课程设计说明书
题目EDA技术与应用系(部)
专业(班级)
姓名
学号
指导教师
起止日期
EDA技术课程设计任务书系（部）：专业：指导教师：
目录
引言 (5)
一、绪论 (5)
1.1 FPGA概况 (5)
1.2 此课题的研究意义 (6)
二、矩阵键盘接口电路的原理与总体设计 (6)
2.1 矩阵键盘接口电路的原理 (6)
2.2 总体设计 (8)
三、各模块的设计及仿真 (8)
3.1 键盘扫描电路 (8)
3.2 键盘译码电路和按键标志位产生电路 (11)
3.3 时钟产生模块 (16)
3.4 键盘接口电路顶层电路实现 (18)
四、硬件测试 (19)
五、实验设备 (19)
六、总结 (20)
参考文献 (20)
矩阵键盘键信号检测电路设计
引言
人类文明已进入到高度发达的信息化社会。信息化社会的发展离不开电子信息产品开发技术、产品品质的提高和进步。电子信息产品随着科学技术的进步，其电子器件和设计方法更新换代的速度日新月异。实现这种进步的主要原因就是电子设计技术和电子制造技术的发展，其核心就是电子设计自动化（EDA，Electronic Design Automation）技术，EDA技术的发展和推广应用又极大地推动了电子信息产业的发展。为保证电子系统设计的速度和质量，适应“第一时间推出产品”的设计要求，EDA技术正逐渐成为不可缺少的一项先进技术和重要工具。目前，在国内电子技术教学和产业界的技术推广中已形成“EDA热”,完全可以说，掌握EDA技术是电子信息类专业学生、工程技术人员所必备的基本能力和技能。
此设计主要利用VHDL硬件描述语言在EDA平台Quartus II上设计一个4×4阵列键盘扫描电路，将行扫描信号输入阵列键盘，读取列信号的值，输出按键编码，从而判断出按键按下的位置。并且进行模拟仿真，下载到EDA实验箱进行硬件验证。
一、绪论
1.1 FPGA概况
早期的可编程逻辑器件只有可编程只读存储器(PROM)、紫外线可擦除只读存储器(EPROM)和电可擦除只读存储器(E2PROM)三种。由于结构的限制，它们只能完成简单的数字逻辑功能。
其后出现了一类结构上稍复杂的可编程芯片，即可编程逻辑器件(PLD)，它能够完成各种数字逻辑功能。典型的PLD由一个“与”门和一个“或”门阵列组成，而任意一个组合逻辑都可以用“与—或”表达式来描述，所以PLD能以乘积和的形式完成大量的组合逻辑功能。
这一阶段的产品主要有PAL(可编程阵列逻辑)和GAL(通用阵列逻辑)。 PAL由一个可编程的“与”平面和一个固定的“或”平面构成，或门的输出可以通过触发器有选择地被置为寄存状态。PAL器件是现场可编程的，它的实现工艺有反熔丝技术、EPROM技术和E2PROM技术。还有一类结构更为灵活的逻辑器件是可编程逻辑阵列(PLA)，它也由一个“与”平面和一个“或”平面构成，但是这两个平面的连接关系是可编程的。PLA器件既有现场可编程的，也有掩膜可编程的。在PAL的基础上又发展了一种通用阵列逻辑(GAL、Generic ArrayLogic)，如GAL16V8、GAL22V10等。它采用了EPROM工艺，实现了电可擦除、电可改写，其输出结构是可编程的逻辑宏单元，因而它的设计具有很强的灵活性，至今仍有许多人使用。这些早期的PLD器件的一个共同特点是可以实现速度特性较好的逻辑功能，但其过于简单的结构也使它们只能实现规模较小的电路。
为了弥补这一缺陷，20世纪80年代中期，Altera和Xilinx分别推出了类似于PAL结构的扩展型
CPLD(Complex Programmable Logic Dvice)和与标准门阵列类似的FPGA(FieldProgrammable Gate Array)，它们都具有体系结构和逻辑单元灵活、集成度高以及适用范围宽等特点。这两种器件兼容了PLD和通用门阵列的优点，可实现较大规模的电路，编程也很灵活。与门阵列等其他ASIC(Application Specific IC)相比，它们又具有设计开发周期短、设计制造成本低、开发工具先进、标准产品不需测试、质量稳定以及可实时在线检验等优点，因此被广泛应用于产品的原型设计和产品生产（一般在10 000件以下）之中。几乎所有应用门阵列、PLD和中小规模通用数字集成电路的场合均可应用FPGA和CPLD 器件。
1.2 此课题的研究意义
近年来EDA技术在电子领域引发的技术革命，推动着电子技术的迅猛发展，为世人所瞩目，而FPGA 为代表的可编程逻辑器件的应用，更是受到业内人士的普遍关注。伴随着大规模集成电路和计算机技术的高速发展，在设计工业自动化，仪器仪表，计算机设计与应用、通信、国防等领域的电子系统中，FPGA 技术的含量正以惊人的速度提升。将尽可能大的完整的电子系统在单一FPGA芯片中实现已成为现实，电子类新技术项目的开发也更多地依赖于FPGA技术的应用。
作为FPGA研究课题之一的矩阵键盘控制接口电路的设计，在FPGA设计中是一个经常被提到的话题，就像是利用PFGA设计数字中一样，虽然简单，但是却是一个很有研究意义的话题，涉及到怎么样才能是FPGA资源更加充分利用，现在很多电子产品都涉及到按键，小的有独立按键，大的有N*N的矩阵键盘，独立按键由于案件的个数少，也就没必要考虑资源的利用问题了。而矩阵键盘，由于按键多，对整个系统的影响大，所以肯定要考虑资源的利用问题，而且还要考虑一下电路里面的时序问题。本次设计要求设计一个4*4矩阵键盘，也就是行为4，列为4，一共可以设计16个按键。其中设计方法为：一般判断键盘中有没有按键按下是通过行线送入扫描信号，然后从列线中读取状态得到的，其方法是依次给行线送入低电平，检查列线的输入。如果列线信号高电平，则代表低电平信号所在的行中无按键按下，反之，则有，则在低电平信号所在的行和出现低电平的交叉处有按键按下。
二、矩阵键盘接口电路的原理与总体设计
2.1 矩阵键盘接口电路的原理
在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9键）。由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些，列线通过电阻接正电源，并将行线所接的FPGA的I/O口作为输出端，而列线所接的I/O口则作为输入。这样，当按键没有按下时，所有的输出端都是高电平，代表无键按下。行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了。
行列式键盘的电路原理如图2.1.1所示：
+5
v
+5V
图2.1.1 行列式键盘的电路原理图
设置扫描信号为keydrv3~keydrv0，列线按键输入信号keyin3~keyin0与按键位置的关系如表2.1.1所示：
2.2总体设计
本次设计在EDA开发平台QUARTUSⅡ9.0上利用VHDL语言设计矩阵键盘控制接口电路。由行列式键盘原理就可以知道，要正确的完成键盘输入工作必须有按键扫描电路产生keydrv3~keydrv0信号，同时还必须有按键译码电路从keydrv3~keydrv0信号和keyin3~keyin0信号中译码出按键的值。此外，一般还需要一个按键发生信号用于和其他模块接口，通知其他模块键盘上有按键动作发生，并可以从键盘上读取按键的键值。由于各个模块需要的时钟频率是不一样的，因此时钟产生模块就是用于产生各个模块需要的时钟信号。
此课题的实验一共有三个模块，分别为：扫描电路模块、时钟产生模块、键盘译码电路和按键标志位产生电路。扫描模块中是为了产生扫描信号，来利用扫描信号来扫描键盘中中是否有按键按下。键盘译码电路和按键标志位产生电路是为了配合扫描模块来扫描电路中是否有按键按下，而且还要求它来产生按键标志信号，以便和外部电路握手。时钟产生电路是为了产生不同频率的信号，来驱动上面两个电路的运转。
三、各模块的设计及仿真
3.1 键盘扫描电路
键盘扫描电路是用于产生keydrv3~keydrv0信号，其变化的顺序依次是1110---1101---1011---0111---……周而复始地扫描。其停留在某个状态的时间大约为10ms。更短的停留时间是没有必要的，因为人按键的时间大约为10ms，不可能有更快的按键动作发生；另外，更短的停留时间还容易采集到抖动信号，会干扰判断，而太长的停留时间则会使某些较快的按键东走丢失。
键盘扫描电路的外部接口电路如图3.1.1所示，其中clk_scan是周期为10ms的扫描时钟，keydrv 为输出到键盘的扫描信号，宽度为4位。
图3.1.1 键盘扫描电路的外部接口电路图
其VHDL描述如下：
LIBRARY ieee;
USE ieee.std_logic_1164.all;
ENTITY key_scan IS
-- {{ALTERA_IO_BEGIN}} DO NOT REMOVE THIS LINE!
