雾盈FPGA笔记之（二十六）六位四则运算计算器(2)矩阵键盘扫描模块

六位四则运算计算器(2)矩阵键盘扫描模块
                                                        雾盈 2016-8-26

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一、写在前面

        上一篇文章我写了计算器整个设计的框架结构和设计思路，这一篇文章我们来谈谈矩阵键盘模块。
矩阵键盘扫描程序可以由多种方式来写，但是原理都是一样的。我把矩阵键盘模块分为两个小模块——矩阵键盘扫描模块和矩阵键盘消抖模块。

        今天，我们这篇文章只谈第一个小模块——矩阵键盘扫描模块，下一篇文章再讲消抖模块。

       

 
二、矩阵键盘原理

        使用矩阵键盘可节省大量I/0口，按键越多，优势越明显。

        矩阵键盘原理示意图如下：

       
       
1．        键盘的工作原理：

        按键设置在行、列线交点上，行、列线分别连接到按键开关的两端。
行线（row）通过上拉电阻接到+3.3V电源上。
无按键按下时，行线（row）处于高电平的状态，而当有按键按下时，
行线（row）电平由此行线（col）相连的列线电平决定。


2．列扫描确定矩阵键盘按键位置。

        第一步， 使行线（row[3:0]）为FPGA的输入线（input），列线(col[3:0])为输出线（output），让列线（col[3:0]） 按照足够快的频率循环扫描输出，这段程序如下图。

       

        第二步，列扫描
        将上一步产生的列线（col[3:0]）扫描，输入进矩阵键盘，
让其不断的循环扫描四列，即从第一列开始逐行的拉低各列，无论拉低哪一列其他三列都为高电平。
       
        第三步，确定按键位置
        当某一个按键按下时，行线（row）的某一行被拉低，而列线（col[3:0]）在进行快速的扫描，当某一列检测到低电平的时候，就可以确定按键所在位置。

        举个例子：
        “5”键的检测
“5”没有被按下的时候，行线全为高阻，row[3:0] = 4’b1111 ;
当扫描列线扫描到第二列时(col[3:0]=4’b1101)，若有“5”键被按下，
此时row[3:0]= 4’b1101 ;即可确定按键的位置。

        第四步，译码
从寄存器中找到行值和列 值并把其合并，得到按键值，对此按键值进行编码，按照从第一行第一个一直到第四行第四个逐行进行编码，编码值从“0000” 至“1111” ， 再进行译码。
译码程序如下：

       

        其中keynum的最高位是按键有无按下的标志位。


       
        下面为源程序：