扫描矩阵键盘简介以及其fpga设计思路

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1、扫描矩阵键盘简介以及其FPGA设计思路导读：就爱阅读网友为您分享以下“扫描矩阵键盘简介以及其FPGA设计思路”资讯，希望对您有所帮助，感谢您对92to.com的支持!扫描键盘的设计思想和代码技巧非常值得学习。首先扫描键盘可以节省FPGA的引脚资源，例如一个4x4的扫描键盘有16个按键，如果不用扫描方式而是直接把16跟控制线接入FPGA，就要16个引脚，而用扫描方式只需要4+4=8个引脚。尤其是随着键盘的增大，比如8x9=72的键盘，用扫描方式只需要17个引脚。要想了解扫描键盘的原理，首先要知道矩阵键盘的电路结构。3.3vRow0Row1Row2Row3Col0Col1Col2Col3如

2、上图所示，矩阵键盘的某一个按钮按下会使对应的一条行线和列线导通，为了便于分析扫描过程做如下简化：Row0接高电平Row132610754键盘行线高低电平的变化输入给FPGARow2Row3Col0BA98FCol1ECol2DCol3C由10FPGA10输出给键盘高低电平的组合，即是扫描码扫描键盘的工作状态分为两种：第一种状态是判断是否有键按下，该状态下四根列线对应的电平状态是{col0,col1,col2,col3}=0000。四根行线左端都接高电平，没有键被按下时，四根行线右端的状态是{row0,row1,row2,row3}=1111。假如上图中按键3被按下了，也就是说row0和

3、col0接通了。那么四根行线右端的状态将会是{row0,row1,row2,row3}=0111。也就是说，在第一种状态下，只要键盘行线输入FPGA的状态不是1111，就说明有键被按下了。马上进入第二状态。第二种状态是判断具体哪个键被按下了。该状态下四根行线左端接高电平不变，四根列线对应的电平状态不断变化，由FPGA的输出的扫描码控制四根列线的电平状态。由第一状态的行线输入已经可以确定按键所处的行了。接下来只要再确定按键所处的列就可以确定到底哪个键被按下了。如何根据行线的输入确定按键所处的列，奥妙就在于扫描码了。让列线以1000、0100、0010、0001的电平状态不断循环。假设上一

4、状态确定按键处于row0行，那么随着扫描的进行，行线输入的变化规律如下表：扫描码Row0Row1Row2Row3100011110100011100100111000101111000111101000111001001110001011110001111010001110010011100010111观察上表可以发现，在row0是110的时候与之对应的扫描码可以体现出按键所在列。一个随之而来的设计思路是在第一状态确定按键所在行，然后在第二状态捕捉特定行是高电平的时候所对应的扫描码。但是这里有一个不可避免的实际问题，那就是机械键盘的抖动！这种抖动主要体现在两个方面：第一，我们手指按某个

5、键的时候可能由于接触面积大无意中碰到周围的键。第二，在按着一个键的时候由于力度不均或者接触不良，行线和列线并不能时刻保持接通的状态。下图10来自网络上，描述的是单片机的机械键盘，借用一下。如何避免抖动的影响才是矩阵键盘设计的难点。由于抖动的存在，我们在第一状态下只能确定有键按下了，并不确定是哪一行的键被按下了。所以第一状态的任务是判断是否有键按下，如果有就进入第二状态，如果没有，就从第二状态回到第一状态。第二状态开始输出扫描码给键盘的列，同时从键盘的行收集行线的电平状态作为输入。然后根据行线输入和扫描码判断按键位置。还要有一个消抖模块，消除抖动影响的原理就是抖动时间都很短，例如在0.5

6、秒内循环扫描了200次，其中150次扫描结果都显示按键6被按下了，32次显示按键5被按下了，18次显示按键2被按下了。那么就可以确定按键是6，并且按键的人力度偏向于右上方。如果抖动时间是10ms的话，我们设定扫描结果中某个按键连续出现了16ms以上的时间，则该按键有效，小于16ms的按键都视为抖动被“过滤”掉。在总体架构的设计中，根据行线输入和扫描码判断按键位置的功能可以独立作为一个模块。先用组合逻辑试试。输出是4位的二进制数，从0到F代表按键位置的编号，如图二矩阵键盘简化示意图所示。enKey_row_inKey_col_scanKey_positionKey_position其中e

7、n是使能信号，en为高电平时模块开始判断按键位置。由行线输入和扫描码判断按键位置的具体原理是什么呢？还是要分别确定行和列。首先看行线输入，如果是0111。就确定是第一行。如果是010010就确定是第二行„„如果是1111，就捕捉对应的扫描码。将行与扫描码对应就得到按键位置。在没有键按下的时候列线电平状态是{col0,col1,col2,col}=0000。一旦有键按下立即输出列线扫描码key_col_scan和始能信号给key_position