4X4矩阵键盘及显示电路设计 (2).docx

在电子设计领域，4X4矩阵键盘和显示电路是常见的用户交互界面，广泛应用于各种电子设备，如计算器、工业控制器等。本设计中，我们利用FPGA（Field-Programmable Gate Array）技术和VHDL（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）语言，构建了一个包含矩阵键盘和7段数码管显示的电路系统。 FPGA是一种可编程逻辑器件，能够根据设计需求灵活配置，具有高效、可靠和易于理解的特点。Altera公司的Quartus II是一款强大的FPGA设计工具，它提供了一个与硬件结构无关的设计平台，支持VHDL语言，使得设计者可以方便地进行设计输入、编译和器件编程。 矩阵键盘通常由4行4列共16个按键组成，每个按键对应一个行列交叉点。在实际操作中，由于机械抖动，可能会造成按键识别错误。因此，设计中需要引入按键防抖机制，确保只有在按键真正按下和释放时才采集数据。在本设计中，通过检测行和列信号的变化，确保在按键稳定状态时才产生有效信号，如图3所示的clk和kbrow[1]波形。 显示电路部分，设计采用了7段数码管来直观地显示矩阵键盘输入的数值。7段数码管可以显示0-9的十进制数字，每个数码管由7个LED段组成，通过不同的段亮或熄灭组合，形成不同的数字形状。为了驱动8个数码管，需要生成地址扫描输出scan和数码管数值数据data，这是一个4位的二进制数。在VHDL中，这个过程可以通过进程P6来实现，将临时存储的数值temp分配给各个数码管。 在Quartus II环境下，该设计经过了详细的仿真验证，确保了防抖功能的正常工作，即只有在按键完全弹起后，才会输出数据。同时，通过start信号控制按键的有效性，kbrow和kbcol信号完成键盘的扫描，fnq信号用于防抖控制，而scan和seg7则分别提供了数码管的地址和显示内容。 总结来说，这个设计展示了如何使用VHDL语言和Quartus II开发环境来实现4X4矩阵键盘和7段数码管显示的完整电路系统。通过按键防抖技术，提高了数据采集的准确性，同时数码管的显示功能使得用户能够直观地了解输入情况，整体设计实用且可靠。