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4×4矩阵键盘控制实验一、实验内容摘要设计一个4×4键盘接口控制器，在QuartusII软件上实现基设计，将其与开发板连接，实现电路功能。
当按下某一键时，4位LED上显示对应的键值，以二进制代码形式从0至F显示。
二、实验源代码LIBRARY ieee;USE ieee.std_logic_1164.ALL;USE ieee.std_logic_unsigned.ALL;ENTITY DEBOUNCING ISPORT(clk, key:IN STD_LOGIC ;clr: IN STD_LOGIC;dly_out, dif_out: OUT STD_LOGIC);END DEBOUNCING;ARCHITECTURE a OF DEBOUNCING ISSIGNAL sample,dly,diff: STD_LOGIC;BEGINfree_counter:blocksignal QQ:std_logic_vector(4 downto 0);signal d0:std_logic;beginprocess (CLR,clk)beginif clr='0' thend0<='0';QQ<=(OTHERS=>'0');ELSif clk'event and clk='1' thend0<=QQ(4); --QQ的最高位同时作为d0信号,即d0的周期为2的5次方个clk.QQ<=QQ+1;end if;end process;sample<=not(QQ(4) and (not d0));--当d0为0,QQ(4)为1时,sample产生采样脉冲,低电平时间为1个clkend block free_counter;debunce:blocksignal d0,d1,s,r:std_logic;beginprocess(clk,clr)beginif clr='0' thendly<='0';elsif rising_edge(clk) thenif sample='1' thend1<=d0;d0<=key;s<=d0 and d1;r<=not d0 and not d1;if s<='0' and r<='0' thendly<=dly;elsif s<='0' and r<='1' thendly<='0';elsif s<='1' and r<='0' thendly<='1';elsedly<='0';end if;end if;end if;end process;dly_out<=dly;end block debunce;differential:blocksignal d1,d0:std_logic;beginprocess(clk,clr)beginif clr='0' thend0<='0';d1<='0';elsif rising_edge(clk) thend1<=d0;d0<=dly;end if;diff<=d0 and not d1;end process;dif_out<=diff;end block differential;END a;--****************************************************************** --* 4x4标准键盘板读取并点亮实验箱底板上的L1-L4--* Filename: keyboard4_4--* 扫描键盘，译码并点亮实验箱底板上的L1-L4--* 已加入去抖程序--****************************************************************** library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity keyboard4_4 isport(rst : in std_logic;clk_in : in std_logic;keyin : in std_logic_vector(3 downto 0);scan : out std_logic_vector(3 downto 0);leds : out std_logic_vector(3 downto 0);state : out std_logic;M : out std_logic_vector(3 downto 0));end keyboard4_4;architecture keyboard4_4_arch of keyboard4_4 is----********************************************* component debouncingport( key : IN STD_LOGIC ;clk,clr : IN STD_LOGIC ;dly_out : OUT STD_LOGIC ) ;end component ;--*********************************************--signal clkfrq : std_logic;signal cntscn : std_logic_vector(1 downto 0);signal scnlin : std_logic_vector(3 downto 0);signal cntfrq : std_logic_vector(14 downto 0);signal lednum : std_logic_vector(7 downto 0);signal key_tmp : std_logic_vector(3 