FPGA矩阵键盘课程设计
fpga课程设计
fpga课程设计一、课程介绍：fpga课程设计是一门针对电子工程与计算机科学专业高年级本科生或研究生的专业课程。
其目的是使学生掌握FPGA的基本原理、设计和应用技能，培养学生解决实际工程问题的能力。
课程将理论学习与实践操作相结合，使学生能够深入了解FPGA技术，并在实际项目中应用FPGA进行数字电路设计。
通过本课程的学习，学生将具备以下能力：1.理解FPGA的基本原理和工作机制；2.熟练使用FPGA设计软件进行数字电路的设计和仿真；3.掌握FPGA硬件描述语言（如VHDL或Verilog）的编程方法；4.具备在实际项目中应用FPGA解决工程问题的能力。
随着现代电子技术的快速发展，FPGA（现场可编程门阵列）技术在数字电路设计领域得到了广泛应用。
作为一种高度集成的可编程硬件设备，FPGA具有灵活性高、开发周期短和成本低等优点，使得它在通信、工业控制、医疗设备等领域具有广泛的应用前景。
为了适应这一技术发展趋势，培养具有实际工程能力的优秀人才，我校特开设此门课程，使学生能够紧跟时代步伐，掌握前沿技术。
二、学习者分析：本课程的目标学员为电子工程与计算机科学专业的高年级本科生、研究生，以及其他对FPGA技术感兴趣的学生。
学员具备一定的数字电路基础知识，对硬件描述语言有一定的了解。
学员应具备以下先备知识：1.数字电路基本原理，如逻辑门、触发器、计数器等；2.计算机组成原理，如CPU、内存、接口等；3.硬件描述语言（如VHDL或Verilog）的基本语法和编程方法；4.微电子学基础知识，如半导体器件、集成电路等。
三、学习目标：1.掌握FPGA的基本原理、工作机制和应用领域；2.了解FPGA设计流程，包括需求分析、逻辑设计、仿真验证、硬件实现等；3.熟悉FPGA硬件描述语言的编程方法和技巧。
4.能够使用FPGA设计软件进行数字电路的设计和仿真；5.能够运用FPGA硬件描述语言编写符合要求的数字电路模块；6.具备在实际项目中应用FPGA解决工程问题的能力。
矩阵键盘程序设计
矩阵键盘程序设计矩阵键盘程序设计1.引言2.矩阵键盘的工作原理矩阵键盘由多行多列的按键组成，每个按键都与行线和列线相交。
当按下某一个按键时，行线和列线会形成一个闭合电路，通过这个闭合电路来传递按键的信号。
通过扫描行线和列线的状态，可以确定用户按下了哪个按键。
3.矩阵键盘的程序设计在程序设计中，需要初始化矩阵键盘的引脚配置，即将每个行线和列线连接到相应的引脚上。
然后，通过循环扫描行线和列线的状态，判断用户是否按下了某个按键。
一般情况下，矩阵键盘的扫描速度比较快，可以采用中断的方式来进行扫描，提高响应速度。
以下是一个简单的矩阵键盘程序设计示例：import RPi.GPIO as GPIO初始化引脚配置row_pins = [11, 13, 15, 16] 行引脚col_pins = [18, 22, 24, 26] 列引脚GPIO.setmode(GPIO.BOARD)设置行引脚为输出模式，列引脚为输入模式for pin in row_pins:GPIO.setup(pin, GPIO.OUT)for pin in col_pins:GPIO.setup(pin, GPIO.IN)循环扫描矩阵键盘while True:for row in row_pins:设置当前行引脚为低电平GPIO.output(row, GPIO.LOW)for col in col_pins:判断当前列引脚是否为高电平，即判断用户是否按下了某个按键if GPIO.input(col) == GPIO.HIGH:处理按键事件print(\。
基于FPGA的矩阵键盘接口电路的设计
目录目录------------------------------------------------------------------------------------------------ 1 1.绪论--------------------------------------------------------------------------------------------- 3 1.1 FPGA概况----------------------------------------------------------------------------------- 3 1.2 本课题的研究意义 ----------------------------------------------------------------------- 41.3 本章小结------------------------------------------------------------------------------------ 42. VHDL语言 ------------------------------------------------------------------------------------ 5 2.1 VHDL语言概述----------------------------------------------------------------------------- 5 2.2 VHDL语言的优点-------------------------------------------------------------------------- 6 2.3 利用VHDL语言设计数字系统的特点------------------------------------------------- 8 2.4 VHDL语言的基本结构-------------------------------------------------------------------- 92.5本章小结 ------------------------------------------------------------------------------------ 93.矩阵键盘接口电路原理和数码管显示原理 ------------------------------------------- 10 3.1矩阵键盘接口电路的原理 -------------------------------------------------------------- 10 3.2数码管显示原理 -------------------------------------------------------------------------- 123.3本章小结 ----------------------------------------------------------------------------------- 124.