矩阵键盘控制接口设计实验

矩阵键盘控制接口设计实验

一、实验要求:
用12 个按键开关实现如表1 所示的矩阵键盘，当按下某一键时在数码管上显示对应的键值。

二、实验目的：
了解用12 位按健输入开关来设计并实现一个3 × 4 矩阵键盘接口控制器。
了解弹跳消除电路的工作原理。
理解7 段数码管显示电路的原理。
三、硬件要求：
主芯片EPF10K10LC84-4。
可变时钟源。
12 位按键开关。
一位7 段数码管。
四、实验原理：
该实验系统中没有矩阵键盘，可以用12 位按键开关来实现矩阵键盘的功能。表1 为按键开关所对应的键值。当按键被按下时该按键的节点会呈现‘0’状态，反之为‘1’。将12 个键进行编码后就可以实现距阵键盘的功能。由于每个按键开关都是独立的，故有12 路输入，3×4 键盘有12 个键值，4位二进制数即可表示全部状态。因此，键盘编码电路为12 输入4 输出编码器。
12 个按键可分为10 个数字键和2 个功能键。数字键主要用来输入数字，功能键一般实现一些特殊用途（如确认、清除等）。4 位输出从0~9 表示10 个数字键，11 和12 表示两个功能键。弹跳消除电路：因为按键开关是机械式结构，在开关切换的瞬间会在接触点出现来回弹跳的现象，对于激活关于一般电器并不会有任何影响，但对于灵敏度较高的电路，却有可能产生错误动作而出错。跳现象产生的原因可以从图1 说明。虽然只是按下按键一次然后放开，然而实际产生的按键信号却不只跳动一次，经过取样的检查后将会造成误判，以为按键两次。

因此在开关输入信号处必须加上弹跳消除电路，避免误操作信号的发生。注意：弹跳消除电路所使用脉冲信号的频率必须要选用合适，频率太低则按键反应迟钝，频率太高则起不到消除弹跳的作用，而且消除弹跳电路设计的不同对频率也有不同的要求。

五、实验内容：
分析仿真示例程序，理解弹跳消除的实现原理。通过改变CLK 信号，理解时钟信号对弹跳消除的影响。分别把时钟调高、调低观察按键的反映情况。

六、实验连线：
实验模块如图3 所示，将CLK 时钟接低频时钟信号（建议使用100Hz 左右），KEY[11..0]接12 个按键开关，SEL[2..0]和SEG[6..0]分别接实验仪器上的7 段码的扫描输入端SEL[2..0]和显示器输入端g~a。
注：示例程序在EXAMPLE1 文件夹中，文件KCODE.GDF 为顶层文件，DEBOUNCING..VHD 为去抖动模块文件，CODE.VHD 为编码文件，SEG7.VHD位7 段码解码文件。
七、实验总结：
（1）通过仿真波形详述弹跳消除电路的工作原理，找出合适的工作频率。
（2）用多种方式来实现弹跳消除电路。

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