标签: 矩阵键盘

1 keyboard 2 多位加法器 keyboard遇到的问题 1 col在循环扫描，因此当有按键按下的时候，row应该有三个tq的高电平，一个tq的低电平，因此要合理选择后抖消除开始的条件 2 前抖开始的条件，输入信号和输入缓存信号不相等 3 后抖开始的条件，当col == col_tmp的时候，row == 1‘b1； 4 col，row的缓存时间 5 输出数字和输出数字有效的flag要保持在同样的时钟边沿，flag为握手信号证明输出num有效 总结： 1 善用握手信号 2 按键模型和矩阵键盘的原理

最近在北京至芯科技参加20140712届的FPGA培训，其中夏老师课程的第一个项目就是设计一个基于FPGA的简易计算器，要求能够实现0—999999以内的整数+、-、*、/运算，并支持连续运算（连加、连减、连乘、连除）。接到题目后，我首先对设计需要的硬件进行了初步划分，初步确定了如图（1）所示的板级硬件结构。 图（1）板级硬件结构   当板级硬件结构确定之后，就该设计具体的计算器架构了。这里有两种观点，观点一是由顶自下的设计方式，即先设计顶层模块，然后再一级一级的往下设计。这种设计观念是有着多年丰富工程实践经验的李凡老师所推荐的，另一种观点是我自己的观点，也是结合本设计题目的实际情况，因为系统中涉及到了5个外设硬件模块的驱动，虽然此前还在大学里时已经都做过这些模块的驱动设计，但此次来到至芯科技，我决定还是依照夏老师讲的规范科学的设计方法，重新来设计所有的模块驱动。因为以前自己做的时候，模块设计意识不是很强，设计出来的模块不便于移植，因此，此番重做也是理所应当，既然要设计，就要设计一系列通用性强，便于移植的模块，方便以后使用。于是，接下来的任务，首先就是设计5个硬件模块的驱动。 关于驱动设计的先后顺序，是一个值得思考的地方。数码管设计可以采用仿真加板级验证的方式来设计，数码管模块的仿真比较容易做，也容易验证，led、蜂鸣器的验证就更简单，难点在于按键驱动的验证。因为按键在按下的过程中必然存在抖动，要想能够确保设计的正确性，除了仿真外，实际观察按键效果会是一个更加有效的验证方式。而观察按键效果，可以采用将按键检测模块检测到的按键信息显示在数码管或led上来实现。因此，我在设计的时候，首先设计的是数码管模块。（led模块由于过于简单，实在没必要单独为其建一个模型） 数码管的硬件电路目前在实验室的机器上，暂时没工夫再去绘制一份，所以今天先把代码贴上来，等明天把图弄来了再补上。 以下是代码片段： //数码管扫描模块 module shumaguan(data,i_clk,rst_n,o_seg,o_sel);  input data;  input i_clk;  input rst_n;  output o_seg;  output o_sel;  parameter cnt1_WIDTH = 15;  parameter cnt1_MAX = 24999;  reg cnt1;  reg clk_1K;//扫描时钟，1KHz  reg sel_r;//数码管位选  reg seg_r;//数码管段选  reg disp_data;//单位显示数据缓存  //1KHz时钟分频计数器  always@(posedge i_clk)  begin   if(!rst_n)cnt1=0;   else if(cnt1==cnt1_MAX)cnt1=0;   else cnt1=cnt1+1'b1;  end  //得到1KHz时钟  always@(posedge i_clk)  begin   if(!rst_n)clk_1K=0;   else if(cnt1==cnt1_MAX)    clk_1K=~clk_1K;   else ;  end  //位选信号控制  always@(posedge clk_1K)  begin   if(!rst_n)sel_r=3'd0;   else    if(sel_r == 3'd6)     sel_r=3'd0;    else     sel_r=sel_r+1'b1;  end  //根据不同的数码管位选择不同的待显示数据  always@(*)  begin   case(sel_r)    0:disp_data=data ;    1:disp_data=data ;    2:disp_data=data ;    3:disp_data=data ;    4:disp_data=data ;    5:disp_data=data ;    default :disp_data=4'd0;   endcase  end  //数据译码，将待显示数据翻译为符合数码管显示的编码  always@(disp_data)  begin   case(disp_data)    4'd0:  seg_r=8'hc0;    4'd1:  seg_r=8'hf9;    4'd2:  seg_r=8'ha4;    4'd3:  seg_r=8'hb0;    4'd4:  seg_r=8'h99;    4'd5:  seg_r=8'h92;    4'd6:  seg_r=8'h82;    4'd7:  seg_r=8'hf8;    4'd8:  seg_r=8'h80;    4'd9:  seg_r=8'h90;    4'd10: seg_r=8'h88;    4'd11: seg_r=8'h83;    4'd12: seg_r=8'hc6;    4'd13: seg_r=8'ha1;    4'd14: seg_r=8'h86;    4'd15: seg_r=8'h8e;    default : seg_r=8'hff;   endcase  end  assign o_seg = seg_r;  assign o_sel = sel_r; endmodule   因为今天准备比较仓促，到时很多仿真文件都不在手头，等明天去教室把需要的资料弄好之后再来系统的写。 初次写博客，确实感觉准备不足，不过初稿写了，总会有这样那样的不足，于是就非得去丰富去改正所以，这样下去，我相信，我会很快习惯并爱上写博客的。

如果用单片机来写这个程序，我们会这么写，先输出col，再检测row行值。同样上面的Verilog代码目的也是要实现这个时序，但恰恰是检测 row在输出col之前。所以对这个代码进行修改的话就是让它满足，先输出col，再检测row的时序。