数字系统设计大作业

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1、2014~2015学年第1学期《数字系统设计》大作业题目：4×4阵列键盘键信号检测电路设计专业：电子信息工程班级：姓名：指导教师：16电气工程学院2015年12月摘要人类文明已进入到高度发达的信息化社会。信息化社会的发展离不开电子信息产品开发技术、产品品质的提高和进步。电子信息产品随着科学技术的进步，其电子器件和设计方法更新换代的速度日新月异。实现这种进步的主要原因就是电子设计技术和电子制造技术的发展，其核心就是电子设计自动化（EDA，ElectronicDesignAutomation）技术，EDA技术的发展和推广应用又极大地推动了电子信息产业的发展。为保证

2、电子系统设计的速度和质量，适应“第一时间推出产品”的设计要求，EDA技术正逐渐成为不可缺少的一项先进技术和重要工具。目前，在国内电子技术教学和产业界的技术推广中已形成“EDA热”,完全可以说，掌握EDA技术是电子信息类专业学生、工程技术人员所必备的基本能力和技能。本设计主要利用VHDL硬件描述语言在EDA平台xilinx.ise.7.1i上设计一个4×4阵列键盘扫描电路，将行扫描信号输入阵列键盘，读取列信号的值，输出按键编码，从而判断出按键按下的位置。并且使用Modelsim软件进行模拟仿真，下载到EDA实验箱进行硬件验证。16关键词：EDAVHDL语言4×4

3、阵列键盘扫描目录《数字系统设计》1数字系统设计2摘要3关键词：EDAVHDL语言4×4阵列键盘扫描31、实验目的52、实验要求5163、实验原理54、总体框图64.1.1方案一64.1.2方案二64.2设计思路75、功能模块介绍95.1键盘消抖模块95.2键盘模块95.3VHDL部分程序96、实验结果116.1综合电路图116.2时序仿真12161、实验目的（1）通过常见基本组合逻辑电路的设计，熟悉EDA设计流程；（2）熟悉文本输入及仿真步骤；（3）掌握VHDL设计实体的基本结构及文字规则；（4）理解硬件描述语言和具体电路的映射关系；（5）用VHDL设计一个能

4、识别4×4阵列键盘的实用电路。2、实验要求要求通过查阅相关书籍资料，熟悉和初步掌握VHDL语言的语法及其功能，深入分析4×4键盘扫描电路的原理，然后运用VHDL硬件描述语言和图形设计综合方法，实现4×4键盘扫描电路的程序设计，通过运用xilinx.ise.7.1i软件设置输入端口，实现模拟仿真，得到仿真波形图后，并记录结果。3、实验原理164×4阵列键盘十分常用，如下图是此键盘电路的原理图，10芯接口也如下。通常，此类按键的识别法有两种：扫描法和反转法。扫描法，即当按下某键后，为了辨别和读取键信息，向A口扫描输入一组分别只含一个0的4位数据，如1110，110

5、1，1011等。若有键按下，则B口一定会输出对应的数据，这时，只要结合A、B口的数据，就能判断出键的位置。如当键S0按下，对于输入的A=1110时，那么B=0111.于是｛B,A｝=0111_1110就成了S0的代码。反转法中，A、B口都必须接双向口。首先将A口设定为输出，B口设定为输入。然后向A口输出全0，接着读B口。若读入的数据中有一位是0，则表明与该位对应的列线上有某键被按下，存储此值（否则循环检测）；然后反过来，将A口设定为输入，B口设定为输出。向B口输出全0，读A口，其中必有一位为0.将此4位数与刚才从B口读得的数据组合即得被按键的特征码。最后通过查

6、表即得所按键的码。4×4按键电路3、总体框图4.1.1方案一时钟脉冲16译码输出键盘输入键盘扫描上图为方案一的设计框图，键盘按键按下后，经过键盘扫描电路后，直接输出显示。本方案优点在于简单易懂，缺点在于无法消除按键按下时和之后弹起时的抖动对扫描电路的干扰。4.1.2方案二时钟脉冲键盘输入键盘消抖输出低电平LED灯显示键盘扫描上图为方案二的设计框图，键盘按键按下后，先经过消除抖动电路之后，再进入键盘扫描电路，这样就可以使CPU只处理一次按键操作，避免了按键按下时和之后弹起时的抖动对扫描电路的干扰。另外，LED灯显示可以更直观地看到实验结果。4.2设计思路本设计采

7、用方案二，主要由三个功能模块组成：键盘消抖模块、16键盘扫描模块、译码显示模块。（1）键盘消抖模块因为普通的按键都是接触式的，当按键闭合或释放时，上下接触面都会产生一个很短暂的抖动，这个抖动时间一般都会持续5-10ms，虽然这个抖动时间很短，但对于FPGA工作在50M的高频率上的器件来说，还是可以捕捉的到的。为了使CPU对于一次按键操作只处理一次，在软件中必须加入消除抖动处理。本模块是由四个上升沿触发型D触发器和一个四输入的与门构成的。四个D触发器用同步时序方式连接，即：将它们的时钟输入端都连在一起。在工作时四个D触发器与clk时钟信号同步，输入信号以移位串行

8、方式向前传递。（2）键盘扫描模块阵列式