基于FPGA的可鍵盤控制計數電路的設計與實現

摘要：介紹一種基于FPGA(Field Programmable Gate Array)現場可編程門陣列的可鍵盤控制的計數，顯示電路的實現方法。應用VHDL語言(高速集成電路硬件描述語言)完成了3x4矩陣開關的掃描電路，可預置數的BCD碼計數電路及4位數碼管動態掃描電路的描述。通過原理圖輸入方式完成了系統功能的設計。電路結構簡單，便于擴展，可靠性高，且可移植性強，容易實現。該電路已成功應用于測試某脈沖電容質量試驗的控制電路中。
關鍵詞：FPGA；鍵盤掃描；計數；動態顯示

FPGA做為現代電子設計技術的核心器件，成為目前硬件設計研究的重點。在工業控制中，計數顯示基本電路在儀器儀表中得到了廣泛應用，而如何根據需要靈活的設置計數范圍，是一個較為復雜的問題。本文應用EDA技術通過對鍵盤的控制，實現了從0～9999范圍內預置數可變的計數顯示電路設計。與傳統的應用單片機控制鍵盤掃描的設計方法相比，具有集成度高，穩定度高，抗噪聲能力強，容錯率低等優點。

1 系統設計原理及電路圖
圖1為基于FPGA的預置數可控計數顯示頂層設計電路原理圖，共由3部分組成：鍵盤掃描控制電路key_board；BCD碼計數電路CNT；4位數碼管動態掃描顯示電路scan_LED。首先，由鍵盤掃描電路完成對鍵盤的掃描和鍵值的譯碼，當計數電路置數端LOAD為上升沿時，將鍵盤掃描電路讀取的數據經P3-P0并行置入到計數器中做為其計數范圍，計數器的輸出通過動態掃描譯碼模塊驅動4位數碼管顯示。

2 VHDL語言的實現
該設計采用層次化設計方法，首先采用VHDL語言完成了對各子模塊電路的描述，然后分別將其生成符號元件，通過原理圖編輯完成了系統的設計。
2．1 鍵盤掃描電路
2．1．1 行列式鍵盤工作原理
圖2為3x4行列式鍵盤原理圖，行線是KEY_HANG[2..0]，列線是KEY_LIE[3．．0]，形成12個交叉點，每個交叉點連接一個按鍵。12個按鍵分別對應數字0～9和清零鍵A，確定鍵B。當沒有按鍵按下時，所有交叉點斷開，由于列線的上拉電阻作用，使其保持高電平。如果行線KEY_HANG[2．．0]被設置為低電平，當有按鍵按下時，該鍵所在的行線和列線被按鍵短路，那么相應得列線就變為低電平。