设计思路:
要理解扫描原理,就必须重点理解这一点:
我们知道row【3:0】作为FPGA的输入口,而col【3:0】作为输出口,当没有键按下时,row为上拉为高电平(因为
IC的输入口阻抗很大,导致上拉电阻两侧几乎没有电流流过,就没有形成压降,所以上拉电阻两侧电压相等=3.3V左右,为高电平),而在初始状态col作为输
出,处于输出低电平状态(col=4‘b0000),当键被按下时,只有当col输出有低电平时,row【3:0】才有可能有低电平输入。因为如果键被按下
则row【3:0】与col【3:0】是接通了的,所以col为低,则row才可能为低,相反,如果col为高,即使键被按下,row也为高。这为后面扫描原理
形成判断具体哪个按键值有关。
行判断:
由4*4矩阵键盘的原理图我们可知:行输入信号row[3:0]在上拉电阻的作用下,初始状态保持高电平,当有键被按下的时候才会变成低电平,而且对于4*4的
矩阵一行中只要有一个键被按下(且在按键被按下那一行的COL输出为0时),则整行电平都会被拉低(如果col为1 就算按键按下row也不会为低) ,所以我们可以根据
row[3:0]这4个引脚信号的高低,判定具体哪一行有键被按下。(因为初始状态col为低电平4’b0000).
如:假设第一行被按下,则引脚信号即为0111;
假设第二行被按下,则引脚信号即为1011;
假设第三行被按下,则引脚信号即为1101;
假设第四行被按下,则引脚信号即为1110;
列判断:
由上可知,我们已经得到了行的键值,现在只需要确定列的键值col[3:0],则可以确定具体的输出键值和具体那个键被按下。
所以,我们对列进行编码,我们假设对列进行扫描,第一列。。第二列。。第三列。。第四列,一旦对那一列扫描,我们就将那一列设
为低电平(设为低电平,假设第二列第二行的键被按下,那么由行引脚信号可知,row为1011,现在开始扫描列了,扫描第一列,则col设为0111,),其余三列为高点平。
如:假设对第一列进行扫描,则列键值可编码为0111;
假设对第二列进行扫描,则列键值可编码为1011;
假设对第三列进行扫描,则列键值可编码为1101;
假设对第四列进行扫描,则列键值可编码为1110;
具体扫描如下:1 1 1 1
1 0 1 1
1 1 1 1
1 1 1 1
当用0111来扫描第一列时,
如果第一列有键被按下,那么row的值肯定就不会再是4‘b1111(因为第一列有四行,且第一列的col值全为0,所以当有键被按下时,
四行之中的每一行row与第一列col(全为0)接通,所以检测到row的值不会为4’b1111,有可能是4‘b0111,4'b1011,4'b1101,4'b1110),而col为0111,将键值保留下来,
所以就可以确定具体哪个键被按下了。
如果第一列没有键按下,那么row的值肯定就会是4’b1111,为啥呢?(因为如果没有键被按下,就算你col的值为0,但是你的row与col并没有接通,所以
row不会存在低电平,而你后面的键(如上述第二行第二列的键按下为0)就算被按下了,但是col这个时候却为高电平1,所以就算按下,row也不会有低电平输入,故怎么检测row也还是4'b1111),
所以第一列没有键按下时,则转入第二列扫描,以此类推。。。。。。。。(后面状态机就是根据此原理写的)。
由以上可知,行,列的键值我们都已经确定了,则可进行译码输出键值了。
编码表如下:
行键值 列键值 译码输出键值
0 1 1 1 0 1 1 1 1
第一行 0 1 1 1 1 0 1 1 2
0 1 1 1 1 1 0 1 3
0 1 1 1 1 1 1 0 4
1 0 1 1 0 1 1 1 5
第二行 1 0 1 1 1 0 1 1 6
1 0 1 1 1 1 0 1 7
1 0 1 1 1 1 1 0 8
1 1 0 1 0 1 1 1 9
第三行 1 1 0 1 1 0 1 1 A
1 1 0 1 1 1 0 1 B
1 1 0 1 1 1 1 0 C
1 1 1 0 0 1 1 1 D
第四行 1 1 1 0 1 0 1 1 E
1 1 1 0 1 1 0 1 F
1 1 1 0 1 1 1 0 G
具体代码如下:
module 4*4_key_design (
input clk, //50M主时钟
input rst_n,
input [3:0] row, //行输入键值
output reg [3:0] col,//列输出键值
output reg [3:0] key_value //译码输出键值
);
//按键有个消抖的过程(经验是10ms左右),我们取延迟20ms,因为始终50M,就是20ns一个周期,那么20ms也就
20*10^6/20=100000个时钟周期;
所以设置计数器;
reg [19:0] delay_cnt;