PORT
(
clk_scan : IN STD_LOGIC; --扫描时钟，周期10ms
keydrv : OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0) --输出扫描信号
);
-- {{ALTERA_IO_END}} DO NOT REMOVE THIS LINE!
END key_scan;
-- Architecture Body
ARCHITECTURE key_scan_architecture OF key_scan IS
CONSTANT s0 :STD_LOGIC_VECTOR (3 DOWNTO 0):="1110" ;
--定义状态机编码
CONSTANT s1 :STD_LOGIC_VECTOR (3 DOWNTO 0):="1101" ;
CONSTANT s2 :STD_LOGIC_VECTOR (3 DOWNTO 0):="1011" ;
CONSTANT s3 :STD_LOGIC_VECTOR (3 DOWNTO 0):="0111" ;
SIGNAL present_state:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
--状态机现态
SIGNAL next_state:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
--状态机次态
BEGIN
--状态更新进程
PROCESS(clk_scan)
BEGIN
IF(clk_scan'event and clk_scan='1') then
present_state<=next_state;
END IF;
END PROCESS;
--状态译码
PROCESS (present_state)
BEGIN
CASE present_state IS
WHEN s0=>next_state<=s1;
WHEN s1=>next_state<=s2;
WHEN s2=>next_state<=s3;
WHEN s3=>next_state<=s0;
--多余状态处理
WHEN OTHERS=>next_state<=s0;
END CASE;
END PROCESS;
--输出译码
keydrv<=present_state;
END key_scan_architecture;
以上程序采用一个状态机来实现扫描电路。该状态机是一个one-hot状态机，并且输出值就是状态机的状态，没有通过一个逻辑电路来做输出译码。这样的好处是得到的输出信号比较“干净”，没有毛刺。
其仿真波形如图3.1.2所示：
图3.1.2 键盘扫描电路的仿真图
从图4.1.2中很容易发现present_state的值的变化是随着扫描信号key_scan的上升沿的到来而变化的，也就是key_scan每来一个脉冲，相应的present_state的值就变化一次。很容易发现keydrv 的值的变化顺序为1110---1101---1011---0111，也就是每个key_scan来一个脉冲时，保证keydrv相邻的值只有一个变化，这样为了防止产生不必要的毛刺。present_state值和keydrv值是相同的，只不过一个用的是二进制，一个用的是十进制，所以它的变化为14—13—11—7。
3.2 键盘译码电路和按键标志位产生电路
键盘译码电路是从keydrv3~keydrv0和keyin3~keyin0信号中译码出按键的键值的电路，它的真值表就是以前行扫描信号、列扫描与按键位置的关系图。按键标志位产生电路是产生按键标志位信号keypressed的电路。由于这两个电路关系紧密，因此放入同一个模块中实现，其外部接口图如图3.2.1所示。其中clk为局信号，它是由FPGA芯片的外部晶振给出的。clk在系统中的频率是最高，其他时钟都是它的分频产生。keydrv为键盘扫描信号，keyin为键盘输入信号，keyvalue为键值（代表按键所在的位置），keypressed表示有一个按键被按下，每发生一次按键动作，keypressed就输出一个宽度为全局时钟周期的正脉冲。该信号用于与其他模块握手，负责通知其他模块键盘是否有按键发生。其他模块在keypressed有效时，可以读取键值。
图3.2.1 键盘译码电路的外部接口
其VHDL实现如下：
LIBRARY ieee;
USE ieee.std_logic_1164.all;
USE ieee.std_logic_arith.all;
ENTITY keydecoder IS
PORT(
clk : IN STD_LOGIC; --全局时钟
clk_scan : IN STD_LOGIC; --扫描时钟
keyin : IN STD_LOGIC_VECTOR(8 DOWNTO 0); --键盘输入
keydrv : IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); --扫描信号
keyvalue : OUT STD_LOGIC_VECTOR(8 DOWNTO 0);--键值
keypressed : OUT STD_LOGIC --有按键按下
);
END keydecoder;
ARCHITECTURE keydecoder_architecture OF keydecoder IS
--TEMP <=keyin & keydrv;
SIGNAL temp:STD_LOGIC_VECTOR(12 DOWNTO 0) ;
SIGNAL temp_pressed: STD_LOGIC;
SIGNAL keypressed_asy: STD_LOGIC;
SIGNAL q1,q2,q3,q4,q5,q6 :STD_LOGIC;
BEGIN
temp<=keyin & keydrv;
--译码进程
PROCESS (temp)
BEGIN
case temp is
when "1111111101110"=>keyvalue<=conv_std_logic_vector(1,9);
temp_pressed <='1';
when "1111111101101"=>keyvalue<=conv_std_logic_vector(2,9);
temp_pressed <='1';
when "1111111101011"=>keyvalue<=conv_std_logic_vector(3,9);
temp_pressed <='1';
when "1111111100111"=>keyvalue<=conv_std_logic_vector(4,9);
temp_pressed <='1';
when "1111111011110"=>keyvalue<=conv_std_logic_vector(5,9);
temp_pressed <='1';
when "1111111011101"=>keyvalue<=conv_std_logic_vector(6,9);
temp_pressed <='1';
when "1111111011011"=>keyvalue<=conv_std_logic_vector(7,9);
temp_pressed <='1';
when "1111111010111"=>keyvalue<=conv_std_logic_vector(8,9);
temp_pressed <='1';
when "1111110111110"=>keyvalue<=conv_std_logic_vector(9,9);
temp_pressed <='1';
when "1111110111101"=>keyvalue<=conv_std_logic_vector(10,9);
when "1111110111011"=>keyvalue<=conv_std_logic_vector(11,9);
temp_pressed <='1';
when "1111110110111"=>keyvalue<=conv_std_logic_vector(12,9);
temp_pressed <='1';
when "1111101111110"=>keyvalue<=conv_std_logic_vector(13,9);
temp_pressed <='1';
when "1111101111101"=>keyvalue<=conv_std_logic_vector(14,9);
temp_pressed <='1';
when "1111101111011"=>keyvalue<=conv_std_logic_vector(15,9);
temp_pressed <='1';
when "1111101110111"=>keyvalue<=conv_std_logic_vector(16,9);
temp_pressed <='1';
