基于FPGA的4x4矩阵键盘控制器verilog开发实现

Posted 2022-12-14 fpga和matlab

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目录

一、理论基础

二、核心程序

三、测试结果

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一、理论基础

        这里第一部分的主要目标是设计一个键盘扫描程序，并读取4*4键盘上的键盘，并以0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B，C，D，E，F在7段数码管上显示出来。这里我们将用到开发板的键盘和数码管。本模块分为键盘扫描和数码管显示两个部分。这两个部分非常的简单，这里我们合在一起设计。键盘扫描的其基本原理如下所示：

      通过不断的扫描来完成键盘值的确认。注意这里四行和四列的交界初就是您实际中的16个按键，当您按下其中某个按键的时候，列信号y1，y2，y3，y4就会在对应的位置显示出来，比如你按下了第一列第二个按钮，那么就会在第二列的位置产生一个信号，又由于行信号x是一直在快速的扫描的，如果当第二行正好扫描过的时候，同时检测到列信号，这说明这个按钮按下了。这就是键盘扫描的基本原理。

       数码管，这里，是7段数码管，其基本结构如下所示：

其一共有7个LED来表示一个数码管。

二、核心程序

/* 

 
1. Wait buttons and identify key position: according to certain frequency with low level circulation scan lines Y3, Y0 - 

Monitor the status, once listed line judge a listed as low means have key is pressed, 

Stop scans and maintain the current state of lines, then read column line condition to get the current buttons are key code. 

2. Wait buttons pop-up: detection to each column line all become the top flat after restarting the scanning process, waiting for the next buttons 

� 
 
*/ 
 
module key_scanner(
                  clk,
                  rst,
                  row,
                  column,
                  scan_key
                  ); 
 
input clk;
input rst; 
input [3:0] column;//Column line 
output[3:0] row;//lines 
output[3:0] scan_key; 


reg[3:0]  row; 
reg[3:0]  scan_key; // scan code registers
reg[31:0] cnt_scan;// scan frequency counter 


reg      sign;     //sign=1:stop scanning 
					//				  sign=0:restart scanning*/  
reg      restart;  //               
 

always@(posedge clk or negedge rst) 
begin 
	 if(!rst) 
	 begin 
	 row<=4'b1110; 
	 cnt_scan<=0;  
	 end 
else begin 
			 if(sign==1'b0) 
			 begin 
				 restart<=0; 
				 cnt_scan<=cnt_scan+1; 
				 
				 //if(cnt_scan==32'h0000ffff) 
				// begin 			 
					 row[3:1]<=row[2:0]; 
					 row[0]<=row[3];  //4 root lines circulation send out low level 

					// cnt_scan<=0; 
				 //end 
			 end 
		else if(sign==1'b1) 
			 begin 
			  row<=row; 
			  if(column==4'b1111) 
			  restart<=1;
			  //Detect each column is high level 
			 end 
	 end 
end 
 
 
always@(posedge clk or negedge rst) 
begin 
	 if(!rst) 
	 begin 
	 scan_key<=0; 	 
	 end 
else begin 
		  if(restart) 
		  begin 
		  sign<=0; 
		  scan_key<=0; 
		  end 
     else begin 
		  case(row)  //This case results testing where key press 
			4'b1110: 
				case(column) 
					4'b1110: begin 
					    sign<=1; 
						scan_key<=0; 
					 end 
					4'b1101: begin 
						sign<=1; 
						scan_key<=1; 
					 end 
					4'b1011: begin 
						sign<=1; 
						scan_key<=2; 
					 end 
					4'b0111: begin 
						sign<=1; 
						scan_key<=3; 
					 end 
				 endcase 
			4'b1101: 
				case(column) 
					4'b1110: begin 
						sign<=1; 
						scan_key<=4; 
					 end 
					4'b1101: begin 
						scan_key<=5; 
						sign<=1; 
					 end 
					4'b1011: begin 
						scan_key<=6; 
						sign<=1; 
					 end 
					4'b0111: begin 
						scan_key<=7; 
						sign<=1; 
					 end 
				 endcase 
			4'b1011: 
				case(column) 
					4'b1110: begin 
						scan_key<=8; 
						sign<=1; 
					 end 
					4'b1101: begin 
						scan_key<=9; 
						sign<=1; 
					 end 
					4'b1011: begin 
						scan_key<=10; 
						sign<=1; 
					 end 
					4'b0111: begin 
						scan_key<=11; 
						sign<=1; 
					 end 
				 endcase 
			4'b0111: 
				case(column) 
					4'b1110: begin 
						scan_key<=12; 
						sign<=1; 
					 end 
					4'b1101: begin 
						scan_key<=13; 
						sign<=1; 
					 end 
					4'b1011: begin 
						scan_key<=14; 
						sign<=1; 
					 end 
					4'b0111: begin 
						scan_key<=15; 
						sign<=1; 
					 end 
				 endcase 
			 default: 
				scan_key<=15; 
		 endcase 
	 end 
	end 
end 
 
endmodule		

三、测试结果

其仿真结果如下所示：

注意col进行扫描的时候，data分别输出0，1，2，3等键盘值。

Clk	系统时钟
Rst	系统复位
Col	由键盘输入产生的列扫描信号
Data	键盘值
LED_display	7LED数值显示
Rows	行扫描信号
LED_select	数码管的选择

A02-37