我们可以通过插入额外的状态来实现，修改后的代码 如下：   /*************************************************/          parameter NO_KEY_PRESSED=4'b0000;//没有键按下        parameter SET_COL0      =4'b0001;        parameter SCAN_COL0     =4'b0010;//扫描第 0 列        parameter SET_COL1      =4'b0011;        parameter SCAN_COL1     =4'b0100;//扫描第 1 列        parameter SET_COL2      =4'b0101;        parameter SCAN_COL2     =4'b0110;//扫描第 2 列        parameter SET_COL3      =4'b0111;        parameter SCAN_COL3     =4'b1000;//扫描第 3 列        parameter SET_ALL       =4'b1001;        parameter KEY_PRESSED   =4'b1010;//有键按下   /*************************************************/               reg current_state,next_state;  //现态和次态          /*************************************************/        always @(posedge key_clk or negedge rst_n)               if(!rst_n)                      current_state=SET_ALL;               else                      current_state=next_state;   /*************************************************/                  always @ (current_state)     //根据条件转移状态               case (current_state)                      SET_ALL :                                    next_state=NO_KEY_PRESSED;                        NO_KEY_PRESSED:      //没有键按下                                                     if(row!=4'hf)                                    next_state=SET_COL0;                                 else                                    next_state=SET_ALL;                        SET_COL0:                            next_state=SCAN_COL0;                      SCAN_COL0:           //扫描第 0 列                             if(row!=4'hF)                                    next_state=KEY_PRESSED;                             else                                    next_state=SET_COL1;                            SET_COL1:                            next_state=SCAN_COL1;                                  SCAN_COL1:          //扫描第 1 列                             if(row!=4'hF)                                    next_state=KEY_PRESSED;                             else                                    next_state=SET_COL2;                      SET_COL2:                            next_state=SCAN_COL2;                                  SCAN_COL2:         //扫描第 2 列                             if(row!=4'hF)                                    next_state=KEY_PRESSED;                             else                                    next_state=SET_COL3;                            SET_COL3:                            next_state=SCAN_COL3;                                  SCAN_COL3:        //扫描第 3 列                             if(row!=4'hF)                                    next_state=KEY_PRESSED;                             else                                    next_state=NO_KEY_PRESSED;                            KEY_PRESSED:      //有按键按下                             if(row!=4'hf)                                    next_state=KEY_PRESSED;                             else                                    next_state=SET_ALL;                                endcase   /*************************************************/               reg key_pressed_flag; //按键按下标志               reg col_val;      //列值               reg row_val;     //行值   /*************************************************/               //根据次态，给相应的寄存器赋值 /*************************************************/               always @(posedge key_clk or negedge rst_n)                      if(!rst_n)       //复位                             begin                             col=4'h0;                             