when "1111011111110"=>keyvalue<=conv_std_logic_vector(17,9);
temp_pressed <='1';
when "1111011111101"=>keyvalue<=conv_std_logic_vector(18,9);
temp_pressed <='1';
when "1111011111011"=>keyvalue<=conv_std_logic_vector(19,9);
temp_pressed <='1';
when "1111011110111"=>keyvalue<=conv_std_logic_vector(20,9);
temp_pressed <='1';
when "1110111111110"=>keyvalue<=conv_std_logic_vector(21,9);
temp_pressed <='1';
when "1110111111101"=>keyvalue<=conv_std_logic_vector(22,9);
temp_pressed <='1';
when "1110111111011"=>keyvalue<=conv_std_logic_vector(23,9);
temp_pressed <='1';
when "1110111110111"=>keyvalue<=conv_std_logic_vector(24,9);
temp_pressed <='1';
when "1101111111110"=>keyvalue<=conv_std_logic_vector(25,9);
when "1101111111101"=>keyvalue<=conv_std_logic_vector(26,9);
temp_pressed <='1';
when "1101111111011"=>keyvalue<=conv_std_logic_vector(27,9);
temp_pressed <='1';
when "1101111110111"=>keyvalue<=conv_std_logic_vector(28,9);
temp_pressed <='1';
when "1011111111110"=>keyvalue<=conv_std_logic_vector(29,9);
temp_pressed <='1';
when "1011111111101"=>keyvalue<=conv_std_logic_vector(30,9);
temp_pressed <='1';
when "1011111111011"=>keyvalue<=conv_std_logic_vector(31,9);
temp_pressed <='1';
when "1011111110111"=>keyvalue<=conv_std_logic_vector(32,9);
temp_pressed <='1';
when "0111111111110"=>keyvalue<=conv_std_logic_vector(33,9);
temp_pressed <='1';
when "0111111111101"=>keyvalue<=conv_std_logic_vector(34,9);
temp_pressed <='1';
when "0111111111011"=>keyvalue<=conv_std_logic_vector(35,9);
temp_pressed <='1';
when "0111111110111"=>keyvalue<=conv_std_logic_vector(36,9);
temp_pressed <='1';
when others =>
temp_pressed<='0';
end case;
end process;
--按键标志产生电路
process (clk_scan)
begin
if (clk_scan'event and clk_scan='1') then
q1<=temp_pressed;
q2<=q1;
q3<=q2;
q4<=q1;
end if;
keypressed_asy<=q1 or q2 or q3 or q4 ;
end process;
--同步化keypressed_asy
process(clk)
begin
if(clk'event and clk='1') then
q5<=keypressed_asy;
q6<=q5;
end if;
keypressed<=q5 and not(q6) ;
end process;
END keydecoder_architecture;
上面程序中有两个进程。第一个进程负责译码，值得注意的是WHEN OTHEN语句有没有对temp_pressed和keyvalue信号赋值，这相当于不改变temp_presed和keyvalue信号的值，即实现了锁存输出。在不需要锁存输出时，在WHEN O-THEN语句中，一定要对所有的case语句中出现的信号逐一赋值，以免产生意想不到的结果。第二个进程负责把按键同步信号同步化与全局时钟同步的并且脉宽为一个周期的脉冲。重新编写按键发生标志电路，该电路不仅要解决按键抖动导致一次按键被当成多次的问题，同时还要解决按键太长导致一次按键被当成多次的问题。考虑这些因素之后，编写的程序应该是阴影部分的程序。
该电路的仿真结果如图3.2.2所示：
图3.2.2 键盘译码电路仿真图
通过仿真波形图可以看出，按键的抖动不会影响输出结果；无论一个按键动作持续时间有多久，但仍然认为是一个按键。
3.3 时钟产生模块
时钟产生模块是用于扫描时钟的，它的输出供给给键盘扫描模块和按键标志位的产生模块，其外部接口图如图3.3.1所示：
图3.3.1 时钟产生模块外部接口电路
其VHDL实现如下：
LIBRARY ieee;
USE ieee.std_logic_1164.all;
USE ieee.std_logic_ARITH.all;
ENTITY clk_gen IS
PORT
(clk : IN STD_LOGIC; --全局时钟
clk_scan : OUT STD_LOGIC --扫描时钟
);
END clk_gen;
ARCHITECTURE clk_gen_architecture OF clk_gen IS
signal cnt :integer range 0 to 119999;
begin
--计数模块
process(clk)
begin
if(clk'event and clk ='1') then
if (cnt=cnt'high) then
cnt<=0;
else
cnt<=cnt+1;
end if;
end if;
end process;
--译码输出
process(cnt,clk)
begin
if(clk'event and clk='1') then
if cnt>=cnt'high/2 then
clk_scan<='1';
else
clk_scan<='0';
end if;
end if;
end process;
END clk_gen_architecture;
该程序主要包含有一个计数器模块和一个译码输出模块，该程序是通过计数器模块实现分频的。要从12MHZ全局时钟得到100HZ的时钟，必须进行120000倍的分频。这么大的分频需要仿真时间很久。仿真时一般采用小分频来代替，（在本程序中采用150分频来仿真）以便快速观察到结果。等到真正下
载到电路上时，就需要采用120000分频了。该电路的仿真结果如图3.3.2所示：
图3.3.2 时钟产生模块的仿真图
3.4 键盘接口电路顶层电路实现
键盘接口电路的顶层电路只是把键盘扫描模块、键盘译码且按键标志位产生模块和时钟产生模块连接起来，其结构如图3.4.1所示：
图3.4.1 键盘接口电路的顶层电路
该电路的仿真波形如图3.4.2所示：
图3.4.2 键盘接口电路的顶层电路仿真图
四、硬件测试
五、实验设备
本次实验采用的是Create-SOPC实验平台，使用Cyclone系列EP1C20F324C8芯片
六、总结
矩阵式键盘是一种常见的输入装置，在日常的生活中，矩阵式键盘在计算机、电话、手机、微波炉等电子产品上已被广泛应用，各式各样的矩阵键盘控制着各种各样的功能。矩阵键盘控制接口电路是最基本的输入电路，我们利用软件Quartus II自行设计并修改的键盘输入显示电路是通过VHDL语言的编写并实现了键码的对应显示，在设计中发现了许多问题，比如去按键抖动，这个过程很有意思但却很繁琐，在利用Quartus II进行仿真的时候，要细心地对参数进行设置，最后才能够仿真出结果。
本次设计中最为突出的是对键盘译码电路和按键标志位产生电路的设计，主要是去抖动，其中重要一点是按键去抖动电路不仅要解决按键抖动导致一次按键被当成多次的问题，同时还要解决按键太长导致一次按键被当成多次的问题。否则，当设计的键盘在实际中应用的时候，就会出现错误，所以应该把之前的程序重新编写。在新程序中：
