矩阵键盘EDA技术课程设计

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1、 电子设计电子设计 EDAEDA课程设计课程设计 目目 录录 一、绪论 1 1.1 FPGA 概况 1 1.2 本课题的研究意义 . 2 二、课程设计的任务和目的 3 三、矩阵键盘接口电路的原理与总体设计 3 3.1 矩阵键盘接口电路的原理 . 3 3.2 总体设计 . 5 四、各模块的设计及仿真 6 4.1 键盘扫描电路 . 6 4.2 键盘译码电路和按键标志位产生电路 . 8 4.3 时钟产生模块 . 10 4.4 键盘接口电路顶层电路实现 . 12 五、参考文献 13 六、心得体会 13 七、附录 14 7.1 源程序代码 . 14 1 题目：矩阵键盘控制接口设计 一、绪论 1.1 FP

2、GA1.1 FPGA 概况概况 早期的可编程逻辑器件只有可编程只读存储器(PROM)、紫外线可擦除只读存储器 (EPROM)和电可擦除只读存储器(E2PROM)三种。由于结构的限制，它们只能完成简单的 数字逻辑功能。 其后出现了一类结构上稍复杂的可编程芯片，即可编程逻辑器件(PLD)，它能够完 成各种数字逻辑功能。典型的 PLD 由一个“与”门和一个“或”门阵列组成，而任意一 个组合逻辑都可以用“与或”表达式来描述，所以 PLD 能以乘积和的形式完成大量的 组合逻辑功能。 这一阶段的产品主要有 PAL(可编程阵列逻辑)和 GAL(通用阵列逻辑)。 PAL 由一个 可编程的“与”平面和一个固定的

3、“或”平面构成，或门的输出可以通过触发器有选择 地被置为寄存状态。PAL 器件是现场可编程的，它的实现工艺有反熔丝技术、EPROM 技 术和 E2PROM 技术。还有一类结构更为灵活的逻辑器件是可编程逻辑阵列(PLA)，它也由 一个“与”平面和一个“或”平面构成，但是这两个平面的连接关系是可编程的。PLA 器件既有现场可编程的，也有掩膜可编程的。在 PAL 的基础上又发展了一种通用阵列逻 辑(GAL、Generic ArrayLogic)，如 GAL16V8、GAL22V10 等。它采用了 EPROM 工艺， 实现了电可擦除、电可改写，其输出结构是可编程的逻辑宏单元，因而它的设计具有很 强的灵

4、活性，至今仍有许多人使用。这些早期的 PLD 器件的一个共同特点是可以实现速 度特性较好的逻辑功能，但其过于简单的结构也使它们只能实现规模较小的电路。 为了弥补这一缺陷， 20 世纪 80 年代中期， Altera 和 Xilinx 分别推出了类似于 PAL 结构的扩展型 CPLD(Complex Programmable Logic Dvice)和与标准门阵列类似的 FPGA(FieldProgrammable Gate Array)，它们都具有体系结构和逻辑单元灵活、集成度 高以及适用范围宽等特点。这两种器件兼容了 PLD 和通用门阵列的优点，可实现较大规 模的电路，编程也很灵活。与门阵列

5、等其他 ASIC(Application Specific IC)相比，它 们又具有设计开发周期短、设计制造成本低、开发工具先进、标准产品不需测试、质量 2 稳定以及可实时在线检验等优点，因此被广泛应用于产品的原型设计和产品生产（一般 在 10 000 件以下）之中。几乎所有应用门阵列、PLD 和中小规模通用数字集成电路的场 合均可应用 FPGA 和 CPLD 器件。 1.2 1.2 本课题的研究意义本课题的研究意义 近年来 EDA 技术在电子领域引发的技术革命，推动着电子技术的迅猛发展，为世人 所瞩目，而 FPGA 为代表的可编程逻辑器件的应用，更是受到业内人士的普遍关注。伴 随着大规模集成

6、电路和计算机技术的高速发展，在设计工业自动化，仪器仪表，计算机 设计与应用、通信、国防等领域的电子系统中，FPGA 技术的含量正以惊人的速度提升。 将尽可能大的完整的电子系统在单一 FPGA 芯片中实现已成为现实，电子类新技术项目 的开发也更多地依赖于 FPGA 技术的应用。 作为 FPGA 研究课题之一的矩阵键盘控制接口电路的设计，在 FPGA 设计中是一个经 常被提到的话题，就像是利用 PFGA 设计数字中一样，虽然简单，但是却是一个很有研 究意义的话题，涉及到怎么样才能是 FPGA 资源更加充分利用，现在很多电子产品都涉 及到按键，小的有独立按键，大的有 N*N 的矩阵键盘，独立按键由于案件的个数少，也 就没必要考虑资源的利用问题了。而矩阵键盘，由于按键多，对整个系统的影响大，所 以肯定要考虑资源的利用问题，而且还要考虑一下电路里面的时序问题。本次设计要求 设计一个 4*9 矩阵键盘，也就是行为 4，列为 9，一共可以设计 36 个按键。其中设计方 法为：一般判断键盘中有没有按键按下是通过航线送入扫描信号，然后从列线中读取状 态得到的，其方法是依次给行线送入