设计九按键扫描电路.DOCVIP

实验七 按键阵列扫描控制电路设计 一、设计要求 按键是数字设备的输入部件，是人工干预数字系统的主要手段。操作者可以通过按键向系统输入数据、指令等二进制信息。 1. 设计要求 本设计要求实现一个按键阵列判断电路，并用七段数码管显示该按键的标识。当有键按下时，显示其标识符，并保持显示符直到新的按键作用。如果多个按键同时闭合，只响应最先作用的按键。 2. 硬件环境 设计对象的实现环境与所采用的FPGA开发装置有关，本节以LP2900为例，说明采用按键阵列扫描的设计原理和实现方法。 LP2900开发装置上有“0～9”，“*”，“#”共12个键构成的3行4列按键阵列。FPGA与按键阵列如图1所示。FPGA通过端口RK1~RK3读取键阵列的行线状态X0~X2；通过3线-8线译码器控制键阵列的列线Y0~Y3。74138的译码输入由FPGA 端口DE3~DE1控制。 图1 LP2900开发装置FPGA与按键阵列的接口关系 二、 按键扫描原理 1．按键状态判断 数字电路中，按键的闭合和断开状态可以通过其控制的逻辑电平判断。图2（a）电路将按键闭合、断开转换成代表“0”或“1”二值逻辑的低电平和高电平，然后判断电路输出X的电平即可了解按键的通、断状态。比如图2中，若测得X的电平为“1”，说明按键断开；测得为“0”，则表示按键闭合。 由于按键一般为机械开关，其触点的合、断有弹性抖动，如图2（b）所示，抖动时间约5~10ms。为了保证按键动作一次电路只判断到一次状态电平改变，防止误判断，需要采用消抖动措施。采用基本RS触发器可以对X的电平信号整形，实现消抖动。 图2 按键状态判断原理 2．按键阵列判断 若需要判断的按键较多，为节省信号端口资源，一般将按键分成行、列两组连接成阵列形式，十六个按键的阵列如图3（a）所示。每个按键跨接在一条行线Xi和一条列线Yj间，当按键闭合时，行线与列线接通。每条行线都通过一个电阻上拉到+5V电位，当行线上的所有按键都未闭合时，行线一定为高电平。当某条列线为低电平时，根据行线电平可判断该列线上各键的状态。比如，当Y1为低电平时，如果四条行线X0、X1、X2、X3的状态为“1011”，可判K11键闭合，K01，K21，K31键断开；若X0、X1、X2、X3的状态为“0101”，则可判断K01、K21键闭合。 （a）4×4键阵列电路 （b）扫描信号波形 图3 按键阵列扫描原理 3．按键扫描判断 采用状态机可自动逐个扫描按键通断情况，状态机的模等于或大于按键个数。每个状态可以使键阵列的一条列线Yj为低电平，通过判断行线Xi的电平来了解按键Kij的开关状态：当Kij键闭合，Xi为低电平；反之，Xi为高电平。对于图3（a）所示的键阵列电路，状态机控制产生如图3（b）所示的四列负脉冲顺序扫描信号。每列信号的低电平宽度为，各列信号按列序顺延。每个列信号周期判断同一行中的四个按键Ki0~Ki3，周而复始。列信号三、参考设计方案 根据按键阵列的判断原理，可采用一个计数器产生按键编码信号，计数器的脉冲周期等于按键的扫描时间，计数器的模M大于等于被扫描的按键数N。本设计要求判断12个按键的阵列，所以可采用12进制计数器Q3Q2Q1Q0产生按键扫描码（4’b0000~4’b1011）。计数器低两位Q1Q0控制3-8译码器的de2和de1端，用于产生列扫描信号Y0~Y3；高两位Q3Q2控制数据选择器选择行线电平X0~X2，输出Y用于控制12进制计数器的使能端。当被扫描的按键闭合时，选择器的输出信号Y=0，控制寄存器data保存计数器当前的键码状态，同时控制计数器停止计数，即封锁计数器停止按键扫描，以避免其它按键闭合产生的影响。然后将寄存器中存储的数据送入显示译码器模块中，用于显示按键名。 按键名的显示采用七段显示译码器实现，故需先将4位输入数据转换成对应的7个段极信号a、b、c、d、e、f、g。由于七段显示译码器的共阴极端也是由de1、de2、de3控制，可以看出该信号与按键扫描信号共用，导致按键按下后，第一列的信号（1、2、3）显示在C1数码管上，第二列的信号（4、5、6）显示在C2数码管上，第三列的信号（7、8、9）显示在都C3数码管上，第四列的信号（*、0、#）显示在C4数码管上。当按键松开后，C1C2C3C4四个数码管上都会同时显示。 参考设计电路如图4所示。 图 4 参考设计框图 四、 参考设计步骤 1．输入按键阵列扫描电路部分，编写分频器、计数器、数据选择器的代码。 调试一：12进制计数器的寄存器data的输出接四个发光二极管。再用一个发光二极管观察数据选择器的输出。编译（Compilation）正确后下载。任意按下阵列中的按键，观察：按键闭合时，数据选择器是否输出维持低