1.多了一个输入信号clk_scan，它是用于产生扫描信号的时钟，周期为10ms。
2.按键信号tepm_pressed首先通过clk_scan信号的上升沿采样，通过采样后，抖动噪声被消除。
3.采样后得到信号被分别延迟1~4个clk_csan周期得到4个信号q1、q2、q3、q4。这四个信号
进行或运算得到一个宽度约为80ms并且与全局时钟异步的按键信号keypressed_asy。原来程序中一个长时间的按键过程有可能被认为是多次按键，通过这种方法使得一个长时间的按键仍然是一次按键。
4.把keypressed_asy同步化。
5.消除了按键抖动。
参考文献
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[2] 谭京生，EDA技术及应用[M]，西安：西安电子科技大学出版社，2001
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[6] 周祖成，电子设计硬件描述语言VHDL [M]，北京：北京学苑出版社，2000
[7] 侯伯亭，VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计[M]，西安：西安电子科技大学出版社，2001
4X4扫描式矩阵键盘课程设计 课程设计名称: 4_4扫描式矩阵键盘设计 姓名：DUKE 班级：电子1008班 学号：10086 成绩： 日期：2014年1月6日
摘要 随着21世纪的到来，电子信息行业将是人类社会的高科技行业之一，式设施现代化的基础，也是人类通往科技巅峰的直通路。电子行业的发展从长远来看很重要，但最主要的还是科技问题。 矩阵式键盘提高效率进行按键操作管理有效方法，它可以提高系统准确性，有利于资源的节约，降低对操作者本身素质的要求。是它能准时、实时、高效地显示按键信息，以提高工作效率和资源利用率。 矩阵式键盘乃是当今使用最为广泛的键盘模式，该系统以N个端口连接控制N*N个按键，显示在LED数码管上。单片机控制依据这是键盘显示系统，该系统可以对不同的按键进行实时显示，其核心是单片机和键盘矩阵电路部分，主要对按键与显示电路的关系、矩阵式技术及设备系统的硬件、软件等各个部分进行实现。 4*4矩阵式键盘采用AT89C51单片机为核心，主要由矩阵式键盘电路、译码电路、显示电路等组成，软件选用C语言编程。单片机将检测到的按键信号转换成数字量，显示于LED显示器上。该系统灵活性强，易于操作，可靠性高，将会有更广阔的开发前景。
目录 第一章：系统功能要求-------------------------------------------------------- 1.1 4*4 矩阵式键盘系统概述------------------------------------------------ 1.2 本设计任务和主要内容--------------------------------------------------- 第二章：方案论证--------------------------------------------------------------- 第三章：系统硬件电路的设计------------------------------------------------ 3.1 单片机控制系统原理----------------------------------------------------- 3.2 原理图绘制说明---------------------------------------------------------- 3.3 画出流程图---------------------------------------------------------------- 3.4 原理图绘制--------------------------------------------------------------- 第四章：系统程序的设计------------------------------------------------------ 4.1 程序的编写步骤----------------------------------------------------------- 4.2 编写的源程序-------------------------------------------------------------- 第五章：调试及性能分析------------------------------------------------------ 第六章：心得体会--------------------------------------------------------------- 参考文献----------------------------------------------------------------------------
.. 主控键盘 （SYSTEM KEYBOARD） 使用说明书 （中文版第二版）
Copyright 2009-2012. All Rights Reserved. 注意事项： 1.安装场所 远离高温的热源和环境，避免直接照射。 为确保本机的正常散热，应避开通风不良的场所。 为了防止电击和失火，请勿将本机放置于易燃、易爆的场所。 小心轻放本机避免强烈碰撞、振动等，避免安装在会剧烈震动的场所。避免在过冷、过热的场所间相互搬动本机，以免机器部产生结露，影响机器的使用寿命。 2.避免电击和失火 切记勿用湿手触摸电源开关和本机。 勿将液体溅落在本机上，以免造成机器部短路或失火。 勿将其它设备直接放置于本机上部。 安装过程中进行接线或改线时，都应将电源断开，预防触电。 重要提示： 为了避免损坏，请勿自动拆开机壳，必须委托有资格有专业维修人员在指定的维修单位进行维修。 清洁装置时,请勿使用强力清洗剂,当有灰尘时用干布擦拭装置。 不得在电源电压过高和过低的场合下使用该本机。 务请通读本使用说明书，以便您掌握如正确使用本机。当您读本说明书后，请把它妥善保存好，以备日后参考。如果需要维修，请在当地与经本公司授权的维修站联系。 环境防护： 本机符合电磁辐射标准，对人体无电磁辐射伤害。 申明：
产品的发行和销售由原始购买者在可协议条款下使用； 未经允，任单位和个人不得将该产品全部或部分复制、再生或翻译成其它机器可读形式的电子媒介； 本手册若有任修改恕不另行通知； 因软件版本升级而造成的与本手册不符，以软件为准。 目录 设备概述 (3) 第一部分控制矩阵切换系统 (4) 1.1键盘通电 (4) 1.2键盘操作加锁 (4) 1.3键盘操作解锁 (4) 1.4键盘密码设置 (4) 1.5选择监视器 (5) 1.6选择摄像机 (5) 1.7控制解码器 (5) 1.8控制智能高速球 (6) 1.9操作辅助功能 (7) 1.10系统自由切换 (8) 1.11系统程序切换 (9) 1.12系统同步切换 (10) 1.13系统群组切换 (10) 1.14报警联动 (10) 1.15防区警点 (11) 1.16警点状态 (11) 1.17声音开关 (11) 第二部分控制数字录像机、画面处理器 (11) 2.1进入数字录像机、画面处理器模式 (11) 2.2退出数字录像机、画面处理器模式 (11) 2.3选择数字录像机、画面处理器 (11) 2.4控制数字录像机、画面处理器 (12) 第三部分设置连接 (12) 3.1键盘工作模式 (12)
9.3.1 矩阵键盘的工作原理和扫描确认方式 来源：《AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践》M16华东师范大学电子系马潮 当键盘中按键数量较多时，为了减少对I/O 口的占用，通常将按键排列成矩阵形式，也称为行列键盘，这是一种常见的连接方式。矩阵式键盘接口见图9-7 所示，它由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上。当键被按下时，其交点的行线和列线接通，相应的行线或列线上的电平发生变化，MCU 通过检测行或列线上的电平变化可以确定哪个按键被按下。 图9-7 为一个 4 x 3 的行列结构，可以构成12 个键的键盘。如果使用 4 x 4 的行列结构，就能组成一个16 键的键盘。很明显，在按键数量多的场合，矩阵键盘与独立式按键键盘相比可以节省很多的I/O 口线。 矩阵键盘不仅在连接上比单独式按键复杂，它的按键识别方法也比单独式按键复杂。在矩阵键盘的软件接口程序中，常使用的按键识别方法有行扫描法和线反转法。这两种方法的基本思路是采用循环查循的方法，反复查询按键的状态，因此会大量占用MCU 的时间，所以较好的方式也是采用状态机的方法来设计，尽量减少键盘查询过程对MCU 的占用时间。 下面以图9-7 为例，介绍采用行扫描法对矩阵键盘进行判别的思路。图9-7 中，PD0、PD1、PD2 为3 根列线，作为键盘的输入口（工作于输入方式）。PD3、PD4、PD5、PD6 为4根行线，工作于输出方式，由MCU（扫描）控制其输出的电平值。行扫描法也称为逐行扫描查询法，其按键识别的过程如下。 √将全部行线PD3－PD6 置低电平输出，然后读PD0－PD2 三根输入列线中有无低电平出现。只要有低电平出现，则说明有键按下（实际编程时，还要考虑按键的消抖）。如读到的都是高电平，则表示无键按下。 √在确认有键按下后，需要进入确定具体哪一个键闭合的过程。其思路是：依
