基于VHDL 的矩阵键盘及显示电路设计

　　进程P7 用于将数码管数值信号data 译码成为7 段数码管显示输出seg7 ,进程P7 的代码在此不再赘述。值得注意的是,本文设计的矩阵键盘及显示电路在按键防抖和数据寄存部分设计得更加简洁可靠,实现的功能更加强大,其具有如下特点:

　　(1) 为了实现按键防抖,本文采用对按键状态连续记录的方式,即在按键弹起后连续8 个时钟周期均无按键信号才确认1 次按键有效,从而避免了按键按下和弹起过程中的数据抖动,相比于使用计数器从按键按下开始计数, 直到5 ～ 10 ms 后才让按键有效的防抖方式 ,这里设计的按键防抖更加可靠,且可有效避免长时间按下按键产生的重复数据输出,使每次按键无论时间长短均可且只会产生1 次数据输出。另外,当电路采用32 768 Hz 以上的时钟作为系统时钟时,可以通过增加按键状态连续记录的时钟周期数,实现可靠的防抖。

　　(2) 该设计采用一个32 位一维数组temp 作为数据寄存器,使用移位寄存方式,实现了对连续8 次按键数据的存储和调用,从而可以在8 个数码管上连续显示数据。

　　3 　仿真结果分析

　　本文设计的矩阵键盘及显示电路在Quartus Ⅱ开发环境下进行了仿真验证。其中,按键防抖功能的仿真波形如图3 所示。仿真结果分析如下:

　　(1) clk 为时钟输入信号,作为系统时钟;

　　(2) start 为清零控制端,当其为高电平时,按键有效;

　　(3) kbrow 为列扫输入信号,kbcol 为行扫输出信号,图3 中对kbrow[ 1 ]的输入波形进行设置,模拟了“A”键按下和弹起的过程;

　　(4) f nq 为防抖控制信号, scan 为数码管地址扫描输出,seg7 为数码管显示输出。由图3 可知,只有在按键弹起后,才有数据输出,从而实现防抖功能。

图3 　矩阵键盘及显示电路按键防抖仿真波形

　　该设计的其他功能也可以通过仿真验证, 不再赘述。

　　4 　结　语

　　本文设计矩阵键盘及显示电路在Quartus Ⅱ开发环境下进行仿真验证后,下载到湖北众友科技实业股份有限公司的ZY11EDA13BE 实验箱中进行了硬件验证。该实验箱使用ACEX1K系列EP1K30QC208 芯片作为核心芯片。实验证明,当电路的系统时钟频率在1 024～32 768 Hz范围内时,电路均可稳定运行,按键防抖可靠、功能完整。当系统时钟频率低于1 024 Hz 时,需要减少防抖记录时钟周期的个数,否则容易错过短时按键动作;当系统时钟频率高于32 768 Hz 时,需要增加防抖记录时钟周期的个数,以确保可靠的按键防抖。