锦夏笔记（一） 矩阵键盘计算器

        我的第一个系统项目：矩阵键盘计算器。项目的目的是利用Zx-1开发板上4×4的矩阵键盘和数码管完成6位数的加减乘除运算并将计算过程和结果显示在数码管上。这个项目大体分为三大模块，分别为矩阵键盘模块、数码管模块和计算模块。其中矩阵键盘模块又分为键盘扫描模块和键盘消抖模块，数码管模块又分为数码管亮灭控制模块、数码管bcd转码模块和数码管显示模块。第一天首先进行矩阵键盘扫描的部分。该模块属于键盘模块，模块名称为keyscan。
单个键盘原理如下：


如上图所示，若按键s没有按下，由于输出端接了上拉电阻pullup，所以输出端为高电平；若给输入端一个低电平并按下按键s，则输出端会变为低电平。矩阵键盘的扫描也是相似的原理：
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将4×4矩阵键盘分为4行ROW0~ROW3和四列COL0~COL3，将行作为输出，列作为输入。
先给第一列输入低电平，即COL=1110。扫描行是否有低电平，若此时第一行是低电平，即ROW=1110，则表示0号键盘按下；若此时第二行是低电平，即ROW=1101，则表示4号键盘按下；以此类推。
扫描结束后给第二列输入低电平，即COL=1110。行扫描方式同上。
以此类推，这样就可以将16个按键全部扫描完成。根据此原理我们来设计fpga矩阵键盘扫描模块keyboard




由keyboard输出[3:0]col来给矩阵键盘一个列扫描信号，col依次扫过四列，其值应在1110→1101→1011→0111→1110之间循环。为了后续计算模块以及显示模块考虑，此处给col加上一个0000的状态，用于判断是否有按键按下，若此时如果row有一位是低电平则说明有按键按下，否则说明按键抬起或者没有按键按下。
将矩阵键盘反馈回的row信号同col信号合并成一个scancode，则每个scancode就会对应一个按键，我们将按键值定义为key_num，key_num需要表示16个按键，应为4位，为便于后续模块使用，给key_num最高位加上以为判断位，若最高位是1则说明有按键按下，若最高位是0则说明按键抬起或没有按键按下。
这部分主要代码如下：
always @ (posedge clk or negedge rst_n)
        begin
                if(!rst_n)
                        col_r <= 4'b0000;
                else
                        begin
                                case(col_r)
                                4'b0000:col_r <= 4'b1110;
                                4'b1110:col_r <= 4'b1101;
                                4'b1101:col_r <= 4'b1011;
                                4'b1011:col_r <= 4'b0111;
                                4'b0111:col_r <= 4'b0000;
                                default:col_r <= 4'b0000;       
                                endcase
                        end
        end
assign col = col_r;
assign scancode = {col_r[3:0],row[3:0]};

always @ (posedge clk or negedge rst_n)
        begin
                if(!rst_n)
                        key_num <= 5'b0_0000;
                else
                        case(scancode)
                        /********** 检测是否有按键按下，无则key_num第一位为0，有则为1**********/
                        8'b0000_1111: key_num <= {1'b0,key_num[3:0]};
                        8'b0000_1110: key_num <= {1'b1,key_num[3:0]};
                        8'b0000_1101: key_num <= {1'b1,key_num[3:0]};
                        8'b0000_1011: key_num <= {1'b1,key_num[3:0]};
                        8'b0000_0111: key_num <= {1'b1,key_num[3:0]};
                        /**********扫描第一行按键*******/
                        8'b1110_1110: key_num <= 5'b1_0000;//0
                        8'b1101_1110: key_num <= 5'b1_0001;//1
                        8'b1011_1110: key_num <= 5'b1_0010;//2
                        8'b0111_1110: key_num <= 5'b1_0011;//3
                        /*********扫描第二行按键********/
                        8'b1110_1101: key_num <= 5'b1_0100;//4
                        8'b1101_1101: key_num <= 5'b1_0101;//5
                        8'b1011_1101: key_num <= 5'b1_0110;//6
                        8'b0111_1101: key_num <= 5'b1_0111;//7
                        /*********扫描第三行按键********/
                        8'b1110_1011: key_num <= 5'b1_1000;//8
                        8'b1101_1011: key_num <= 5'b1_1001;//9
                        8'b1011_1011: key_num <= 5'b1_1010;//a
                        8'b0111_1011: key_num <= 5'b1_1011;//b
                        /*********扫描第四行按键********/
                        8'b1110_0111: key_num <= 5'b1_1100;//c
                        8'b1101_0111: key_num <= 5'b1_1101;//d
                        8'b1011_0111: key_num <= 5'b1_1110;//e
                        8'b0111_0111: key_num <= 5'b1_1111;//f
                        default: key_num <=key_num;
                        endcase               
        end
        绿色的default语句需注意，刚开始误写成了key_num <=5’b00000导致错误，因col是随时钟一直在1110→1101→1011→0111→0000→1110之间循环，所以当有一个按键按下过程中，scancode仍是不断变化的，例如按下了0号按键，则按键扫描模块会在col为1110时接收到row为1110的信号；下一刻会在col=0111，接收到row=1111的信号；再下一刻col=1011，row=1111；再下一刻col=1101，row=1111；再下一刻col=1110，row=1110，不断循环直至按键抬起，由以上容易看出scancode一直在11101110→01111111→10111111→11011111→11101110循环变化，红色的scancode超出了扫描定义范围，若将default的情况定义为default: key_num <=5’b00000，则按下一个按键会出现多个key_num，此处应定义为default: key_num <=key_num，即可实现按下一个按键只输出一个key_num。

                    很好

                 感谢楼主分享

                      加油。

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                          很赞

   分享的资料很不错，谢谢呢