数字计算器基于FPGA设计源码和电路全部分享

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数字计算器基于FPGA设计源码和电路全部分享
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% u( d$ [* g  n, u4 @本实验，我们使用我们开发板上的矩阵键盘来设计一个简单的计算器，最终要实现多达任意六位数的“加、减、乘、除”运算（不考虑负数）。通过本项目的学习，大家可以掌握矩阵键盘的原理和驱动方式，同时也可以进一步体会模块化的设计方法和技巧。
7 W; C  H: k2 d, f4 h, C那么，在开始项目之前，我们首先应该明白矩阵键盘的基本原理，代码体现的是思路，只有在对外设原理足够清楚的前提下才可能建立起来正确的思路。矩阵键盘电路
  O/ b: o' v- \( Z% i; h8 ]; U  

由上图可以看出，矩阵键盘的行row（行）与col（列）的交点，都是通过一个按键相连接。如果采用传统的“一个按键一个端口”的方法，要想实现16个按键，就需要16个端口；如果采用现在这个矩阵键盘的设计，要想实现16个按键，仅仅需要8个端口；如果使用16个端口来做矩阵键盘的话，则可以识别64个按键。相对于传统的键盘设计而言，矩阵键盘的设计大大提高了端口的利用率。
因此如果需要的按键少，可以选择传统的按键设计，但如果需要的按键比较多，则建议采用这种矩阵键盘的设计。接下来我们就以扫描法为例来带领大家了解矩
9 e, x6 O- |! K0 R+ q2 N6 @5 u阵键盘的工作原理。
5 F+ i1 |; {0 j3 A1 m6 Y9 _首先col（列）是FPGA给矩阵键盘输出的扫描信号，而row（行）是矩阵键盘反馈给 FPGA 的输入信号，用于检测哪一个按键被按下。FPGA&nBSP; 给出扫描信号COL[3:0]：COL = 4’b0111，等下一个时钟周期COL  = 4’b1011，再等下一个时钟周期COL =  4’b1101，再等下一个时钟周期COL = 4’b1110，再等下一个时钟周期COL = 4’b0111，COL就是这样不断循环，给矩阵键盘一个低电平有效的扫描信号。当FPGA给矩阵键盘COL扫描信号的同时，FPGA也要在检测矩阵键盘给FPGA的的反馈信号ROW。举个例子，假若矩阵键盘中的9号按键被按下了：
当COL = 4’b0111，ROW = 4’b1111；
* P; n5 |+ n1 w当COL = 4’b1011，ROW = 4’b1111；
( Q* T# ]" S; P! W) v1 L当COL = 4’b1011，ROW = 4’b1111；
当COL = 4’b1011，ROW = 4’b1111；
) i, _3 f. {  Q2 ]# h有人问，为什么当COL = 4’b1101的时候，ROW  = 4’b1011呢？我们现在观察如图8-20所示的矩阵键盘的电路图，分析如下：
4 W0 ~: C8 }5 `/ `0 I+ Z  r3 M4 b, [当9号按键被按下的时候，9号按键的电路就会被导通，扫描电路COL开始扫描，当扫描到 COL[1]的时候，由于 9 号按键的电路被导通了，COL[1]的电压等于ROW[2]的电压，所以会出现当COL  = 4’b1101的时候ROW = 4’b1011（扫描信号的频率大概1K左右）。
! t& x+ R9 n1 s* X! G5 c通常的按键所用开关为机械弹性开关，当机械触点断开、闭合时，由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通，在断开时也不会一下子断开。因而在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动，为了不产生这种
现象而作的措施就是按键消抖。
抖动时间的长短由按键的机械特性决定，一般为 5ms~10ms。这是一个很重要的时间参数，在很多场合都会用到。按键稳定闭合时间的长短则是由操作人员的按键动作决定的，一般为零点几秒至数秒（按键按下的时间一般都会大于20ms）。按键抖动会引起一次按键被误读多次，为确保 CPU对按键的一次闭合仅作一次处理，必须去除按键抖动。在按键闭合稳定时读取按键的电平状态，并且必须判别到按键释放稳定后再作处理。
然后我们就可以利用这些现象，来设计一个识别按键的电路。

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