key_pressed_flag=0;                             end                      else begin                             case (next_state)                                    SET_ALL : col=4'b0000 ;                                                           NO_KEY_PRESSED:                                           begin                                           key_pressed_flag=0;                                           end                                    SET_COL0 : col=4'b1110 ;                                                                         SCAN_COL0: ;      //扫描第 0 列                                             SET_COL1 : col=4'b1101;                                    SCAN_COL1: ;      //扫描第 1 列                                    SET_COL2 : col=4'b1011;                                    SCAN_COL2: ;            //扫描第 2 列                                    SET_COL3 : col=4'b0111;                                    SCAN_COL3: ;       //扫描第 3 列                                    KEY_PRESSED:     //有按键按下                                           begin                                           col_val=col; // 锁存列值                                           row_val=row; // 锁存行值                                           key_pressed_flag=1;         // 置键盘按下标                                               end                                    end                              endcase   话说终于可以松口气了…喝口雪碧…   等等!好像有什么不对，为什么以前写状态机没遇到过这种情况呢？ 我左想友想上想下想，跟以前的状态机一比较，还真发现问题了。   比如说典型的售货机，投进去多少钱（当然要是它能认的，不认的它可不收），币值是多少，顺序咋样，谁说了算？当然是我们说了算，售货机只管钱够不够，够了就吐东西，不够继续等待投币。也就是说输出跟输入没有半毛关系。   再看这个按键检测，输入的数据，不仅受按键是否按下、哪个键按下有关，还跟此时Col的输出有关，而输出又要受状态控制，这就是症结所在了。   哎 ，算是彻底的解脱了，但以后碰到这种输入与输出相关的状态机，还得多加注意时序啊！  

可一到运行起来就蛋疼了，呵呵…. 下面分析一下，仅供参考，若有不对，敬请指正！   看上面时序图在 1、第0~2个时钟周期内 row(输入)为4’b1111代表无键按下，next_state=NO_KEY_PRESSED，Current_state= NO_KEY_PRESSED无限循环…. 2、在3个时钟周期内 第3个上升沿之后（注意是“之后”），假设第1列、第1行的键按下，此时row=’4b1101， next_state=SCAN_COL0, urren_state=NO_KEY_PRESSED; col=4’b0000 ; 3、在4个上升沿时 因为col=4’b0000; row=4’b1101 ;所以next_state=KEY_PRESSED ； 此时current_state = SCAN_COL0 。 4、在第5个上升沿时 Curren_state=SCAN_COL0生效，即col=4’b1110 ; 同时current_state=KEY_PRESSED 。 5、第6个上升沿 因为col=4’1110 , row=4’b1101 ,（前面说过是第1列、第1行的键按下），所以row==4’hF, next_state=NO_KEY_PRESSED; 同时current_state=KEY_PRESSED生效，装载值col_val=4’b1110, row_val=4’b1101;很显然这个值不对，（正确的应该是col_val=4’b1101, row_val=4’b1101）。   大家有没有发现到第6个上升沿的时候，本来next_state应该要跳转到SCAN_COL1但是现在是跳转到NO_KEY_PRESSED，也就是说SCAN_COL1状态被跳过了，状态只能在NO_KEY_PRESSED和SCAN_COL0之间切换。   经过分析发现，是Col值的变化延迟导致的，换句话说，如果col的变化能在下一次判断nex_state（第4个上升沿）之前及时变化的话，状态的判断就不会出错。  

//write by dragonbao 2011-9-16. 这是硬件上的键盘规划 // | 1 | 2 | 3 | 4 | ---line 1 PE6 // // --------------------------- // // | 5 | 6 | 7 | 8 | ---line 2 PE5 // // --------------------------- // // | 9 | 10| 11| 12| ---line 3 PE4 // // --------------------------- // // | 13| 14| 15| 16| ---line 4 PE3 // // --------------------------- // // | 17| 18| 19| 20| ---line 5 PE2 // // --------------------------- // // | | | | // // col1 col2 col3 col4 // // PE0 PB5 PB8 PB9 // //_________________________________________________// 参考了下基于avr的矩阵键盘程序，耐着性子移植到符合上面硬件规划的stm32板子上。 