基于VHDL 的矩陣鍵盤及顯示電路設(shè)計(jì)

　　進(jìn)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(jìn)程P7 的代碼在此不再贅述。值得注意的是,本文設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)得更加簡潔可靠,實(shí)現(xiàn)的功能更加強(qiáng)大,其具有如下特點(diǎn):

　　(1) 為了實(shí)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(gè)時(shí)鐘周期均無按鍵信號才確認(rèn)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(jì)數(shù)器從按鍵按下開始計(jì)數(shù), 直到5 ～ 10 ms 后才讓按鍵有效的防抖方式 ,這里設(shè)計(jì)的按鍵防抖更加可靠,且可有效避免長時(shí)間按下按鍵產(chǎn)生的重復(fù)數(shù)據(jù)輸出,使每次按鍵無論時(shí)間長短均可且只會產(chǎn)生1 次數(shù)據(jù)輸出。另外,當(dāng)電路采用32 768 Hz 以上的時(shí)鐘作為系統(tǒng)時(shí)鐘時(shí),可以通過增加按鍵狀態(tài)連續(xù)記錄的時(shí)鐘周期數(shù),實(shí)現(xiàn)可靠的防抖。

　　(2) 該設(shè)計(jì)采用一個(gè)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(shí)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(gè)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(shè)計(jì)的矩陣鍵盤及顯示電路在Quartus Ⅱ開發(fā)環(huán)境下進(jìn)行了仿真驗(yàn)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(shí)鐘輸入信號,作為系統(tǒng)時(shí)鐘;

　　(2) start 為清零控制端,當(dāng)其為高電平時(shí),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(jìn)行設(shè)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(shí)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(shè)計(jì)的其他功能也可以通過仿真驗(yàn)證, 不再贅述。

　　4 　結(jié)　語

　　本文設(shè)計(jì)矩陣鍵盤及顯示電路在Quartus Ⅱ開發(fā)環(huán)境下進(jìn)行仿真驗(yàn)證后,下載到湖北眾友科技實(shí)業(yè)股份有限公司的ZY11EDA13BE 實(shí)驗(yàn)箱中進(jìn)行了硬件驗(yàn)證。該實(shí)驗(yàn)箱使用ACEX1K系列EP1K30QC208 芯片作為核心芯片。實(shí)驗(yàn)證明,當(dāng)電路的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率在1 024～32 768 Hz范圍內(nèi)時(shí),電路均可穩(wěn)定運(yùn)行,按鍵防抖可靠、功能完整。當(dāng)系統(tǒng)時(shí)鐘頻率低于1 024 Hz 時(shí),需要減少防抖記錄時(shí)鐘周期的個(gè)數(shù),否則容易錯(cuò)過短時(shí)按鍵動作;當(dāng)系統(tǒng)時(shí)鐘頻率高于32 768 Hz 時(shí),需要增加防抖記錄時(shí)鐘周期的個(gè)數(shù),以確保可靠的按鍵防抖。