矩阵键盘操作说明 一、系统复位 1按数字键0后，按MON键 2输入99后，按NEXT键 二、键盘视频选择 首先是监视器选择然后是摄像机选择 1、按键盘上的CLEAR键，清除键盘数字输入ENTER区中的数字显示 2、输入所选择的监视器号，该数字在键盘数字输入ENTER区中显示 3、按MON键，该监视器号在键盘监视器MONITOR区中显示 4、同时系统主机将返回该监视器对应的图像号，在键盘的摄像机CAMERA区中显示。 5、输入选择的摄像机号，该数字在键盘数字输入ENTER区中显示 6、按CAM键 7、系统主机将返回该图像号，在键盘的摄像机CAMERA区中显示则选择的图像再选择的 监视器上显示 三、图像区域切换 在指定的监视器上运行一个指定区域的图像切换，该功能可以在任何一个监视上浏览切换所有的图像操作步骤如下： 1、按键盘上CLERA键，清除数字输入ENTER区中的数字显示 2、输入所选择的监视器号，该数字在键盘数字输入ENTER区中显示 3、按MON键，该监视器号在键盘监视器MONITOR区中显示 4、输入区域切换中的开始图像号 5、按ON键，确认开始区域的开始图像 6、输入区域切换中的结束图像号 7按OFF键确定区域切换的结束图像 完成后则该监视器开始区域切换依次按照设定的图像号进行切换如要添加一个图像到切换序列中则： 1和设置区域切换的步骤一样重复1-3步，选择一个监视器，该监视必须已存在一个切换队列 2、输入所希望添加的摄像机图像好，该摄像机图像号必须在系统的最大允许摄像机图像号的范围内 3、按组合键ENTER-ON,ENTER键必须在前面，确定添加的图像。 如要在切换队列中删除一个图像： 1、和设置区域切换的步骤一样重复1-3步，选择一个监视器，该监视必须已存在一个切换队列 2输入所希望添加的摄像机图像好，该摄像机图像号必须在这个序列切换范围内。 3、按组合键ENTER-OFF,ENTER必须在前面，确认删除图像。 四、报警设置 单布防 针对需要布防的防区一个一个的布防，防区布防后，根据监视器与防区触点权限表，自动将该防区分配到与之对应的监视器上。一旦报警，则与之相关的报警监视器就可以对这个报警防区进行响应。具体操作如下1、输入防区号 2、按组合键ARM-ON,ARM键必须先按，对该报警防区进行确认。 全布防。撤防即按ARM-OFF键 1、输入数字键0
扫描式矩阵键盘课程设 计 Company number【1089WT-1898YT-1W8CB-9UUT-92108】
4X4扫描式矩阵键盘课程设计课程设计名称: 4_4扫描式矩阵键盘设计 姓名： DUKE 班级：电子1008班 学号： 10086 成绩： 日期： 2014年1月6日 摘要 随着21世纪的到来，电子信息行业将是人类社会的高科技行业之一，式设施现代化的基础，也是人类通往科技巅峰的直通路。电子行业的发展从长远来看很重要，但最主要的还是科技问题。 矩阵式键盘提高效率进行按键操作管理有效方法，它可以提高系统准确性，有利于资源的节约，降低对操作者本身素质的要求。是它能准时、实时、高效地显示按键信息，以提高工作效率和资源利用率。 矩阵式键盘乃是当今使用最为广泛的键盘模式，该系统以N个端口连接控制N*N个按键，显示在LED数码管上。单片机控制依据这是键盘显示系统，该系统可以对不同的按键进行实时显示，其核心是单片机和键盘矩阵电路部分，主要对按键与显示电路的关系、矩阵式技术及设备系统的硬件、软件等各个部分进行实现。 4*4矩阵式键盘采用AT89C51单片机为核心，主要由矩阵式键盘电路、译码电路、显示电路等组成，软件选用C语言编程。单片机将检测到的按键信号
转换成数字量，显示于LED显示器上。该系统灵活性强，易于操作，可靠性高，将会有更广阔的开发前景。 目录 第一章：系统功能要求-------------------------------------------------------- 1.1 4*4 矩阵式键盘系统概述------------------------------------------------ 1.2 本设计任务和主要内容--------------------------------------------------- 第二章：方案论证--------------------------------------------------------------- 第三章：系统硬件电路的设计------------------------------------------------ 3.1 单片机控制系统原理----------------------------------------------------- 3.2 原理图绘制说明---------------------------------------------------------- 3.3 画出流程图---------------------------------------------------------------- 3.4 原理图绘制---------------------------------------------------------------
1、设计原理 (1)如图14.2所示，用单片机的并行口P3连接4×4矩阵键盘，并以单片机的P3.0-P3.3各管脚作输入线，以单片机的P3.4-P3.7各管脚作输出线，在数码管上显示每个按键“0-F”的序号。 (2)键盘中对应按键的序号排列如图14.1所示。 2、参考电路 图14.2 4×4矩阵式键盘识别电路原理图 3、电路硬件说明 (1)在“单片机系统”区域中，把单片机的P3.0-P3.7端口通过8联拨动拨码开关JP3连接到“4×4行列式键盘”区域中的M1-M4，N1-N4端口上。 (2)在“单片机系统”区域中，把单片机的P0.0-P0.7端口连接到“静态数码显示模块”区域中的任何一个a-h端口上;要求：P0.0对应着a，P0.1对应着b，……，P0.7对应着h。 4、程序设计内容 (1)4×4矩阵键盘识别处理。 (2)每个按键都有它的行值和列值，行值和列值的组合就是识别这个按键的编码。矩阵的行线和列线分别通过两并行接口和CPU通信。键盘的一端(列线)通过电阻接VCC，而接地是通过程序输出数字“0”实现的。键盘处理程序的任务是：确定有无键按下，判断哪一个键按下，键的功能是什么?还要消除按键在闭合或断开时的抖动。两个并行口中，一个输出扫描码，使按键逐行动态接地;另一个并行口输入按键状态，由行扫描值和回馈信号共同形成键编码而识别按键，通过软件查表，查出该键的功能。 5、程序流程图(如图14.3所示) 6、汇编源程序 ;;;;;;;;;;定义单元;;;;;;;;;; COUNT EQU 30H ;;;;;;;;;;入口地址;;;;;;;;;;
ORG 0000H LJMP START ORG 0003H RETI ORG 000BH RETI ORG 0013H RETI ORG 001BH RETI ORG 0023H RETI ORG 002BH RETI ;;;;;;;;;;主程序入口;;;;;;;;;; ORG 0100H START: LCALL CHUSHIHUA LCALL PANDUAN LCALL XIANSHI LJMP START ;;;;;;;;;;初始化程序;;;;;;;;;;
矩阵控制键盘操作说明 键盘概述 控制器是智能电视监控系统中的控制键盘，也是个监控系统中人机对话的主要设备。可作为主控键盘，也可作为分控键盘使用。对整个监控系统中的每个单机进行控制。 键盘功能 １．中文/英文液晶屏显示 ２．比例操纵杆（二维、三维可选）可全方位控制云台，三维比例操纵杆可控制摄像机的变倍 ３．摄像机可控制光圈开光、聚集远近、变倍大小 ４．室外云台的防护罩可除尘和除霜 ５．控制矩阵的切换、序切、群组切换、菜单操作等 ６．控制高速球的各种功能，如预置点参数、巡视组、看守卫设置、菜单操作等 ７．对报警设备进行布/撤防及报警联动控制 ８．控制各种协议的云台、解码器、辅助开头设置、自动扫描、 自动面扫及角度设定 ９．在菜单中设置各项功能 10．键盘锁定可避免各种误操作，安全性高 11．内置蜂鸣器桌面上直接听到声音，可判断操作是否有效 技术参数 １．控制模式主控、分控 ２．可接入分控数16个 ３．可接入报警模块数239个 ４．最大报警器地址1024个 ５．最大可控制摄像机数量1024个 ６．最大可控制监视器数量 64个 ７．最大可控制解码器数量 1024个 ８．电源 AC/DC9V（最低500mA的电源） ９．功率 5W 10．通讯协议Matri、PEL-D、PEL-P、VinPD 11．通讯波特率1200 Bit/S,2400 Bit/S,4800 Bit/S ,9600Bit/S， Start bit1,Data bit8,Stop bit1
