4X4矩阵键盘及显示电路设计.docx

在电子系统设计中，FPGA（Field-Programmable Gate Array）因其高度可配置性和高效性能，被广泛应用于各类数字系统的开发。其中，VHDL（VHSIC Hardware Description Language）作为一种主流的硬件描述语言，使得设计者可以更加直观、高效地描述硬件逻辑。Altera公司的QuartusⅡ软件则为FPGA设计者提供了一个全面的设计平台，包括设计输入、逻辑综合、时序分析以及器件编程等一站式服务。 本文主要讨论了一种基于4X4矩阵键盘和7段数码管显示的电路设计，该设计利用VHDL语言在QuartusⅡ环境中实现。矩阵键盘是常见的输入设备，常用于各种电子设备，如计算器、工业控制器等。而7段数码管则是一种直观的数字或字母显示方式，常用于显示按键的输入值。 在设计中，关键的两个技术点是按键防抖和按键数据的译码显示。按键防抖是为了消除由于机械按键在按下和释放瞬间产生的抖动导致的误读问题。文章中提到，通过设置防抖控制信号fnq，确保只有在按键完全释放后，才会有稳定的数据输出，提高了数据的准确性。这一过程可以通过观察图3中的仿真波形得到验证，clk为时钟，start为复位信号，kbrow和kbcol分别对应键盘的列扫描输入和行扫描输出。 进程P2可能是用来计数的，但具体内容未给出，通常在矩阵键盘的扫描过程中，会有一个类似计数器的机制来确定当前扫描到的按键位置。进程P6则负责将存储的按键值（temp）转换成适合7段数码管显示的格式，生成地址扫描输出scan和4位二进制数据data，驱动数码管显示。 整个设计的仿真结果表明，该电路能够有效防止按键抖动，实现稳定的按键识别，并能连续记录并显示8次按键的数值。这种设计对于理解和掌握FPGA硬件描述语言的应用，以及实际电子系统中的输入输出处理具有很高的教学价值和实践意义。 4X4矩阵键盘及显示电路设计是FPGA学习中的一个典型实例，它涵盖了VHDL编程、QuartusⅡ工具使用、按键处理以及显示技术等多个核心知识点。这种设计不仅锻炼了设计者的逻辑思维能力，也加深了对数字系统工作原理的理解。在实际工程应用中，类似的电路设计可以灵活地适应不同的输入输出需求，具有很强的实用性和通用性。