基于VHDL 的矩陣鍵盤及顯示電路設計

　　進程P7 用于將數(shù)碼管數(shù)值信號data 譯碼成為7 段數(shù)碼管顯示輸出seg7 ,進程P7 的代碼在此不再贅述。值得注意的是,本文設計的矩陣鍵盤及顯示電路在按鍵防抖和數(shù)據(jù)寄存部分設計得更加簡潔可靠,實現(xiàn)的功能更加強大,其具有如下特點:

　　(1) 為了實現(xiàn)按鍵防抖,本文采用對按鍵狀態(tài)連續(xù)記錄的方式,即在按鍵彈起后連續(xù)8 個時鐘周期均無按鍵信號才確認1 次按鍵有效,從而避免了按鍵按下和彈起過程中的數(shù)據(jù)抖動,相比于使用計數(shù)器從按鍵按下開始計數(shù), 直到5 ～ 10 ms 后才讓按鍵有效的防抖方式 ,這里設計的按鍵防抖更加可靠,且可有效避免長時間按下按鍵產(chǎn)生的重復數(shù)據(jù)輸出,使每次按鍵無論時間長短均可且只會產(chǎn)生1 次數(shù)據(jù)輸出。另外,當電路采用32 768 Hz 以上的時鐘作為系統(tǒng)時鐘時,可以通過增加按鍵狀態(tài)連續(xù)記錄的時鐘周期數(shù),實現(xiàn)可靠的防抖。

　　(2) 該設計采用一個32 位一維數(shù)組temp 作為數(shù)據(jù)寄存器,使用移位寄存方式,實現(xiàn)了對連續(xù)8 次按鍵數(shù)據(jù)的存儲和調(diào)用,從而可以在8 個數(shù)碼管上連續(xù)顯示數(shù)據(jù)。

　　3 　仿真結(jié)果分析

　　本文設計的矩陣鍵盤及顯示電路在Quartus Ⅱ開發(fā)環(huán)境下進行了仿真驗證。其中,按鍵防抖功能的仿真波形如圖3 所示。仿真結(jié)果分析如下:

　　(1) clk 為時鐘輸入信號,作為系統(tǒng)時鐘;

　　(2) start 為清零控制端,當其為高電平時,按鍵有效;

　　(3) kbrow 為列掃輸入信號,kbcol 為行掃輸出信號,圖3 中對kbrow[ 1 ]的輸入波形進行設置,模擬了“A”鍵按下和彈起的過程;

　　(4) f nq 為防抖控制信號, scan 為數(shù)碼管地址掃描輸出,seg7 為數(shù)碼管顯示輸出。由圖3 可知,只有在按鍵彈起后,才有數(shù)據(jù)輸出,從而實現(xiàn)防抖功能。

圖3 　矩陣鍵盤及顯示電路按鍵防抖仿真波形

　　該設計的其他功能也可以通過仿真驗證, 不再贅述。

　　4 　結(jié)　語

　　本文設計矩陣鍵盤及顯示電路在Quartus Ⅱ開發(fā)環(huán)境下進行仿真驗證后,下載到湖北眾友科技實業(yè)股份有限公司的ZY11EDA13BE 實驗箱中進行了硬件驗證。該實驗箱使用ACEX1K系列EP1K30QC208 芯片作為核心芯片。實驗證明,當電路的系統(tǒng)時鐘頻率在1 024～32 768 Hz范圍內(nèi)時,電路均可穩(wěn)定運行,按鍵防抖可靠、功能完整。當系統(tǒng)時鐘頻率低于1 024 Hz 時,需要減少防抖記錄時鐘周期的個數(shù),否則容易錯過短時按鍵動作;當系統(tǒng)時鐘頻率高于32 768 Hz 時,需要增加防抖記錄時鐘周期的個數(shù),以確?？煽康陌存I防抖。