炼狱传奇-矩阵键盘之战

梦翼师兄

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在使用按键的时候，如果按键不多的话，我们可以直接按键与FPGA相连接，但是如果按键比较多的时候，如何还继续使用直接按键与FPGA相连接的话，所会大量增加FPGA端口的消耗，为了减少FPGA端口的消耗，我们可以把按键设计成矩阵的形式，就如下图所示：

       由上图可以知道，矩阵键盘的行row（行）与col（列）的交点，都是通过一个按键来相连接。传统的一个按键一个端口的方法，若要实现16个按键，则需要16个端口，而现在这个矩阵键盘的设计，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，可以识别64个按键，端口的利用率远远比传统的设计好的多，所以如果需要的按键少的话，可以选择传统的按键设计，如果需要的按键比较多的话，可以采用这种矩阵键盘的设计。而我们现在就以扫描法为例来介绍矩阵键盘的工作原理。

          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来，如下图所示：

详细如上图所示，FPGA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号案件被按下了：

       当COL = 4’b0111，ROW = 4’b1111；

       当COL = 4’b1011，ROW = 4’b1111；

当COL = 4’b1101，ROW = 4’b1011；

当COL = 4’b1110，ROW = 4’b1111；

       有人问，为什么当COL = 4’b1101的时候，ROW = 4’b1011呢？我们现在就以矩阵键盘的电路来分析一下这个原因，如下图所示：

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；然后我们就可以利用这一种现象，来设计一个识别按键的电路。

代码如下

模拟矩阵键盘的代码如下：

测试代码如下：

跟以往的仿真不一样，这次仿真需要把Matrix_keyboard_test（模拟矩阵键盘模块）加入test bench，而其他跟以前的仿真就完全一样的，有变化的地方如下图所示：

仿真结果如下图所示：

仿真结果如上图所示，每按下一个按键都有产生一个10ms的抖动，而这抖动并未影响输出的结果，并且成功把矩阵键盘的按键信号识别出来。