键盘及接口显示电路 EDA.docx

1、键盘及接口显示电路 EDA河南科技大学课 程 设 计 说 明 书课程名称 EDA技术 题 目 键盘及接口显示电路 学 院 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 2012年7月12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

2、入其他环节，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：键盘扫描 译码显示 字符串 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.

3、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

4、行信号输出为“0111”，即KEY_HANG3.0的3管脚为“0”，可由电路看出，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

5、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

6、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

7、10ms即可。如果连续两次检测都有按键被按下，则可以肯定有按键被按下，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，同时由于所有数码管都处于被点亮状态，所以需要的电流很大，当数码管的数量增多时，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：

8、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

9、平，其它位为高电平即可，如：0000译码为0111_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； seg7_data6.0：驱动7段数码管各显示段的输出信号；2.4.2 原理图图2.2 字符串

10、显示原理图第三章 仿真3.1 键盘扫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 字符串显示第四章 程序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_logi

11、c_vector(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 issignal 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

12、:std_logic; -按键标志位，判断是否有键被按下begin scan=00000001; -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 kbrow=0001; sta kbrow=0010; sta kbrow=0100; sta kbrow=1000; sta kbrow=1111; end case; end if; end process;-行扫描译码 process(clk,start) begin if start=0then seg7 case kbcol is when 000

13、1= seg7=1111001; dat seg7=1101101; dat seg7=0110000; dat seg7=1111110; dat seg7=0000000; dat case kbcol is when 0001= seg7=1111000; dat seg7=1011111; dat seg7=1011011; dat seg7=0110011; dat seg7=0000000; dat case kbcol is when 0001= seg7=0011111; dat seg7=1110111; dat seg7=1111011; dat seg7=1111111;

14、 dat seg7=0000000; dat case kbcol is when 0001= seg7=1000111; dat seg7=1001111; dat seg7=0111101; dat seg7=1001110; dat seg7=0000000; dat seg7=0000000; 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 if fnevent and fn=1the

15、n -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); seg7_data:out std_logic_vector(

16、6 downto 0);end entity scan8led;architecture one of scan8led istype 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 1110110, 1111001, 0111000, 0111000, 00

17、11111, 0000000); 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 00000001, 00000010, 00000100, 00001000, 00010000); begin process(clk) variable count:integer range 0 to 4:=0; begin if(clkevent and clk=1)then count:

18、=count+1; led_addr=led_addr_table(count); if(data_control(count)=1)thenseg7_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

19、模块编写调试成功时，都会很高兴。在编写顶层文件的程序时，遇到了不少问题，特别是各元件之间的连接，以及信号的定义，总是有错误。排除困难后，程序编译就通过了。在波形仿真时，也遇到了一点困难，想要的结果不能在波形上得到正确的显示，后来，经过屡次的调试之后，才发现在写代码之前对信号的相位考虑不足。 通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为以后的工作所服务。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的

20、知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。 总的来说，这次设计还是比较成功的，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的辛勤指导下，终于迎刃而解，有点小小的成就感，终于觉得平时所学的知识有了实用的价值，达到了理论与实际相结合的目的，不仅学到了不少知识，而且锻炼了自己的能力，使自己对以后的路有了更加清楚的认识，同时，对未来有了更多的信心。最后，对给过我帮助的老师和所有同学再次表示忠心的感谢！ 参考文献1 徐志军.徐光辉CPLD/FPGA的开发与应用 .2001.电子工业出版社2 朱正伟 EDA技术及应用 清华大学出版社3 延明、张亦华 数字电路EDA技术入门 北京邮电大学出版社4 EDA技术与VHDL 徐志军、王金明、尹延辉 北京： 电子工业出版社5 于润伟.数字系统设计与EDA技术. 北京:机械工业出版社