downto 0);signal clk : std_logic;signal cntfrq1 : std_logic_vector(5 downto 0); beginM <= "0101"; --键盘功能选择scan <= not scnlin;lednum <= scnlin & (not key_tmp);-- key_tmp <= keyin;--debounuing cktdebounuing : blockbeginU1: debouncing PORT MAP (KEY => keyin(0) ,DLY_OUT => key_tmp(0) ,clr=>rst,clk => CLK);U2: debouncing PORT MAP (KEY => keyin(1) ,dly_out => key_tmp(1) ,clr=>rst,clk => CLK);U3: debouncing PORT MAP (key => keyin(2) ,dly_out => key_tmp(2) ,clr=>rst,clk => CLK);U4: debouncing PORT MAP (key => keyin(3) ,dly_out => key_tmp(3) ,clr=>rst,clk => CLK);END block debounuing ;--******************************************************--process(rst,clk_in) -- 晶振为40MHz，进行40000分频产生去抖时钟（1000Hz)beginif rst = '0' thencntfrq <= (others => '0');elsif rising_edge(clk_in) thenif (cntfrq = "100111000011111" or not (key_tmp="1110" or key_tmp="1101" or key_tmp="1011" or key_tmp="0111") ) then--if (cntfrq = "100111000011111" or key_tmp="1111" ) then--if cntfrq = "1111" thencntfrq <= (others => '0');clk <= not clk;--去抖时钟elsecntfrq <= cntfrq + 1;end if;end if;end process;process(rst,clk) --去抖时钟,50分频,形成扫描时钟beginif rst = '0' thenclkfrq <= '0';cntfrq1 <= (others => '0');elsif rising_edge(clk) thenif cntfrq1 = "11000" thencntfrq1 <= (others => '0');clkfrq <= not clkfrq;elsecntfrq1 <= cntfrq1 + 1;end if;end if;end process;process(rst,clkfrq) -- 根据扫描时钟产生扫描线beginif rst = '0' thencntscn <= "00";elsif rising_edge(clkfrq) thenif cntscn = "11" thencntscn <= "00";elsecntscn <= cntscn+1;end if;case cntscn iswhen "00" => scnlin <= "0001";when "01" => scnlin <= "0010";when "10" => scnlin <= "0100";when "11" => scnlin <= "1000";when others => null;end case;end if;end process;process(rst, clkfrq) -- 根据按键点亮相应的ledsbeginif(rst = '0' ) thenleds <= "0000";elsif clkfrq'event and clkfrq = '0' thencase lednum iswhen "10001000" =>leds <= "0001"; --1when "01001000" =>leds <= "0010"; --2when "00101000" =>leds <= "0011"; --3when "00011000" =>leds <= "1010"; --Awhen "10000100" =>leds <= "0100"; --4when "01000100" =>leds <= "0101"; --5when "00100100" =>leds <= "0110"; --6when "00010100" =>leds <= "1011"; --Bwhen "10000010" =>leds <= "0111"; --7when "01000010" =>leds <= "1000"; --8when "00100010" =>leds <= "1001"; --9when "00010010" =>leds <= "1100"; --Cwhen "10000001" =>leds <= "1110"; --*when "01000001" =>leds <= "0000"; --0when "00100001" =>leds <= "1111"; --#when "00010001" =>leds <= "1101"; --Dwhen others =>null;end case;end if;end process;process(rst,key_tmp)beginif(rst = '0' ) thenstate <= '1';elsif (key_tmp="1110" or key_tmp="1101" or key_tmp="1011" or key_tmp="0111") thenstate <= '0';elsif (key_tmp="1111") thenstate <= '1';end if;end process;end keyboard4_4_arch;三、实验工具软件的选用以及实验过程1、打开QuartusII软件。
