1 一、设计目的 巩固和运用所学课程，理论联系实际，提高分析、解决计算机技术实际问题的独立工作能力，通过对FPGA 几个简单的模块设计，进一步加深对计算机原理以及数字电路应用技术方面的了解与认识，进一步熟悉数字电路系统设计、制作与调试的方法和步骤。 二、设计内容 （1）设计一个4×4 的键盘扫描模块，要求有防抖动功能。 （2）用键盘控制16×16 点阵 LED 显示各种字符。 （3）用键盘控制蜂鸣器发声，能有各种音调。 三、实现方法 本系统的系统组成及连接原理如图3.1 所示，主系统由四个功能模块组成：分频模块（为键盘扫描模块和提供时钟）、键盘扫描模块、LED 点阵模块、发声模块。 时钟输入 接蜂鸣器 接 LED 点阵 接键盘 图 3.1 整体模块划分 1、分频模块 分频模块的作用是把 2MHZ 的时钟分成 1kHZ 和500HZ，为键盘扫描模块和LED 点阵模块提供时钟。主要方法是通过计数器实现分频。分频模块如图 3.2，clk 是输入时钟，clkout_kb 是输入给键盘扫描模块使用，clkout_LED 是输入给 LED 点阵模块使用。 图 3.2 分频模块视图 分频模块 键盘扫描模块 LED点阵 发声模块 2 其仿真结果如图3.3 图 3.3 分频模块仿真 2、键盘扫描模块 2.1 行列式键盘原理 行列式键盘又叫做矩阵式键盘。用带有I/O 口的线组成行列结构，按键设置在行列的交点上。本次试验用到的是4×4 的行列结构键盘，可以构成16 个按键。这样，当按键数量平方增长是，I/O 口只是线性增长，这样就可以节省 I/O 口。 行列式键盘的原理如图3.4 所示。 keyin 上拉电阻 keydrv 图 3.4 行列式键盘的原理 按键设置在行列线交叉点，行、列线分别连接到按键开关的两端。列线通过上拉电阻接+5V 的电压，即列线的输出被嵌位在高电平状态。 判断按键中有无键按下时通过行线输入扫描信号，然后从列线读取到状态实现的。其方法是依次给行线送低电平，检查列线的输入。如果列线信号全为高电平，则代表低电平所在的行中无按键按下；如果列线有输入为低电平，则低电平信号所在的行和出现低电平的列的交点处有按键按下。 设行扫描信号为 keydrv3～keydrv0，列线按键输入信号 keyin3～keyin0 与按键位置的关系如表 3.1 所示 表 3.1 行扫描信号、列线按键输入信号与按键位置的关系 keydrv3～keydrv0 keyin3～keyin0 对应的按键 1110 1110 0 1101 1 1011 2 0111 3 C D E F 8 9 A B 4 5 6 7 0 ...