parameter delay_20ms=1000000;
wire delay_20ms_flag;
always@(posedge clk or negedge rst_n)
if(!rst_n)
delay_cnt<=0;
else
begin
if(delay_cnt<delay_20ms)
delay_cnt<=delay_cnt+1'b1;
else
delay_cnt<=0;
end
assign delay_20ms_flag=(delay_cnt==delay_20ms)?1'b1:1'b0;
// 因为我们知道,没有键被按下时,[3:0] row 是全部为高电平,即1111; 所以利用状态机来判断;
三段式状态机:
reg [2:0] current_state;
reg [2:0] next_state;
parameter key_idle=3'd0, key_panduan=3'd1, col_one=3'd2, col_two=3'd3, col_three=3'd4,col_fore=3'd5;
parameter latch_key_value=3'd6, open_key_value=3'd7;
// 第一段:给于状态转换逻辑(时序逻辑)
always@(posedge clk or negedge rst_n)
if(!rst_n)
current_state<=key_idle;
else
begin
if(delay_20ms_flag)
current_state<=next_state;
else
current_state<=current_state;
end
// 第二段:状态转换(组合逻辑)
always@(*)
begin
next_state=key_idle;
case(current_state)
key_idle:
begin
if(row!=4'b1111) // 如果有键被按下
next_state=key_panduan; //转移到下个状态判断是真按下了还是误触发
else
next_state=key_idle;
end
key_panduan: //状态的跳转有个20ms的延迟,所以刚好滤出抖动的情况
begin
if(row!=4'b1111) // 也就是说滤出抖动之后如果还是不等于4'b1111(初始状态),则表明真的有键被按下,不是误触发
next_state=col_one; //则可以进入列扫描,去找具体的那个键被按下了。
else
next_state=key_idle; //但是如如果滤出抖动之后等于4'b1111,则表明是误触发,就回到key_idle,继续等待
end
col_one:
begin
if(row!=4'b1111)
next_state=latch_key_value; //如果在列扫描期间,仍然检测到有键按下,则保留键值
else
next_state=col_two; //如果没有键被按下,则扫描第二列
end
col_two:
begin
if(row!=4'b1111)
next_state=latch_key_value; //如果在列扫描期间,仍然检测到有键按下,则保留键值
else
next_state=col_three; //如果没有键被按下,则扫描第三列
end
col_three:
begin
if(row!=4'b1111)
next_state=latch_key_value; //如果在列扫描期间,仍然检测到有键按下,则保留键值
else
next_state=col_fore; //如果没有键被按下,则扫描第四列
end
col_fore:
begin
if(row!=4'b1111)
next_state=latch_key_value; //如果在列扫描期间,仍然检测到有键按下,则保留键值
else
next_state=key_idle; //如果还没有键被按下,则说明检测有错误,返回初始状态
end
latch_key_value:
begin
if(row!=4'b1111)
next_state=open_key_value; //如果在保存键值期间还有有键按下,则准备跳转到松开按键状态
else
next_state=key_idle; //如果没有按键按下,则回到初始状态
end
open_key_value: //20ms消抖
begin
if(row!=4'b1111)
next_state=open_key_value; //如果还有键,说明还没松开,继续等待20ms释放
else
next_state=key_idle; //松完了,回到初始状态
end
endcase
end
第三段输出读者自己写了。。。。。。。