一、实验目的1.掌握4×4矩阵式键盘程序识别原理2.掌握4×4矩阵式键盘按键的设计方法二、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所示三、参考电路740)this.width=740" border=undefined>图14.2 4×4矩阵式键盘识别电路原理图740)this.width=740" border=undefined>图14.1 4×4键盘0-F显示740)this.width=740" border=undefined>图14.3 4×4矩阵式键盘识别程序流程图四、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五、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，查出该键的功能六、程序流程图(如图14.3所示)七、汇编源程序;;;;;;;;;;定义单元;;;;;;;;;;COUNT EQU 30H;;;;;;;;;;入口地址;;;;;;;;;;ORG 0000HLJMP STARTORG 0003HRETIORG 000BHRETIORG 0013HRETIORG 001BHRETIORG 0023HRETIORG 002BHRETI;;;;;;;;;;主程序入口;;;;;;;;;;ORG 0100HSTART: LCALL CHUSHIHUA LCALL PANDUANLCALL XIANSHILJMP START ;;;;;;;;;;初始化程序;;;;;;;;;; CHUSHIHUA: MOV COUNT#00H RET;;;;;;;;;;判断哪个按键按下程序;;;;;;;;;; PANDUAN: MOV P3#0FFHCLR P3.4MOV A P3ANL A#0FHXRL A#0FHJZ SW1LCALL DELAY10MSJZ SW1MOV A P3ANL A#0FHCJNE A#0EH K1MOV COUNT#0LJMP DKK1: CJNE A#0DH K2MOV COUNT#4LJMP DKK2: CJNE A#0BH K3 MOV COUNT#8 LJMP DKK3: CJNE A#07H K4 MOV COUNT#12K4: NOPLJMP DKSW1: MOV P3#0FFH CLR P3.5MOV A P3ANL A#0FHXRL A#0FHJZ SW2LCALL DELAY10MS JZ SW2MOV A P3ANL A#0FHCJNE A#0EH K5 MOV COUNT#1 LJMP DKK5: CJNE A#0DH K6 MOV COUNT#5 LJMP DKK6: CJNE A#0BH K7 MOV COUNT#9 LJMP DKK7: CJNE A#07H K8 MOV COUNT#13K8: NOPLJMP DKSW2: MOV P3#0FFH CLR P3.6MOV A P3ANL A#0FHXRL A#0FHJZ SW3LCALL DELAY10MS JZ SW3MOV A P3ANL A#0FHCJNE A#0EH K9 MOV COUNT#2 LJMP DKK9: CJNE A#0DH KA MOV COUNT#6 LJMP DKKA: CJNE A#0BH KB MOV COUNT#10 LJMP DKKB: CJNE A#07H KC MOV COUNT#14 KC: NOPLJMP DKSW3: MOV P3#0FFH CLR P3.7MOV A P3ANL A#0FHXRL A#0FHJZ SW4LCALL DELAY10MSJZ SW4MOV A P3ANL A#0FHCJNE A#0EH KDMOV COUNT#3LJMP DKKD: CJNE A#0DH KE MOV COUNT#7LJMP DKKE: CJNE A#0BH KF MOV COUNT#11LJMP DKKF: CJNE A#07H KG MOV COUNT#15KG: NOPLJMP DKSW4: LJMP PANDUAN DK: RET ;;;;;;;;;;显示程序;;;;;;;;;; XIANSHI: MOV A COUNT MOV DPTR#TABLE MOVC A@A+DPTRMOV P0 ALCALL DELAYSK: MOV A P3ANL A#0FHXRL A#0FHJNZ SKRET ;;;;;;;;;;10ms延时程序;;;;;;;;;;DELAY10MS: MOV R6#20D1: MOV R7#248DJNZ R7$DJNZ R6D1RET;;;;;;;;;;200ms延时程序;;;;;;;;;;DELAY: MOV R5#20LOOP: LCALL DELAY10MSDJNZ R5LOOPRET;;;;;;;;;;共阴码表;;;;;;;;;;TABLE: DB 3FH06H5BH4FH66H6DH7DH07H DB 7FH6FH77H7CH39H5EH79H71H ;;;;;;;;;;结束标志;;;;;;;;;;END八、C语言源程序#include<AT89X51.H>unsigned char code table[]={0x3f0x660x7f0x390x060x6d0x6f0x5e0x5b0x7d0x770x790x4f0x070x7c0x71};void main(void){ unsigned char i j k key;while(1){ P3=0xff; //给P3口置1//P3_4=0; //给P3.4这条线送入0//i=P3;i=i&0x0f; //屏蔽低四位//if(i!