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勇敢的芯伴你玩轉(zhuǎn)Altera FPGA連載71：矩陣按鍵掃描檢測 特權(quán)同學(xué)，版權(quán)所有 配套例程和更多資料下載鏈接： http://pan.baidu.com/s/1i5LMUUD 
鍵盤分編碼鍵盤和非編碼鍵盤。鍵盤上閉合鍵的識別由專用的硬件編碼器實(shí)現(xiàn)，并產(chǎn)生鍵編碼號或鍵值的稱為編碼鍵盤，如計算機(jī)鍵盤。而靠軟件編程來識別的稱為非編碼鍵盤。 在一般嵌入式應(yīng)用中，用的最多的是非編碼鍵盤，也有用到編碼鍵盤的。非編碼鍵盤又分為獨(dú)立鍵盤和行列式（又稱為矩陣式）鍵盤。所謂獨(dú)立式鍵盤，即嵌入式CPU（或稱MCU）的一個GPIO口對應(yīng)一個按鍵輸入，這個輸入值的高低狀態(tài)就是鍵值。矩陣鍵盤用于采集鍵值的GPIO是復(fù)用的，一般分為行和列采集，例如4*4矩陣鍵盤就只需要行列各4個按鍵就可以了，矩陣鍵盤的控制較獨(dú)立鍵盤要復(fù)雜得多，本實(shí)驗(yàn)未涉及，所以對其原理不做詳細(xì)介紹。 獨(dú)立按鍵一般有2組管腳，雖然市面上我們常常看到有4個管腳的按鍵，但它們一般是兩兩導(dǎo)通的，這2組管腳在按鍵未被按下時是斷開的，在按鍵被按下時則是導(dǎo)通的。基于此原理，我們一般會把按鍵的一個管腳接地，另一個管腳上拉到VCC，并且也連接到GPIO。這樣，在按鍵未被按下時，GPIO的連接狀態(tài)為上拉到VCC，則鍵值為1；按鍵被按下時，GPIO雖然還是上拉到VCC，但同時被導(dǎo)通的另一個管腳拉到地了，所以它的鍵值實(shí)際上是0。 我們的SF-CY4開發(fā)板上有一組4*4矩陣鍵盤。通過P12的PIN1-2短接時，其實(shí)S1/S2/S3/S4可以作為獨(dú)立按鍵使用，它的一端接地，另一端在上拉的同時連接到FPGA的I/O口。當(dāng)I/O口的電平為高（1）時，說明按鍵沒有被按下，當(dāng)I/O口的電平為低（0）時，說明按鍵被按下了。這是8.4節(jié)中我們的使用方法。在本實(shí)例中，我們不再只局限于獨(dú)立按鍵這么low的應(yīng)用了，這里我們將要把所有16個按鍵都使用起來，實(shí)現(xiàn)我們真正的矩陣按鍵功能。要做矩陣按鍵，那么大家首先要確認(rèn)把自己的SF-CY4開發(fā)板上插座P12的PIN2-3用跳線帽短接。矩陣按鍵的原理圖如圖8.85所示。
圖8.85 矩陣按鍵原理圖 接續(xù)上面的原理圖，我們來看看矩陣按鍵的鍵值如何獲得。 通常，我們將這個矩陣按鍵分為兩組信號，即列信號（包括BUT0/BUT1/BUT2/BUT3）和行信號（BUT4/BUT5/BUT6/BUT7）。列信號作為FPGA的輸入信號，行信號作為FPGA的輸出信號。 若FPGA輸出的行信號為高電平時，無論是否有按鍵被按下，列信號輸入到FPGA的電平始終為高電平，這是無法實(shí)現(xiàn)任何的矩陣按鍵值采集的；若FPGA輸出的行信號為低電平時，沒有按鍵按下，那么列信號會保持高電平（因?yàn)橛猩侠墟I按下時，則由于按鍵將行、列信號短接，那么列信號的電平會由于行信號而被拉低，通過這種方式，我們就可以達(dá)到鍵值的檢測。 但是，可能大家還有疑惑，4個行信號若同時拉低，那么任意一個4X4按鍵被按下，所有的列信號也都會拉低啊，這只能判斷是否有按鍵被按下，具體哪一個按鍵被按下就不得而知了。確實(shí)如此，解決辦法也很簡單，我們在同一時刻只能拉低4個行信號中的一個，那么它就將按鍵狀態(tài)定位到具體的行，這樣就如同獨(dú)立按鍵一樣可以直接定位到這一行按鍵中的哪個按鍵被按下了。在實(shí)現(xiàn)上，我們會讓4個行信號循環(huán)的拉低，同一時刻有且只有一個行信號輸出為低電平，這就是我們所說的“鍵盤掃描”原理。 本實(shí)例實(shí)現(xiàn)矩陣按鍵值的采集（即判斷16個按鍵的哪個被按下了），然后通過數(shù)碼管顯示按鍵值（顯示值為16進(jìn)制的0-F），數(shù)碼管最低位顯示最后一次的鍵值，高3位顯示之前的值，即每按下一次按鍵，數(shù)碼管的鍵值右移一位。 如圖8.86所示，用8個信號檢測16個按鍵值，有點(diǎn)難度，不過原理上一節(jié)我們已經(jīng)講過。從功能上，我們首先對4個作為輸入的列信號進(jìn)行按鍵消抖處理，然后依次輸出不同的行信號值，以此找到有鍵按下時的特殊列信號值，這樣便能采集鍵值，送往數(shù)碼管顯示。
圖8.86 矩陣按鍵掃描實(shí)例功能框圖 工程結(jié)構(gòu)如圖8.87所示，cy4.v為頂層模塊，不做邏輯，只做信號接口定義和連接。anykeyscan.v模塊實(shí)現(xiàn)行信號輸出；sigkeyscan.v實(shí)現(xiàn)列信號的按鍵消抖和鍵值采集；seg7.v為數(shù)碼管驅(qū)動模塊。
圖8.87 矩陣按鍵掃描實(shí)例模塊層次 |