键盘按键说明 Focus Far 聚焦远 Focus Near 聚焦近 Zoom Tele 变倍大 Zoom Wide 变倍小 DVR 设备操作 DVR 功能键 Shift 用户登入 Login 退出键 Exit 报警记录查询 List 进入键盘主菜单 MENU 启动功能 F1/ON 关闭功能 F2/OFF 液晶显示区
课程设计-制作单片机的4X4矩阵键盘
目录 摘要.............................................. 错误!未定义书签。第一章硬件部分 (5) 第一节AT89C51 (5) 第二节4*4矩阵式键盘 (8) 第三节LED数码管 (11) 第四节硬件电路连接 (13) 第二章软件部分 (15) 第一节所用软件简介 (15) 第二节程序流程图 (18) 第三节程序 (20) 第三章仿真结果 (23) 心得体会 (26) 参考文献 (27)
第一章硬件部分 第一节AT89C51 AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。引脚如图所示 AT89C5 图1 AT89C51管脚 图 AT89C51其具有以下特性： 与MCS-51 兼容 4K字节可编程FLASH存储器 寿命：1000写/擦循环 数据保留时间：10年
全静态工作：0Hz-24MHz 三级程序存储器锁定 128×8位内部RAM 32可编程I/O线 两个16位定时器/计数器 5个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 特性概述: AT89C51 提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32 个I/O 接口，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。 管脚说明： VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须接上拉电阻。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。
南京林业大学 实验报告 基于AT89C51 单片机4x4矩阵键盘接口电路设计 课程机电一体化设计基础 院系机械电子工程学院 班级 学号 姓名 指导老师杨雨图 2013年9月26日
一、实验目的 1、掌握键盘接口的基本特点，了解独立键盘和矩阵键盘的应用方法。 2、掌握键盘接口的硬件设计方法，软件程序设计和贴士排错能力。 3、掌握利用Keil51软件对程序进行编译。 4、用Proteus软件绘制“矩阵键盘扫描”电路，并用测试程序进行仿真。 5、会根据实际功能，正确选择单片机功能接线，编制正确程序。对实验结果 能做出分析和解释，能写出符合规格的实验报告。 二、实验要求 通过实训，学生应达到以下几方面的要求： 素质要求 1.以积极认真的态度对待本次实训，遵章守纪、团结协作。 2.善于发现数字电路中存在的问题、分析问题、解决问题，努力培养独立 工作能力。 能力要求 1.模拟电路的理论知识 2.脉冲与数字电路的理念知识 3.通过模拟、数字电路实验有一定的动手能力 4.能熟练的编写8951单片机汇编程序 5.能够熟练的运用仿真软件进行仿真 三、实验工具 1、软件：Proteus软件、keil51。 2、硬件：PC机，串口线，并口线，单片机开发板 四、实验内容 1、掌握并理解“矩阵键盘扫描”的原理及制作，了解各元器件的参数及格 元器件的作用。 2、用keil51测试软件编写AT89C51单片机汇编程序 3、用Proteus软件绘制“矩阵键盘扫描”电路原理图。 4、运用仿真软件对电路进行仿真。 五．实验基本步骤 1、用Proteus绘制“矩阵键盘扫描”电路原理图。 2、编写程序使数码管显示当前闭合按键的键值。 3、利用Proteus软件的仿真功能对其进行仿真测试，观察数码管的显示状 态和按键开关的对应关系。 4、用keil51软件编写程序，并生成HEX文件。 5、根据绘制“矩阵键盘扫描”电路原理图，搭建相关硬件电路。 6、用通用编程器或ISP下载HEX程序到MCU。 7、检查验证结果。
长沙学院 《单片机原理及应用》 课程设计说明书 题目液晶显示4*4矩阵键盘按键号 程序设计 系(部)电子与通信工程系 专业(班级)电气1班 姓名龙程 学号09 指导教师刘辉、谢明华、王新辉、马凌 云 起止日期— 长沙学院课程设计鉴定表
《单片机技术及应用》课程设计任务书系(部)：电子与电气工程系专业：11级电子一班指导教师：谢明华、刘辉
目录 前言 .......................................................................................................................................... 错误!未定义书签。 一、课程设计目的 .................................................................................................................... 错误!未定义书签。 二、设计内容及原理 ................................................................................................................ 错误!未定义书签。 单片机控制系统原理 ...................................................................................................... 错误!未定义书签。 阵键盘识别显示系统概述 ................................................................................................ 错误!未定义书签。 键盘电路 ............................................................................................................................ 错误!未定义书签。 12864显示器 ................................................................................................................... 错误!未定义书签。 整体电路图 ........................................................................................................................ 错误!未定义书签。 仿真结果 ............................................................................................................................ 错误!未定义书签。 三、实验心得与体会 ................................................................................................................ 错误!未定义书签。 四、实验程序 ............................................................................................................................ 错误!未定义书签。参考文献 .................................................................................................................................... 错误!未定义书签。
键盘控制器 （KEYBOARD CONTROLLER）使用说明书Operation Instruction Copyright 2003-2009. All Rights Reserved.
