基于VHDL 的矩陣鍵盤及顯示電路設計

　　進程P7 用于將數碼管數值信號data 譯碼成為7 段數碼管顯示輸出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據寄存部分設計得更加簡潔可靠,實現的功能更加強大,其具有如下特點:

　　(1) 為了實現按鍵防抖,本文采用對按鍵狀態連續記錄的方式,即在按鍵彈起后連續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據抖動,相比于使用計數器從按鍵按下開始計數, 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生的重復數據輸出,使每次按鍵無論時間長短均可且只會產生1 次數據輸出。另外,當電路采用32 768 Hz 以上的時鐘作為系統時鐘時,可以通過增加按鍵狀態連續記錄的時鐘周期數,實現可靠的防抖。

　　(2) 該設計采用一個32 位一維數組temp 作為數據寄存器,使用移位寄存方式,實現了對連續8 次按鍵數據的存儲和調用,從而可以在8 個數碼管上連續顯示數據。

　　3 　仿真結果分析

　　本文設計的矩陣鍵盤及顯示電路在Quartus Ⅱ開發環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。仿真結果分析如下:

　　(1) clk 為時鐘輸入信號,作為系統時鐘;

　　(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 為數碼管地址掃描輸出,seg7 為數碼管顯示輸出。由圖3 可知,只有在按鍵彈起后,才有數據輸出,從而實現防抖功能。

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　語

　　本文設計矩陣鍵盤及顯示電路在Quartus Ⅱ開發環境下進行仿真驗證后,下載到湖北眾友科技實業股份有限公司的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,當電路的系統時鐘頻率在1 024～32 768 Hz范圍內時,電路均可穩定運行,按鍵防抖可靠、功能完整。當系統時鐘頻率低于1 024 Hz 時,需要減少防抖記錄時鐘周期的個數,否則容易錯過短時按鍵動作;當系統時鐘頻率高于32 768 Hz 時,需要增加防抖記錄時鐘周期的個數,以確保可靠的按鍵防抖。