=0x0f) //看是否有按键按下//{ for(j=50;j>0;j--) //延时//for(k=200;k>0;k--);if(i!=0x0f) //再次判断按键是否按下//{ switch(i) //看是和P3.4相连的四个按键中的哪个// { case 0x0e:key=0;break;case 0x0d:key=1;break;case 0x0b:key=2;break;case 0x07:key=3;break;}P0=table[key]; //送数到P0口显示//}}P3=0xff;P3_5=0; //读P3.5这条线//i=P3;i=i&0x0f; //屏蔽P3口的低四位//if(i!=0x0f) //读P3.5这条线上看是否有按键按下// { for(j=50;j>0;j--) //延时//for(k=200;k>0;k--);i=P3; //再看是否有按键真的按下//i=i&0x0f;if(i!=0x0f){ switch(i) //如果有显示相应的按键//{ case 0x0e:key=4;break;case 0x0d:key=5;break;case 0x0b:key=6;break;case 0x07:key=7;break;}P0=table[key]; //送入P0口显示//}}P3=0xff;P3_6=0; //读P3.6这条线上是否有按键按下// i=P3;i=i&0x0f;if(i!=0x0f){ for(j=50;j>0;j--)for(k=200;k>0;k--);i=P3;i=i&0x0f;if(i!=0x0f){ switch(i){ case 0x0e:key=8;break;key=9;break;case 0x0b:key=10;break;case 0x07:key=11;break;}P0=table[key];}}P3=0xff;P3_7=0; //读P3.7这条线上是否有按键按下// i=P3;i=i&0x0f;if(i!=0x0f){ for(j=50;j>0;j--)for(k=200;k>0;k--);i=P3;i=i&0x0f;if(i!=0x0f){ switch(i){ case 0x0e:key=12;break;case 0x0d:key=13;break;key=14;break;case 0x07:key=15;break;}P0=table[key];}}}}九、注意事项在硬件电路中，要把8联拨动拨码开关JP2拨下，把8联拨动拨码开关JP3拨上去。
单片机及DSP课程设计报告专业：班级：姓名：学号：指导教师：时间：一、设计目的为了进一步巩固学习的理论知识，增强学生对所学知识的实际应用能力和运用所学的知识解决实际问题的能力，开始为期两周的课程设计。
通过设计使学生在巩固所学知识的基础之上具有初步的单片机系统设计与应用能力。
1、通过本设计，使学生综合运用《单片机技术原理与应用》、《DSP原理与应用》《C语言程序设计》以及《数字电路》、《模拟电路》等课程的内容，为以后从事电子产品设计、软件编程、系统控制等工作奠定一定的基础。
2、学会使用KEIL C和PROTEUS等软件，用C语言或汇编语言编写一个较完整的实用程序，并仿真运行，保证设计的正确性。
3、了解单片机接口应用开发的全过程：分析需求、设计原理图、选用元器件、布线、编程、调试、撰写报告等。
二、硬件电路方案设计1、4X4键盘设计4x4键盘工作原理：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。
2、数码管显示电路设计数码管显示原理：动态显示的特点是将所有位数码管的段选线并联在一起，由位选线控制是哪一位数码管有效。
这样一来，就没有必要每一位数码管配一个锁存器，从而大大地简化了硬件电路。
选亮数码管采用动态扫描显示。
所谓动态扫描显示即轮流向各位数码管送出字形码和相应的位选，利用发光管的余辉和人眼视觉暂留作用，使人的感觉好像各位数码管同时都在显示。
动态显示的亮度比静态显示要差一些，所以在选择限流电阻时应略小于静态显示电路中的。
4X4矩阵键盘控制数码管显示按键值4X4矩阵键盘控制数码管显示按键值一、设计内容与要求用80C51单片机控制系统显示按键值0~F。
二、设计目的意义2.1 设计目的1、了解单片机系统中实现LED动态显示的原理及方法;2、详细了解8051芯片的性能及编程方法;3、了解单片机系统基本原理，了解单片机控制原理;4、掌握AT89C51输入/输出接口电路设计方法;5、掌握AT89C51程序控制方法;6、掌握单片机汇编编程技术中的设计和分析方法;7、掌握使用PROTEUS软件进行仿真的方法。
8、学会使用并熟练掌握电路绘制软件Protel99SE;9、掌握电路图绘制及PCB图布线技巧。
2.2 设计意义1、在系统掌握单片机相应基础知识的前提下，熟悉单片机应用系统的设计方法及系统设计的基本步骤。
2、完成所需单片机应用系统原理图设计绘制的基础上完成系统的电路图设计。
