采用的是4*4矩阵键盘，每按下一个键数码管会显示当前按键的值，依次循环左移显示。KEY——Value保存的是键值，送入到数码管动态显示模块即可，RTL图如下图所示：
矩阵键盘的原理就是分行和列扫描，来获知按下按键的行数和列数，然后得到按下按键的键值。因为四脚的微动按键的同一排引脚是相连的，相当于是一个引脚，所以利用这个点会大大简化我们的电路，不用做太多的飞线。 矩阵键盘的扫描原理为，先让四个横行或者四个竖列输出高电平，另外四个为输入模式，若扫描到高电平，则表示该行或该列有按键按下，接着切换输入输出，扫描另外四个，得到另外的坐标，由此确定按键按下的位置，原理图如下所示：
矩阵键盘有多种检测方式，这里主要的扫描方式采用行列扫描，采用的是状态机扫描键盘，代码如下：
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//功能：矩阵键盘检测
//
//
//作者:Ray
//时间:2021-4-24
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module KeyValue(
CLK,
nRST,
KEY_ROW,
KEY_COL,
KEY_Value,
Value_en
);
input CLK;
input nRST;
input [3:0]KEY_COL; //列
output reg Value_en;
output reg [3:0]KEY_ROW; //行
output reg [3:0]KEY_Value; //矩阵键盘按下的值
wire [3:0]key_flag; //按键标志位
wire [3:0]key_state;
reg [4:0]state;
reg row_flag; //标识已定位到行
reg [1:0]rowIndex; //行索引
reg [1:0]colIndex; //列索引
localparam
NO_KEY = 5'b00001,
ROW_ONE = 5'b00010,
ROW_TWO = 5'b00100,
ROW_THREE = 5'b01000,
ROW_FOUR = 5'b10000;
KeyPress u0(
.CLK(CLK),
.nRST(nRST),
.KEY_IN(KEY_COL[0]),
.KEY_FLAG(key_flag[0]),
.KEY_STATE(key_state[0])
);
KeyPress u1(
.CLK(CLK),
.nRST(nRST),
.KEY_IN(KEY_COL[1]),
.KEY_FLAG(key_flag[1]),
.KEY_STATE(key_state[1])
);
KeyPress u2(
.CLK(CLK),
.nRST(nRST),
.KEY_IN(KEY_COL[2]),
.KEY_FLAG(key_flag[2]),
.KEY_STATE(key_state[2])
);
KeyPress u3(
.CLK(CLK),
.nRST(nRST),
.KEY_IN(KEY_COL[3]),
.KEY_FLAG(key_flag[3]),
.KEY_STATE(key_state[3])
);
//==========通过状态机判断行===========//
always @(posedge CLK or negedge nRST)
if(!nRST)
begin
state <= NO_KEY;
row_flag <= 1'b0;
KEY_ROW <= 4'b0000;
end
else
case(state)
NO_KEY: begin
row_flag <= 1'b0;
KEY_ROW <= 4'b0000;
if(key_flag != 4'b0000) begin
state <= ROW_ONE;
KEY_ROW <= 4'b1110;
end
else
state <= NO_KEY;
end
ROW_ONE: begin
//这里做判断只能用KEY_COL而不能用key_state
//因为由于消抖模块使得key_state很稳定
//不会因为KEY_ROW的短期变化而变化
//而KEY_COL则会伴随KEY_ROW实时变化
if(KEY_COL != 4'b1111) begin
state <= NO_KEY;
rowIndex <= 4'd0;
row_flag <= 1'b1;
end
else begin
state <= ROW_TWO;
KEY_ROW <= 4'b1101;
end
end
ROW_TWO: begin
if(KEY_COL != 4'b1111) begin
state <= NO_KEY;
rowIndex <= 4'd1;
row_flag <= 1'b1;
end
else begin
state <= ROW_THREE;
KEY_ROW <= 4'b1011;
end
end
ROW_THREE: begin
if(KEY_COL != 4'b1111) begin
state <= NO_KEY;
rowIndex <= 4'd2;
row_flag <= 1'b1;
end
else begin
state <= ROW_FOUR;
KEY_ROW <= 4'b0111;
end
end
ROW_FOUR: begin
if(KEY_COL != 4'b1111) begin
rowIndex <= 4'd3;
row_flag <= 1'b1;
end
state <= NO_KEY;
end
endcase
//===========判断按键所在列=============//
always @(posedge CLK or negedge nRST)
if(!nRST)
colIndex <= 2'd0;
else if(key_state != 4'b1111)
case(key_state)
4'b1110: colIndex <= 2'd0;
