4*4矩陣鍵盤設計及源代碼

一 實驗目的
1 學習使用4X4 掃描鍵盤的設計方法；
2 實踐對比按鍵抖動對掃描鍵盤輸出的影響
二 實驗原理及說明
1、實驗原理

行信號（KEY）接到高電平，當沒有鍵按時，行線與列線（KEYSCAN）是斷開的，且行線都是高電平（1111），行信號作為FPGA的輸入端、列信號作為FPGA的輸出端。可以設置列線初始狀態為低電平（0000）。信號為從上到下的順序
當有鍵按下時，假如是K1按下，行信號與列信號接通，這時相應的行線（KEY0）變為低電平（01111），可以肯定第一行（K1，5，9，13）有鍵按下。
下面就要運用掃描的原理了：
1、因為只知道第一行有鍵按下，不知道是那個，可以設置列信號為0111，這時行信號變為（1111）（注：假設時鐘周期很短，手還沒松開，即鍵還在按下的狀態）
2、設置列信號為1011，行信號也變成（1111）
3、設置列信號為1101，行信號也變成（1111）
4、設置列信號為1110，行信號也變成（0111），這時就可以肯定是第一個鍵按下。
關鍵的工作只要調整好時鐘的頻率就可以了。
2、實驗說明
4X4掃描鍵盤只用8位數據線，可以提供16個不同的按鍵信號。這樣做的好處是：1節省FPGA管腳資源；2 系統簡單化減小電路規模；特別是在資源比較緊張，對成本要求嚴格的系統中這是一種非常流行的設計方法。在上面的實驗中同學們已經見到了掃描數碼顯示器的實用性，4X4掃描鍵盤是輸入設備，控制器來要稍微復雜一些。掌握這種程序設計方法在以后的學習工作中還是很有用武之地的。
因為一般的開關在大約20ms內信號不穩定，存在所謂的“開關抖動”，會產生多個脈沖影響電路正常工作。所以含開關輸入的設計需要做防抖動處理，在本實驗可以用20Hz的時鐘采樣實現防抖。
在設計程序時要注意時鐘的的分配；要考慮一般用手把鍵按下的時間長度等問題。如果不去抖動可以把時鐘加快，使按下鍵的時間內完成掃描處理。實際中操作與理論分析是有差別的，本實驗的目的是要下載成功而不僅是仿真通過。
三 實驗步驟
1、準備實驗前查閱本實驗相關的信息
2、構思程序設計方法
3、編寫veilog代碼同時做程序注釋
4、編譯仿真程序，與預想結果進行比較，修改程序
5、下載到實驗平臺上，觀察結果
四 實驗要求
1 輸入verilog設計文件，編譯調試通過
2 利用仿真手段進行測試
3 下載程序到實驗板，由掃描數碼管或led輸出按下的鍵盤碼
4 對比抖動的效果
五 擴展性學習
上文已說明開關防抖的必要性，在這種簡單的實際應用中做不做防抖處理沒有什么區別，但是用按鍵開關作發送串行數據的開關時就有可能出現問題。所以下文將介紹一種較實用的開關去抖方案，請同學們參考
鍵一旦被按下，deDitherCounter計數開始。計數5ms（將主時鐘分頻為小于1ms的時鐘）時將鍵盤編碼值（處理前）賦給code，計數到15ms時比較當前的鍵盤碼與10ms前的碼是否相同：如果相同，輸出keyPressed信號，如果不同不做任何處理，keyPressed信號在1ms后（計數到15）重新拉低。而輸出的鍵盤碼code在第5毫秒時就變為有效值，直到下一次按鍵后的5ms才會重新變為新的值，從而保證在keyPressed信號輸出有效時code信號是有效的。
六 管腳映射
原理圖見實驗原理
管腳映射
擴展信號名稱 PIN
Key0 Pin_44
Key1 Pin_43
Key2 Pin_45
Key3 Pin_48
Keyscan0 Pin_47
Keyscan1 Pin_64
Keyscan2 Pin_65

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Keyscan3 Pin_50