3、完成系统所需的硬件设计制作，在提高实际动手能力的基础上进一步巩固所学知识。
4、进行题目要求功能基础上的软件程序编程，会用相应软件进行程序调试和测试工作。
5、用AT89C51设计出题目所要求的数码管动态循环显示，并针对实际设计过程中软、硬件设计方面出现的问题提出相应解决办法。
6、通过单片机应用系统的设计将所学的知识融会贯通，锻炼独立设计、制作和调试单片机应用系统的能力;领会单片机应用系统的软、硬件调试方法和系统的研制开发过程，为进一步的科研实践活动打下坚实的基础。
三、系统硬件电路图3.1 Proteus软件简介以及仿真电路图Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。
是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、1ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。
4×4矩阵键盘的工作原理与编程ME300B单片机学习开发系统应用之三---4×4矩阵键盘的工作原理与编程作者：山西太原贵国庆本文介绍如何在ME300B型51/AVR单片机学习开发系统上使用数码管显示4×4矩阵键盘的键值。
一、硬件工作原理的简单介绍该实验使用ME300B上的8位数码管显示电路和4×4矩阵键盘电路。
现将这二部分的电路工作原理进行简单的介绍：1、4×4矩阵键盘的工作原理矩阵键盘又称为行列式键盘，它是用4条I/O线作为行线，4条I/O线作为列线组成的键盘。
在行线和列线的每一个交叉点上，设置一个按键。
这样键盘中按键的个数是4×4个。
这种行列式键盘结构能够有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。
图1为ME300B矩阵键盘电路图，行线接P1.4－P1.7，列线接P1.0－P1.3。
地显示。
图3 数码管电路数码管不同位显示的时间间隔可以通过调整延时程序的延时长短来完成。
数码管显示的时间间隔也能够确定数码管显示时的亮度，若显示的时间间隔长，显示时数码管的亮度将亮些，若显示的时间间隔短，显示时数码管的亮度将暗些。
若显示的时间间隔过长的话，数码管显示时将产生闪烁现象。
所以，在调整显示的时间间隔时，即要考虑到显示时数码管的亮度，又要数码管显示时不产生闪烁现象。
在ME300B单片机开发系统中使用数码管来显示信息时，要将JP2的2、3端短接。
见图3二、演示程序的编程方法1、4×4矩阵键盘的编程方法：1.1、先读取键盘的状态，得到按键的特征编码。
先从P1口的高四位输出低电平，低四位输出高电平，从P1口的低四位读取键盘状态。
再从P1口的低四位输出低电平，高四位输出高电平，从P1口的高四位读取键盘状态。
将两次读取结果组合起来就可以得到当前按键的特征编码。
使用上述方法我们得到16个键的特征编码。
举例说明如何得到按键的特征编码：假设“1”键被按下，找其按键的特征编码。
5、4×4键盘矩阵按键实验一、实验目的及要求键盘实质上是一组按键开关的集合。
通常，键盘开关利用了机械触点的合、断作用。
键的闭合与否，反映在行线输出电压上就是呈高电平或低电平，如果高电平表示键断开，低电平则表示键闭合，反之也可。
通过对行线电平高低状态的检测，便可确认按键按下与否。
为了确保CPU对一次按键动作只确认一次按键有效，还必须消除抖动。
当按键较多时会占用更多的控制器端口，为减少对端口的占用，可以使用行列式键盘接口，本实验中采用的4×4键盘矩阵可以大大减少对单片机的端口占用，但识别按键的代码比独立按键的代码要复杂一些。
在识别按键时使用了不同的扫描程序代码，程序运行时LED灯组会显示相应按键的键值0~15的二进制数。
本实验中P2端口低4位连接是列线，高4位连接的是行线。
二、实验原理（图）三、实验设备（环境）：1、电脑一台2、STC-ISP（V6.85I）烧写应用程序3、Keil应用程序四、实验内容（算法、程序、步骤和方法）：#include<STC15F2K60S2.h> //此文件中定义了STC15系列的一些特殊功能寄存器#include"intrins.h"#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar code dsy_code[]={0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09,0x0A,0x0B,0x0C,0x0D,0x0E,0x0 F,0xff};uchar Pre_keyno=16,keyno=16;void delayMS(char x){uchar i;while(x--)for(i=0;i<120;i++) ;}void keys_scan(){uchar tmp;P2=0x0f;delayMS(5);tmp=P2^0x0f;switch(tmp){case 1:keyno=0;break;case 2:keyno=1;break;case 4:keyno=2;break;case 8:keyno=3;break;default:keyno=16;}P2=0xf0;delayMS(5);tmp=P2>>4^0x0f;switch(tmp){case 1:keyno+=0;break;case 2:keyno+=4;break;case 4:keyno+=8;break;case 8:keyno+=12;break;}}main(){P0=0x00;while(1){P2=0xf0;if(P2!=0xf0)keys_scan();if(Pre_keyno!=keyno){P0=~dsy_code[keyno];Pre_keyno=keyno;}delayMS(50);}}五、实验结论（结果）：本实验实现了XXX功能，核心算法采用了XXX的方式，达到了预期目的。