volatile uint8_t key_flag = 0; void key_init(void) { RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOE | RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; //key output GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; GPIO_Init(GPIOE,GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9; GPIO_Init(GPIOB,GPIO_InitStructure); //key input GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;//上拉输入 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6; GPIO_Init(GPIOE,GPIO_InitStructure); } //判断是否有键按下函数，对键盘进行一次扫描 //返回键盘接口状态，有键按下时返回键值；没有键按下返回无效标志位 uint8_t Is_Key_PressOn(void) { volatile uint8_t i,ScanCode; for(i=0;i4;i++) { switch(i) //扫描信号产生 { case 0: GPIOE-BSRR = 0x00010000;//PE0 = 0; GPIOB-BSRR = 0x00000320;//PB5 = 1; PB8 = 1; PB9 = 1; key_flag = 1; break; case 1: GPIOE-BSRR = 0x00000001;//PE0 = 1; GPIOB-BSRR = 0x00200300;//PB5 = 0; PB8 = 1; PB9 = 1; key_flag = 2; break; case 2: GPIOE-BSRR = 0x00000001;//PE0 = 1; GPIOB-BSRR = 0x01000220;//PB5 = 1; PB8 = 0; PB9 = 1; key_flag = 3; break; case 3: GPIOE-BSRR = 0x00000001;//PE0 = 1; GPIOB-BSRR = 0x02000120;//PB5 = 1; PB8 = 1; PB9 = 0; key_flag = 4; break; default: key_flag = 0; break; } if((((uint8_t)GPIOE-IDR)|0x83)!=0xff) return ((uint8_t)GPIOE-IDR | 0x83); } return(PRESS_INVALID); } //找到闭合键,判断延时前后两次键值是否相同，如果相同则返回键值 uint8_t Find_Key_PressOn(uint8_t KeyCode_before,uint8_t KeyCode_after) { if(KeyCode_before==KeyCode_after) return(KeyCode_after); else return(PRESS_INVALID); } //计算键值,根据返回的键值计算相应的返回值 uint8_t Calc_Key_PressOn(uint8_t KeyCode) { uint8_t TempNum; switch(KeyCode) { case 0xBF: if(1==key_flag) { TempNum = 1;break; } else if(2==key_flag) { TempNum = 2;break; } else if(3==key_flag) { TempNum = 3;break; } else if(4==key_flag) { TempNum = 4;break; } else break; case 0xDF: if(1==key_flag) { TempNum = 5;break; } else if(2==key_flag) { TempNum = 6;break; } else if(3==key_flag) { TempNum = 7;break; } else if(4==key_flag) { TempNum = 8;break; } else break; case 0xEF: if(1==key_flag) { TempNum = 9;break; } else if(2==key_flag) { TempNum = 10;break; } else if(3==key_flag) { TempNum = 11;break; } else if(4==key_flag) { TempNum = 12;break; } else break; case 0xF7: if(1==key_flag) { TempNum = 13;break; } else if(2==key_flag) { TempNum = 14;break; } else if(3==key_flag) { TempNum = 15;break; } else if(4==key_flag) { TempNum = 16;break; } else break; case 0xFB: if(1==key_flag) { TempNum = 17;break; } else if(2==key_flag) { TempNum = 18;break; } else if(3==key_flag) { TempNum = 19;break; } else if(4==key_flag) { TempNum = 20;break; } else break; default : TempNum=0;break; //发生错误时返回，无效标志 } return(TempNum); //正常返回值为1~16 } //键盘扫描主程序 uint8_t Keyboard(void) { uint8_t key_temp; //暂存键值的变量 key_temp=Is_Key_PressOn(); //判断是否有键闭合 // PORTC=key_temp; 调试过程中使用，正常运行时没用可以删除 if (key_temp==PRESS_INVALID) //判断该次扫描中是否有键按下 return(PRESS_INVALID); //没有闭合则建立无效标志 else delay_nus(100); //闭合则延时 key_temp=Find_Key_PressOn(key_temp,((uint8_t)GPIOE-IDR | 0x83)); //找到闭合键 if (key_temp==PRESS_INVALID) return(key_temp); //若延时前后键值不相等则返回无效标志 else key_temp=Calc_Key_PressOn(key_temp); //有效则计算键值 while((((uint8_t)GPIOE-IDR)|0x83)!=0xff)//等待键放。。。看实际情况使用 { delay_nus(10); } return(key_temp); //返回键值 } 。。。。。。。 有更好建议或意见的请不吝指出。。。。