4'b1101: colIndex <= 2'd1;
4'b1011: colIndex <= 2'd2;
4'b0111: colIndex <= 2'd3;
endcase
//===========通过行列计算键值==========//
always @(posedge CLK or negedge nRST)
if(!nRST)
Value_en <= 1'b0;
else if(row_flag)
begin
Value_en <= 1'b1;
KEY_Value <= 4*rowIndex + colIndex;
end
else
Value_en <= 1'b0;
endmodule由于微触按键按下时会产生抖动，所以需要进行消抖。消抖这里采用的是状态机消抖，代码如下：
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//功能：定义状态机,方便后期用于矩阵键盘消抖
//
//
//作者:Ray
//时间:2021-4-24
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module KeyPress(
CLK,
nRST,
KEY_IN,
KEY_FLAG,
KEY_STATE
);
input CLK;
input nRST;
input KEY_IN;
output reg KEY_FLAG; //按键按下标志位 高电平为按下
output reg KEY_STATE;
reg key_a, key_b;
reg en_cnt, cnt_full;
reg [3:0]state;
reg [19:0]cnt;
wire flag_H2L, flag_L2H;
//运用状态机对矩阵键盘进行检测
//定义状态
localparam
Key_up = 4'b0001,
Filter_Up2Down = 4'b0010,
Key_down = 4'b0100,
Filter_Down2Up = 4'b1000;
//======判断按键输入信号跳变沿========//
always @(posedge CLK or negedge nRST)
if(!nRST)
begin
key_a <= 1'b0;
key_b <= 1'b0;
end
else
begin
key_a <= KEY_IN;
key_b <= key_a;
end
assign flag_H2L = key_b && (!key_a);
assign flag_L2H = (!key_b) && key_a;
//============计数使能模块==========//
always @(posedge CLK or negedge nRST)
if(!nRST)
cnt <= 1'b0;
else if(en_cnt)
cnt <= cnt + 1'b1;
else
cnt <= 1'b0;
//=============计数模块=============//
always @(posedge CLK or negedge nRST)
if(!nRST)
cnt_full <= 1'b0;
else if(cnt == 20'd999_999)
cnt_full <= 1'b1;
else
cnt_full <= 1'b0;
//=============有限状态机============//
always @(posedge CLK or negedge nRST)
if(!nRST)
begin
en_cnt <= 1'b0;
state <= Key_up;
KEY_FLAG <= 1'b0;
KEY_STATE <= 1'b1;
end
else
case(state)
//保持没按
Key_up: begin
KEY_FLAG <= 1'b0;
if(flag_H2L) begin
state <= Filter_Up2Down;
en_cnt <= 1'b1;
end
else
state <= Key_up;
end
//正在向下按
Filter_Up2Down: begin
if(cnt_full) begin
en_cnt <= 1'b0;
state <= Key_down;
KEY_STATE <= 1'b0;
KEY_FLAG <= 1'b1;
end
else if(flag_L2H) begin
en_cnt <= 1'b0;
state <= Key_up;
end
else
state <= Filter_Up2Down;
end
//保持按下状态
Key_down: begin
KEY_FLAG <= 1'b0;
if(flag_L2H) begin
state <= Filter_Down2Up;
en_cnt <= 1'b1;
end
else
state <= Key_down;
end
//正在释放按键
Filter_Down2Up: begin
if(cnt_full) begin
en_cnt <= 1'b0;
state <= Key_up;
KEY_FLAG <= 1'b1;
KEY_STATE <= 1'b1;
end
else if(flag_H2L) begin
en_cnt <= 1'b0;
state <= Key_down;
end
else
state <= Filter_Down2Up;
end
//其他未定义状态
default: begin
en_cnt <= 1'b0;
state <= Key_up;
KEY_FLAG <= 1'b0;
KEY_STATE <= 1'b1;
end
endcase
endmodule已上板测试过，可以正常进行矩阵键盘扫描以及数码管显示，因为篇幅的原因，没有描述数码管动态显示，有需要的可以下载工程自己测试。
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