实验报告课程名称嵌入式系统实验名称4x4键盘控制实验姓名王闯学号200907040318 专业班级软件0903实验日期年月日成绩指导教师王彩玲一、实验目的1 、通过实验掌握中断式键盘控制与设计方法；2 、掌握中断式键盘检测程序的设计思路；3 、熟练编写ARM 核处理器S3C44B0X 中断程序；二、实验设备1 、硬件：EMBEST S3CEV40 实验平台，Embest ARM 标准/ 增强型仿真器套件，PC 机；2 、软件：Embest IDE 2003 集成开发环境，Windows 98/2000/NT/XP 操作系统。
三、实验内容使用实验板上4 ×4 用户键盘，编写程序通过中断的方式读入键值，并在实验板的LE D数码管上显示读到的键值。
四、实验原理键盘接口电路如图所示，板上扩展了一个4×4行列式矩阵键盘接口。
该键盘是采用中断扫描的方式进行工作，行线选用了4个数据线，列线选用了4个地址线。
行线接上拉电阻保持高电平，并通过与门74HC08将输出信号与MCU 的中断EXINT1连接；列线接下拉电阻保持低电平。
当有键盘按下时，该行线被拉为低电平，使得EXINT1输入也为低电平，MCU 产生中断。
中断产生后通过对键盘的行和列进行扫描的方法可以计算出是哪个键按下，并跳到相应的键盘处理程序中去。
芯片74HC541是通过片选信号nGCS3来选通的，这样可以保证在键盘不使用的情况下MCU 读不到行线的输入信息。
123456784*4KEYBOARDCON7VDD33121311U13D 74HC089108714U13C74HC08456U13B 74HC08VDD33L0L1L2L3EXINT1R354.7K R364.7K R374.7K R384.7KD71N4148D81N4148D91N4148D101N4148G11A12A23A34Y217Y118G219VCC 20A45A56A67A78Y613Y514Y415Y316A89GND 10Y811Y712U10074HC541VDD33D0D1D2D3A1A2A3A4L0L1L2L3NGCS3GNDGND 1A11Y 22A32Y 45A116Y 126A13VCC 143A53Y 6GND74Y 84A95Y 10U10174HC17R20010K R20110K R20210K R20310K R20410KR20510K GND GND VDD33GNDGND五、实验操作步骤（1 ）准备实验环境。
实验课题：4×4矩阵键盘识别技术一实验目的1.熟悉和掌握AT89S51单片机相关的功能2.了解矩阵式键盘的内部结构，掌握至少一种常用的按键识别的方法3.利用AT89S51单片机和设计一个4×4矩阵键盘控制。
4.掌握子程序结构和子程序实际的基本知识。
二实验原理1. 4×4矩阵键盘的序列排列如图1-1，图1-12.如图1-2所示，用AT89S51的并行口P1接4×4矩阵键盘，以P1.0―P1.3作输入线，以p1.4-P1.7作输出线，在数码管上显示每个按键的“0-F”序号.每个按键有它的行值和列值，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。
每个按键的状态同样需变成数字量“0”和“1”，开关的一端（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。
3.程序框图三实验原理图四实验代码#include<AT89X51.H> unsignedcharcodetable[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f, 0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71}; unsignedchartemp;unsignedcharkey;unsignedchari,j;voidmain(void){while(1){P3=0xff;P3_4=0;temp=P3;temp=temp&0x0f;if(temp!=0x0f){for(i=50;i>0;i--)for(j=200;j>0;j--);temp=P3;temp=temp&0x0f;if(temp!=0x0f) {temp=P3;temp=temp&0x0f;switch(temp){case0x0e:key=7;break;case0x0d:key=8;break;case0x0b:key=9;break;case0x07:key=10;break;}temp=P3;P1_0=~P1_0;P0=table[key];temp=temp&0x0f;while(temp!=0x0f){temp=P3;temp=temp&0x0f;}}}P3=0xff;P3_5=0;temp=P3;temp=temp&0x0f;if(temp!=0x0f){for(i=50;i>0;i--)for(j=200;j>0;j--);temp=P3;temp=temp&0x0f;if(temp!=0x0f){temp=P3; temp=temp&0x0f; switch(temp){case0x0e:key=4;break;case0x0d:key=5;break;case0x0b:key=6;break;case0x07:key=11;break;}temp=P3;P1_0=~P1_0;P0=table[key];temp=temp&0x0f;while(temp!