如下：1）時鐘上升沿到來時分別對位選和段選進行譯碼。2）將輸入的2bite位選數(shù)據(jù)譯碼成4比特數(shù)據(jù)控制數(shù)碼管的2位，由于是共陰極數(shù)碼管要選定相應的數(shù)碼管則使該位位低電平，其它位為高電平即可，如：0000譯碼為0111_1111,對應于實驗板上的左邊第一位數(shù)碼管。3）將輸入的4bite段選數(shù)據(jù)譯碼為8比特數(shù)據(jù)控制8個LED的亮滅，最高位接A,最低位接小數(shù)點位DP。若要顯示0則對應的譯碼為8bllll100。2.4字符串“HELLO”的模塊實現(xiàn)2.4.1七段數(shù)碼管譯碼掃描顯示elk：時鐘輸入端，此信號是串行掃描的同步信號。data_control7.0：8個分別控制數(shù)碼管顯示的輸

12、入信號；led_addr7.0：對8個數(shù)碼管進行串行掃描的輸出控制信號；seg7_data6.0：驅(qū)動7段數(shù)碼管各顯示段的輸出信號；2.4.2原理圖圖2.2字符串顯示原理圖第三章仿真3.1鍵盤掃描功能的仿真沒有鍵按下時行循環(huán)輸出“1110”“1101”“1011”“0111”圖3.1無按鍵時波形當隨機按下時行保持所按下的狀態(tài)不變ibaiTieValue155.535.49ms96.8mz98.11msi994,3竺100.74ms102.05ms103.36msiii104.67msi107.29ms0諺2諺11參1922妙32TOC o 1-5 h zCUL1KuCUC_40KUSIlATA

13、_FUisIlISF.El111EIlISF.UEKEY_.B11SHY_UEB11STAKTUl圖3.2隨機按鍵時波形3.2字符串的仿真蝕3|k.I.4巧EbL.iv.Alrtr.i9L.KCAU.亠iS玄CtfS丄電注嵯it4n8iM創(chuàng)9*9*99C百f監(jiān)色曲dfe：HiUMInBH泗RexmEreIDU.口A打申KIS-ANIhJtrlll事帰探牌海煖笑帰洽帰做SftSSM矽炯召JSW：狀鈕姣洽：移MW龍Sft記飯?zhí)幚淙鼻咭暯~瓷；ss磁:SSSSliffiWSSSSaWSWS逐茹弼磁統(tǒng)；金絕瓷狼ffiWWSSWS逸報:WSWSJ敲歿saswssafissftHWKSssssaMMSsss

14、issssssMsassasasswKssssssssifSKMSssswaassMssfissssjKsssMassMasssftKss：；iU.h_：!UilErarartfai.k.-mtrlt*.fc_3W*ufa_riar虹b_：4Tr31-J_.*Lwn*u迄坂疋如龍私陽:3fi乳LiJ_盤*KIK*Lp|山Fl3ifL厲血口*MOugl.4u.-il2J創(chuàng)-皿回二口口riMSiSWSSWSWSSSSSSfHSSSSSiWSfi：SiffiHSWSSSiSSM5SWSaSSaffiJSSSSSSWSSWiSS舜Mm事斑磁事:fSSSSfti球：SSMSSS：faSS?Sf3SiSf

15、t：SSSSSS；&沁iiS55SWaWffi5S*a；5ftWSi怨:按換w；紳鍛細隔綴璃和饋趙嗒核榔弼檢按鮫郴園嗒曲郴辭螂滋核粋郴如揀枠猟粋郴抉圖3.3字符串顯示第四章程序4.1鍵盤掃描程序libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;useieee.std_logic_unsigned.all;entityjpisport(clk,start:instd_logic;kbcol:instd_logic_vector(3downto0);-行掃描信號kbrow:outstd_logic_vector(3downto0);-列掃描信號seg7_out:outs

16、td_logic_vector(6downto0);-顯示控制信號scan:outstd_logic_vector(7downto0)-數(shù)碼管地址選擇控制信號);endjp;architectureoneofjpissignalcount,sta:std_logic_vector(1downto0);signalseg7:std_logic_vector(6downto0);signaldat:std_logic_vector(4downto0);signalfn:std_logic;-按鍵標志位，判斷是否有鍵被按下beginscankbrowv=0001;stav=00;when01=kbr

17、owv=0010;stakbrowv=0100;stakbrowv=1000;stakbrowcasekbcoliswhen0001=seg7v=1111001;datv=00011;when0010=seg7seg7v=0110000;datv=00001;when1000=seg7seg7v=0000000;datcasekbcoliswhen0001=seg7v=1111000;datseg7seg7v=1011011;datv=00101;when1000=seg7seg7v=0000000;datcasekbcoliswhen0001=seg7=0011111;datseg7seg7

18、seg7seg7v=0000000;datcasekbcoliswhen0001=seg7v=1000111;datv=01111;when0010=seg7=1001111;datseg7=0111101;datseg7v=1001110;datv=01100;whenothers=seg7v=0000000;datseg7v=0000000;endcase;endif;endprocess;-產(chǎn)生按鍵標志位，用于存儲按鍵信息fnv=not(dat(O)anddat(1)anddat(2)anddat(3)anddat(4);process(fn)begin訐fneventandfn=1th

19、en-按鍵信息存儲seg7_outv=seg7;endif;endprocess;endone;4.2字符串顯示程序libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;useieee.std_logic_unsigned.all;entityScan8ledisport(clk:instd_logic;data_control:instd_logic_vector(4downto0);led_addr:outstd_logic_vector(4downto0);seg7_data:outstd_logic_vector(6downto0);endentityscan8

20、led;architectureoneofscan8ledistypeaaaaisarray(0to3)ofinteger;constanta:aaaa:=(0,1,2,3);typeseg7_data_typeisarray(naturalrangev)ofstd_logic_vector(6downto0);constantseg7_data_table:seg7_data_type(0to5):=(-gfedcba1110110,1111001,0111000,0111000,0011111,0000000);typeled_addr_typeisarray(naturalrange)o

21、fstd_logic_vector(7downto0);constantled_addr_table:led_addr_type(0to4):=(-dizhibiao車輛與動力工程學院課程設計說明書00000001, 00000010,00000100,00001000,00010000);beginprocess(clk)variablecount:integerrange0to4:=0;beginif(clkeventandclk=T)thencount:=count+l;led_addrv=led_addr_table(count);if(data_control(count)=1)thenseg7_datav=seg7_data_table(count);elseseg7_datav=seg7_data_table(5);endif;endif;endprocess;endarchitectureone;車輛與動力工程學院課程設計說明書 第五章結論這次EDA課程設計歷時十天，學到很多很多的東西。同時不僅可以鞏固以前