基于fpga的矩阵键盘接口电路的设计

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1、基于FPGA的矩阵键盘接口电路的设计目录目录11.绪论31.1FPGA概况31.2本课题的研究意义41.3本章小结42.VHDL语言52.1VHDL语言概述52.2VHDL语言的优点62.3利用VHDL语言设计数字系统的特点82.4VHDL语言的基本结构92.5本章小结103.矩阵键盘接口电路原理和数码管显示原理103.1矩阵键盘接口电路的原理103.2数码管显示原理123.3本章小结124.总体设计和各模块设计134.1时钟产生模块1326基于FPGA的矩阵键盘接口电路的设计4.2键盘扫描模块144.3数码管显示模块144.4顶层电路实现144.5本

2、章小结14附录1：总体设计电路原理图:15附录2：硬件实物图15附录3：EP1C3T144C8N的PCB电路图16附录4：顶层电路实现的具体程序16附录5：时钟产生模块实现的具体程序17附录6：键盘扫描模块实现的具体程序18附录7：数码管显示模块实现的具体程序245.心得体会2626基于FPGA的矩阵键盘接口电路的设计1.绪论1.1FPGA概况早期的可编程逻辑器件只有可编程只读存储器(PROM)、紫外线可擦除只读存储器(EPROM)和电可擦除只读存储器(E2PROM)三种。由于结构的限制，它们只能完成简单的数字逻辑功能。其后出现了一类结构上稍复杂的可编

3、程芯片，即可编程逻辑器件(PLD)，它能够完成各种数字逻辑功能。典型的PLD由一个“与”门和一个“或”门阵列组成，而任意一个组合逻辑都可以用“与—或”表达式来描述，所以PLD能以乘积和的形式完成大量的组合逻辑功能。这一阶段的产品主要有PAL(可编程阵列逻辑)和GAL(通用阵列逻辑)。PAL由一个可编程的“与”平面和一个固定的“或”平面构成，或门的输出可以通过触发器有选择地被置为寄存状态。PAL器件是现场可编程的，它的实现工艺有反熔丝技术、EPROM技术和E2PROM技术。还有一类结构更为灵活的逻辑器件是可编程逻辑阵列(PLA)，它也由一个“与”平面和一

4、个“或”平面构成，但是这两个平面的连接关系是可编程的。PLA器件既有现场可编程的，也有掩膜可编程的。在PAL的基础上又发展了一种通用阵列逻辑(GAL、GenericArrayLogic)，如GAL16V8、GAL22V10等。它采用了E＇PROM工艺，实现了电可擦除、电可改写，其输出结构是可编程的逻辑宏单元，因而它的设计具有很强的灵活性，至今仍有许多人使用。这些早期的PLD器件的一个共同特点是可以实现速度特性较好的逻辑功能，但其过于简单的结构也使它们只能实现规模较小的电路。为了弥补这一缺陷，20世纪80年代中期，Altera和Xilinx分别推出了类似

5、于PAL结构的扩展型CPLD(ComplexProgrammableLogicDvice)和与标准门阵列类似的FPGA(FieldProgrammableGateArray)，它们都具有体系结构和逻辑单元灵活、集成度高以及适用范围宽等特点。这两种器件兼容了PLD和通用门阵列的优点，可实现较大规模的电路，编程也很灵活。与门阵列等其他ASIC(ApplicationSpecificIC)相比，它们又具有设计开发周期短、设计制造成本低、开发工具先进、标准产品不需测试、质量稳定以及可实时在线检验等优点，因此被广泛应用于产品的原型设计和产品生产（一般在10000

6、件以下）之中。几乎所有应用门阵列、PLD和中小规模通用数字集成电路的场合均可应用FPGA和CPLD器件。26基于FPGA的矩阵键盘接口电路的设计1.2本课题的研究意义近年来EDA技术在电子领域引发的技术革命，推动着电子技术的迅猛发展，为世人所瞩目，而FPGA为代表的可编程逻辑器件的应用，更是受到业内人士的普遍关注。伴随着大规模集成电路和计算机技术的高速发展，在设计工业自动化，仪器仪表，计算机设计与应用、通信、国防等领域的电子系统中，FPGA技术的含量正以惊人的速度提升。将尽可能大的完整的电子系统在单一FPGA芯片中实现已成为现实，电子类新技术项目的开发

7、也更多地依赖于FPGA技术的应用。作为FPGA研究课题之一的矩阵键盘控制接口电路的设计，在FPGA设计中是一个经常被提到的话题，就像是利用PFGA设计数字中一样，虽然简单，但是却是一个很有研究意义的话题，涉及到怎么样才能是FPGA资源更加充分利用，现在很多电子产品都涉及到按键，小的有独立按键，大的有N*N的矩阵键盘，独立按键由于案件的个数少，也就没必要考虑资源的利用问题了。而矩阵键盘，由于按键多，对整个系统的影响大，所以肯定要考虑资源的利用问题，而且还要考虑一下电路里面的时序问题。本次设计要求设计一个4*9矩阵键盘，也就是行为4，列为9，一共可以设计3

8、6个按键。其中设计方法为：一般判断键盘中有没有按键按下是通过航线送入扫描信号，然后从列线中读取