温馨提示: 感谢您使用本公司产品。 为了让您能够尽快熟练的操作本机，请您仔细阅读我们为您配备内容详细的使用说明书，从中您可以获取有关产品安全注意事项、产品介绍以及产品使用方法等方面的知识。当您阅读完说明书后，请将它妥善保存好，以备日后参考。 如果您在产品的使用过程中发现什么问题，请联系产品技术服务人员。谢谢您的合作！ 申明： 在编写此说明书时我们非常小心谨慎，并认为此说明书中所提供的信息是正确可靠的，然而难免会有错误和疏漏之处，请您多加包涵并热切欢迎您的指正。但是我们将不对本手册可能出现的问题和疏漏负责。同时，由于我们无法控制用户对本手册可能造成的误解，因此，将不负责在使用本手册的过程中出现的事故或由此引起的损坏。对于因使用本产品所造成的任何损坏第三方的索赔不负责任。对于因软件的误操作、产品维修、或其它意外情况等引起资料的删改或丢失不负任何责任，也不对由此造成的其它间接损失负责。 本产品的发行和销售由原始购买者在许可协议条款下使用。 未经允许，任何单位和个人不得将本说明书全部或部分复制、再生或翻译成其它机器可读形式的电子媒介。 本说明书若有任何修改恕不另行通知。 因软件版本升级而造成的与本说明书不符，以软件为准。 注：本设备在出厂前已经过严格的质量测试，符合国家电磁辐射标准。
目录 第一部分键盘操作 (4) 1.1 设备概述 (4) 1.2 开机运行 (6) 1.3 键盘登录 (6) 1.4 键盘注销 (6) 第二部分控制监控主机 (6) 2.1 选择监视器 (6) 2.2 选择图像 (7) 2.3 向前、向后切换图像 (7) 2.4 图像保持 (7) 2.5 主机自由切换 (7) 2.6 主机程序切换 (8) 2.7 主机同步切换 (9) 2.8 主机群组切换 (10) 2.9 屏幕分割控制 (10) 2.10 屏幕拼接控制 (10) 2.11 保存主机当前设置 (11) 2.12 网络主机控制 (11) 2.13 监控主机菜单设置 (11) 第三部分控制摄像机 (12) 3.1 选择摄像机 (12) 3.2 控制摄像机方向 (12) 3.3 控制摄像机镜头 (13) 3.4 预置位操作 (13) 3.5 图像返回 (14) 3.6 自动巡视 (14) 3.7 轨迹扫描 (14) 3.8 区域扫描 (15) 3.9 云台自动扫描 (15) 3.10 操作辅助功能 (16) 3.11 智能摄像机菜单设置 (16) 第四部分控制报警主机 (16) 4.1 选择警点 (16) 4.2 防区警点设防、撤防 (16)
《微处理器系统与接口技术》课程实践报告 计算器 班级： 学号： 学生姓名： 指导老师： 日期： 2014.7.5 ******电子与信息工程学院
目录 1、设计题目:计算器 (3) 2、设计目的 (3) 3、计算器总体设计框图 (3) 4、计算器详细设计过程 (4) 4.1输入模块 (4) 4.2键盘输入电路 (5) 4.3主程序模块 (6) 5、分析与调试 (6) 7、运行结果 (8) 8、结束语 (8) 8、参考文献 (8) 9、源程序附录 (9) 9.1主程序 (9) 9.2延时函数delay (12) 9.3显示函数display (12) 9.4键盘扫描函数 (14) 9.5预定义函数 (15)
1、设计题目:计算器 2、设计目的 此次课程实践题目是基于单片机简单计数器的设计，本此设计使用的是Intel公司MCS-51系列的8051AH单片机。设计的计算器可以实现2位小数的加、减、乘、除运算以及整数的乘方运算，其中用4*4矩阵键盘来输入待参与运算的数据和运算符；八位数码管动态显示输入待参与运算的数据以及运算后产生的结果，每个硬件模块的调用过程中涉及到了函数入口及出口参数说明，函数调用关系描述等。 3、计算器总体设计框图 计算器以MCS-51系列的8051AH单片机作为整个系统的控制核心，应用其强大的I/O功能和计算速度，构成整个计算器。通过矩阵键盘输入运算数据和符号，送入单片机进行数据处理。经单片机运算后控制LED数码管的输出。整体框图如图1所示： 图3 整体框图 本系统硬件主要由矩阵键盘、独立键盘I/O输入输出、数码管显示等主要部分组成。各模块的主要功能如下： (1)矩阵键盘将十六进制编码的数字送到单片机。 (2) 单片机扫描键盘信号并接收，对输入的键盘信号进行处理 (3) LED以动态扫描的方式移位显示每次输入的数据和最后的运算结果。实践设计的具体流程图如下图2所示：
实验二矩阵键盘实验 一、实验目的 （1）掌握矩阵键盘行列设计方法； （2）掌握矩阵键盘识别方法； （3）掌握矩阵键盘去抖原理； （4）掌握矩阵键盘控制LED或数码管的设计方法； 二、实验原理 电路图参考实验板电路。 1、MCS51系列单片机的P0～P3口作为输入端口使用时必须先向端口写入“1”。 2、用查询方式检测按键时，要加入延时(通常采用软件延时10～20mS)以消除抖动。 3、识别键的闭合，通常采用行扫描法和行反转法。行扫描法是使键盘上某一行线为低电平，而其余行接高电平，然后读取列值，如读列值中某位为低电平，表明有键按下，否则扫描下一行，直到扫完所有行。 行反转法识别闭合键时，要将行线接一并行口，先让它工作在输出方式，将列线也接到一个并行口，先让它工作于输入方式，程序使CPU通过输出端口在各行线上全部送低电平，然后读入列线值，如此时有某键被按下，则必定会使某一列线值为0。然后，程序对两个并行端口进行方式设置，使行线工作于输入方式，列线工作于输出方式，并将刚才读得的列线值从列线所接的并行端口输出，再读取行线上输入值，那么，在闭合键所在行线上的值必定为0。这样，当一个键被接下时，必定可以读得一对唯一的行线值和列线值。 由于51单片机的并口能够动态地改变输入输出方式，因此，矩阵键盘采用行反转法识别最为简便。 行反转法识别按键的过程是：首先，将4个行线作为输出，将其全部置0，4个列线作为输入，将其全部置1，也就是向P1口写入0xF0；假如此时没有人按键，从P1口读出的值应仍为0xF0；假如此时1、4、7、0四个键中有一个键被按下，则P1.6被拉低，从P1口读出的值为0xB0；为了确定是这四个键中哪一个被按下，可将刚才从P1口读出的数的低四位置1后再写入P1口，即将0xBF写入P1口，使P1.6为低，其余均为高，若此时被按下的键是“4”，则P1.1被拉低，从P1口读出的值为0xBE；这样，当只有一个键被按下时，每一个键只有唯一的反转码，事先为12个键的反转码建一个表，通过查表就可知道是哪个键被按下了。 三、实验内容 1.编写程序，做到在键盘上每按一个数字键(0－F)用LED数码管将该代码显示出来。按其它键退出。 2.利用Proteus，设计4*4矩阵键盘硬件电路，并仿真实现。
FPGA课程设计报告 项目名称基于FPGA的4*4矩阵键盘的设计 专业班级通信1 学生姓名张 指导教师 2016年7 月10 日
摘要 本课程设计提出了基于FPGA的4*4矩阵键盘的设计，主要是在软件Quartus II 9.0这个环境中，以硬件描述语言Verilog进行编写程序,从而完成矩阵键盘的相关设计。主要由矩阵式键盘电路、显示电路等组成，实现过程是通过行扫描输入随机信号，列扫描判断哪一个键被按下，并最后由数码管显示该按键。此次课程设计完成了4*4矩阵键盘控制LED数码管显示系统的设计，该设计具有灵活性强，易于操作，可靠性高，广泛应用于各种场合的特点，是进行按键操作管理的有效方法，它可以提高系统准确性，有利于资源的节约，降低对操作者本身的要求，并能正确、实时、高效地显示按键信息，以提高工作效率和资源换利用率的意义。 关键词：数码管；矩阵键盘；按键；显示电路