=0x0f){temp=P3;temp=temp&0x0f;}}}P3=0xff;P3_6=0;temp=P3;temp=temp&0x0f;if(temp!=0x0f){for(i=50;i>0;i--) for(j=200;j>0;j--); temp=P3;temp=temp&0x0f; if(temp!=0x0f) {temp=P3;temp=temp&0x0f; switch(temp){ case0x0e:key=1;break;case0x0d:key=2;break;case0x0b:key=3;break;case0x07:key=12;break;}temp=P3;P1_0=~P1_0;P0=table[key]; temp=temp&0x0f; while(temp!=0x0f) {temp=P3;temp=temp&0x0f; }}}P3=0xff;P3_7=0;temp=P3;temp=temp&0x0f; if(temp!=0x0f) {for(i=50;i>0;i--) for(j=200;j>0;j--); temp=P3;temp=temp&0x0f;if(temp!=0x0f){temp=P3;temp=temp&0x0f;switch(temp){case0x0e:key=0;break; case0x0d:key=13;break;case0x0b:key=14;break;case0x07:key=15;break;}temp=P3;P1_0=~P1_0;P0=table[key];temp=temp&0x0f;while(temp!=0x0f){temp=P3;temp=temp&0x0f;}}}}}五实验小结1.通过本次试验熟练的掌握了AT89S51单片机相关的功能。
实验三4X4 键盘输入显示控制器1.实验目的学习quartusii 和modelsim的使用方法；学习原理图和veriloghdl混合输入设计方法；掌握4X4 键盘输入显示控制器的设计及仿真方法。
2.实验原理根据下面电路图，设计4X4 键盘输入显示控制器，在kx3c10F+开发板上实现该电路，并作仿真。
简述4X4 键盘检测键号的原理。
其中FPGA内部电路如下图所示：设计其中的K4X4模块和DECL7S模块的verilogHDL代码，并作出整个系统仿真。
2.1 4X4 键盘检测键号的原理在应用中，当按下按键后，为了能够辨别和读取键信息，一种比较常用的方法是，向A 口扫描输入一组分别只含一个0的4位数据，如1110,1101,1011等。
若有按键按下，则B 口一定会输出对应的数据，这时，只要结合啊A,B口的数据，就能判断出键的位置。
如当键S0按下，对于输入的A=1110，那么输出的B=0111。
于是{B,A}=0111_1110就成了S0的代码。
2.2 4X4阵列按键程序代码module key4(input CLK,input[3:0]A,output reg[3:0]B,R); //定义模块名和输入输出端口reg[1:0] C; //定义一个2位寄存器变量initial beginC=0; //初始化变量cendalways @(posedge CLK) //每一个上升沿使C加1beginC<=C+1;case (C) //case选择语句0:B<=4'B0111;1:B<=4'B1011;2:B<=4'B1101;3:B<=4'B1110;endcasecase({B,A}) //B,A组成一个8位二进制数进行选择8'B0111_1110:R<=4'H0;8'B0111_1101:R<=4'H1;8'B0111_1011:R<=4'H2;8'B0111_0111:R<=4'H3;8'B1011_1110:R<=4'H4;8'B1011_1101:R<=4'H5;8'B1011_1011:R<=4'H6;8'B1011_0111:R<=4'H7;8'B1101_1110:R<=4'H8;8'B1101_1101:R<=4'H9;8'B1101_1011:R<=4'H0A;8'B1101_0111:R<=4'H0B;8'B1110_1110:R<=4'H0C;8'B1110_1101:R<=4'H0D;8'B1110_1011:R<=4'H0E;8'B1110_0111:R<=4'H0F;endcase endendmodule //模块结束效果图：2.3七段数码管代码module segled(out1,a); //定义模块名和输入输出端口input [3:0]a; //输入一个3位矢量output [6:0]out1; //输出一个6位矢量reg [6:0]out1; //reg型变量用于always语句always@(a) //敏感信号abegincase(a) //case语句用于选择输出4'b0000:out1<=7'b0111111;4'b0001:out1<=7'b0000110;4'b0010:out1<=7'b1011011;4'b0011:out1<=7'b1001111;4'b0100:out1<=7'b1100110;4'b0101:out1<=7'b1101101;4'b0110:out1<=7'b1111101;4'b0111:out1<=7'b0000111;4'b1000:out1<=7'b1111111;4'b1001:out1<=7'b1101111;4'b1010:out1<=7'b1110111;4'b1011:out1<=7'b1111100;4'b1100:out1<=7'b0111001;4'b1101:out1<=7'b1011110;4'b1110:out1<=7'b1111001;4'b1111:out1<=7'b1110001;endcaseendendmodule //模块结束效果图：2.4综合模块代码（无PLL锁相环）// Copyright (C) 1991-2013 Altera Corporation// Your use of Altera Corporation's design tools, logic functions// and other software and tools, and its AMPP partner logic// functions, and any output files from any of the foregoing// (including device programming or simulation files), and any// associated documentation or information are expressly subject// to the terms and conditions of the Altera Program License// Subscription Agreement, Altera MegaCore Function License// Agreement, or other applicable license agreement, including,// without limitation, that your use is for the sole purpose of// programming logic devices manufactured by Altera and sold by// Altera or its authorized distributors. Please refer to the// applicable agreement for further details.// PROGRAM "Quartus II 64-Bit"// VERSION "Version 13.1.0 Build 162 10/23/2013 SJ Web Edition" // CREATED "Mon Apr 10 15:12:37 2017"module board(CLK,A,B,OUT1);input wire CLK;input wire [3:0] A;output wire [3:0] B;output wire [6:0] OUT1;wire [3:0] SYNTHESIZED_WIRE_0; segled b2v_inst(.a(SYNTHESIZED_WIRE_0),.out1(OUT1));key4 b2v_inst1(.CLK(CLK),.A(A),.B(B),.R(SYNTHESIZED_WIRE_0)); endmodule效果图：3.实验设备kx3c10F+开发板，电脑。
4.实验步骤4.1编译4.1.1编译结果如下图所示：编译解释：在这个报告中，我们可以看到如下信息：Total logic elements 16/5136(<1%): 该芯片中共有5136个LE资源，其中的16个在这个工程的这次编译中得到了使用。
Total combinational functions 16/5136(<1%): 该芯片的5136个LE资源中，其中16个用于实现组合逻辑。
Dedicated logic registers 10/5136(0%): 该芯片的5136个LE资源中，其中10个用于实现寄存器，即时序逻辑。
从上述信息中，可以得到组合逻辑与时序逻辑的使用比例——16/10= 1.6:1。
4.1.2综合出来的电路图软件仿真电路图硬件仿真电路图电路图解释：从以上电路图可以看出本电路图主要由按键程序（key4）和七段数码管显示程序（segled）组成。
从key4的CLK端输入CLK信号，通过输入信号A[3..0]和输出信号B[3..0]的不同排列来进行按键的选择，然后由R[3..0]端将按键选择信号送到七段数码管进行显示，其中七段数码管是通过输入的四位二进制数来选择相应的断码进行输出显示。
4.2管脚分配管脚连接：通过双击Location选择与芯片上相应的引脚进行连接。
4.3仿真1.测试模块代码：module test;reg CLK; //将输入时钟定义为寄存器变量reg [3:0]A; //将输入定义为寄存器变量wire [3:0]B; //将输出定义为wire型变量wire [6:0]OUT1;initial begin //变量初始化CLK=0;A=0;endalways #50 CLK=~CLK; //时钟信号always @(posedge CLK) //上升沿触发输入A的值begin#400 A=4'B0111;#400 A=4'B1011;#400 A=4'B1101;#400 A=4'B1110;endboard u1(.CLK(CLK),.A(A),.B(B),.OUT1(OUT1)); //例化元件endmodule2.modesim仿真图:仿真图解释：对于测试模块一共用到四个变量，两个输入和两个输出。
输出的变量的值由程序完成，而输入clk时钟信号通过always语句很容易给出，然后只需要通过一个case语句在不同的时间段给A附上对应的值就行，测试模块即可完成。
通过仿真图可以看到每一个A的值持续8个CLK时钟的时间与程序对应，B的值持续2个CLK时钟（即一个上升沿），out与B一一对应输出相应的七段数码管断码,A,B的组合与对应的断码相同。