Abstract This course is designed based on FPGA is proposed 4 * 4 matrix keyboard design, mainly in the Quartus II software 9.0 this environment, with the Verilog hardware description language program, so as to complete the related design of matrix keyboard. Main matrix keyboard circuit, display circuit and so on, complete the 4 * 4 matrix keyboard control LED digital tube display system design, the design has strong flexibility, easy operation, high reliability, widely used in various occasions. Into 4 * 4 matrix keyboard control LED digital tube display system design, design flexibility is strong, easy to operate, high reliability, widely used in various occasions. Matrix keyboard control system, can improve efficiency, and is an effective method to manage the keystrokes, it can improve the system accuracy, and is conducive to resource saving and reduce the requirement of the operator itself, and correctly, real-time and efficient to show the key information, in order to improve the work efficiency and the utilization ratio of resources in meaning. Keywords: Digital tube; Matrix keyboard; The key; Disply circuit
课程设计说明书 题目EDA技术与应用系(部) 专业(班级) 姓名 学号 指导教师 起止日期
EDA技术课程设计任务书系（部）：专业：指导教师：
目录 引言 (5) 一、绪论 (5) 1.1 FPGA概况 (5) 1.2 此课题的研究意义 (6) 二、矩阵键盘接口电路的原理与总体设计 (6) 2.1 矩阵键盘接口电路的原理 (6) 2.2 总体设计 (8) 三、各模块的设计及仿真 (8) 3.1 键盘扫描电路 (8) 3.2 键盘译码电路和按键标志位产生电路 (11) 3.3 时钟产生模块 (16) 3.4 键盘接口电路顶层电路实现 (18) 四、硬件测试 (19) 五、实验设备 (19) 六、总结 (20) 参考文献 (20)
矩阵键盘键信号检测电路设计 引言 人类文明已进入到高度发达的信息化社会。信息化社会的发展离不开电子信息产品开发技术、产品品质的提高和进步。电子信息产品随着科学技术的进步，其电子器件和设计方法更新换代的速度日新月异。实现这种进步的主要原因就是电子设计技术和电子制造技术的发展，其核心就是电子设计自动化（EDA，Electronic Design Automation）技术，EDA技术的发展和推广应用又极大地推动了电子信息产业的发展。为保证电子系统设计的速度和质量，适应“第一时间推出产品”的设计要求，EDA技术正逐渐成为不可缺少的一项先进技术和重要工具。目前，在国内电子技术教学和产业界的技术推广中已形成“EDA热”,完全可以说，掌握EDA技术是电子信息类专业学生、工程技术人员所必备的基本能力和技能。 此设计主要利用VHDL硬件描述语言在EDA平台Quartus II上设计一个4×4阵列键盘扫描电路，将行扫描信号输入阵列键盘，读取列信号的值，输出按键编码，从而判断出按键按下的位置。并且进行模拟仿真，下载到EDA实验箱进行硬件验证。 一、绪论 1.1 FPGA概况 早期的可编程逻辑器件只有可编程只读存储器(PROM)、紫外线可擦除只读存储器(EPROM)和电可擦除只读存储器(E2PROM)三种。由于结构的限制，它们只能完成简单的数字逻辑功能。 其后出现了一类结构上稍复杂的可编程芯片，即可编程逻辑器件(PLD)，它能够完成各种数字逻辑功能。典型的PLD由一个“与”门和一个“或”门阵列组成，而任意一个组合逻辑都可以用“与—或”表达式来描述，所以PLD能以乘积和的形式完成大量的组合逻辑功能。 这一阶段的产品主要有PAL(可编程阵列逻辑)和GAL(通用阵列逻辑)。 PAL由一个可编程的“与”平面和一个固定的“或”平面构成，或门的输出可以通过触发器有选择地被置为寄存状态。PAL器件是现场可编程的，它的实现工艺有反熔丝技术、EPROM技术和E2PROM技术。还有一类结构更为灵活的逻辑器件是可编程逻辑阵列(PLA)，它也由一个“与”平面和一个“或”平面构成，但是这两个平面的连接关系是可编程的。PLA器件既有现场可编程的，也有掩膜可编程的。在PAL的基础上又发展了一种通用阵列逻辑(GAL、Generic ArrayLogic)，如GAL16V8、GAL22V10等。它采用了EPROM工艺，实现了电可擦除、电可改写，其输出结构是可编程的逻辑宏单元，因而它的设计具有很强的灵活性，至今仍有许多人使用。这些早期的PLD器件的一个共同特点是可以实现速度特性较好的逻辑功能，但其过于简单的结构也使它们只能实现规模较小的电路。 为了弥补这一缺陷，20世纪80年代中期，Altera和Xilinx分别推出了类似于PAL结构的扩展型
AD矩阵中文说明书PELCO CM6800主机安装使用手册 CM6800 PELCO CM6800主机安装使用手册 页数 6 7
10 型号 10 相关设备 11 11 设备安装 12 前端视频 14 控制线 16 报警 17 连接其他设备到通讯口 20 控制键盘 KBD100，KBD200，KBD300 24 M 设备 30 连接计算机 31 连接画面分割器 32 主机继电器输出 34 34 设备加电 34 键盘初始化 34 系统设置 34 时间和日期 35 摄像机字符 35 前端视频 35 报警 35 通信口 35 KBD960和KBR960键盘 36 画面分割器
36 监视器输出色彩调节 36 预置位编程 36 其他编程 37 CM6800 37 自定义CM6800 38 进入编程模式 39 在编程模式下修改配置 41 有关CM6800主机信息 41 用户的权限设置 43 报警输入 49 继电器输出 50 摄像机 51 事件的自动执行 53 摄像机逻辑号 54 宏命令 55 监视器输出设置 57 密码 58 通信口 PELCO CM6800主机安装使用手册 59 优先级控制 60 顺序切换 61 时间和日期设置 61 自动巡视，预置位和分区设置 62
62 概述 62 CM6800操作 62 监视器输出切换 63 选择摄像机 63 控制解码器 64 运行顺序切换 65 运行宏 66 确认报警 66 运行预置位 67 运行自动巡视 67 继电器输出 69 控制画面分割器 69 运行巡视功能 69 视频丢失报警 69 定义视频区域 70 70 CM6800 DIP设置 71 ASCII码控制协议 73 故障排除 73 开始操作 73 软件重置 74 常见故障排除 75 KBD960和KBR960键盘使用 76