总体设计和各模块设计 ------------------------------------------------------------------- 13 4.1时钟产生模块 ----------------------------------------------------------------------------- 134.2键盘扫描模块 ----------------------------------------------------------------------------- 13 4.3数码管显示模块 -------------------------------------------------------------------------- 14 4.4顶层电路实现 ----------------------------------------------------------------------------- 14 4.5本章小结 ----------------------------------------------------------------------------------- 14 附录1：总体设计电路原理图:------------------------------------------------------------- 15附录2：硬件实物图 -------------------------------------------------------------------------- 15附录3：EP1C3T144C8N的PCB电路图 ---------------------------------------------------- 16附录4：顶层电路实现的具体程序 -------------------------------------------------------- 16附录5：时钟产生模块实现的具体程序 -------------------------------------------------- 17附录6：键盘扫描模块实现的具体程序 -------------------------------------------------- 18附录7：数码管显示模块实现的具体程序 ----------------------------------------------- 245.心得体会-------------------------------------------------------------------------------------- 261.绪论1.1 FPGA概况早期的可编程逻辑器件只有可编程只读存储器(PROM)、紫外线可擦除只读存储器(EPROM)和电可擦除只读存储器(E2PROM)三种。
FPGA矩阵键盘显示电路的设计实验报告
三、实验数据处理、误差计算及讨论
当设计文件加载到目标器件后，将数字信号源模块的时钟选择为1KHZ，按下矩阵
湖南科技大学
物理与电子科学学院专业实验报告实验课程：FPGA实验
实验项目：矩阵键盘显示电路的设计
专业：
班级：
姓名：
学号：
实验日期：年月日
明，这里不在赘述。
本实验箱上的4X4矩阵键盘的电路原理如下图所示。
实现键盘有两种方案：一是采用现有的一些芯片实现键盘扫描；再就是用软件实
软件，新建一个工程。
VHDL File，打开VHDL编辑器对话框。
开关的不完善导致出现按键抖动。
成绩：教师：。
矩阵键盘程序设计
矩阵键盘程序设计1. 引言矩阵键盘是一种常见的输入设备，广泛应用于电脑、方式等各种电子设备中。
将介绍如何设计一个简单的矩阵键盘程序。
2. 程序设计思路矩阵键盘由多个按键组成，每个按键对应一个特定的字符或功能。
通常情况下，矩阵键盘是通过行列扫描的方式来检测按键的状态，即通过扫描每行和每列的电平来判断是否有按键被按下。
要设计一个矩阵键盘程序，需要确定矩阵键盘的行列数，然后通过相应的硬件电路将其连接到控制器上。
接下来，程序需要循环扫描每行和每列的电平，并记录下按下的按键。
根据按键的状态来执行相应的操作，输出对应的字符或执行特定的功能。
3. 硬件设计硬件设计主要包括确定矩阵键盘的行列数以及将其连接到控制器上的电路设计。
通常情况下，矩阵键盘的行使用输出电平，列使用输入电平。
在连接到控制器之前，还需要添加电阻和二极管来保护电路和消除反馈。
4. 软件设计软件设计主要包括程序的循环扫描和按键状态的处理。
可以使用循环来不断扫描每行和每列的电平，当检测到按键被按下时，记录下按键的位置信息。
接下来，根据按键的状态，进行相应的处理操作，输出对应的字符或执行特定的功能。
程序还需要处理按键的反弹，以避免误操作。
5. 示例代码以下是一个简单的矩阵键盘程序设计的示例代码，采用C语言编写：cinclude <stdio.h>include <stdbool.h>// 定义矩阵键盘的行列数define ROWS 4define COLS 4// 定义矩阵键盘的字符映射表char keys[ROWS][COLS] = {{'1', '2', '3', 'A'},{'4', '5', '6', 'B'},{'7', '8', '9', 'C'},{'', '0', '', 'D'}};// 定义矩阵键盘状态数组bool keyState[ROWS][COLS] = {0};// 矩阵键盘扫描函数void scanKeyboard() {// 扫描行for (int row = 0; row < ROWS; row++) {// 将当前行的输出电平设置为低电平setRowLow(row);// 扫描列for (int col = 0; col < COLS; col++) {// 检测当前列的输入电平if (getColLevel(col)) {// 当检测到按键被按下时，更新按键状态 keyState[row][col] = true;} else {// 当检测到按键未按下时，更新按键状态 keyState[row][col] = false;}}// 将当前行的输出电平恢复为高电平setRowHigh(row);}}int mn() {while (1) {// 扫描矩阵键盘scanKeyboard();// 处理按键状态for (int row = 0; row < ROWS; row++) {for (int col = 0; col < COLS; col++) {// 检测到按键被按下时，输出对应的字符if (keyState[row][col]) { printf(\。
矩阵按键实验课程设计
矩阵按键实验课程设计一、教学目标本课程的学习目标包括知识目标、技能目标和情感态度价值观目标。
知识目标要求学生掌握矩阵按键的基本原理和实验操作方法；技能目标要求学生能够独立完成矩阵按键实验，并能够分析实验结果；情感态度价值观目标要求学生培养对科学实验的兴趣，提高实验操作的规范性和准确性。
通过本课程的学习，学生将能够了解矩阵按键的原理和应用，掌握实验操作的基本技能，培养科学实验的兴趣和能力。
同时，学生将能够在实验过程中培养观察、思考、解决问题的能力，提高实验操作的规范性和准确性。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括矩阵按键的基本原理、实验设备和实验操作方法。
首先，将介绍矩阵按键的基本原理，包括矩阵按键的结构和工作原理。
然后，将介绍实验设备的使用方法，包括矩阵按键模块、开发板和编程软件的使用。
最后，将介绍矩阵按键实验的操作方法，包括实验步骤、实验数据采集和实验结果分析。
三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性，将采用多种教学方法进行教学。
首先，将采用讲授法，向学生讲解矩阵按键的基本原理和实验操作方法。
然后，将采用实验法，让学生亲自动手进行实验操作，并观察实验结果。
此外，还将采用讨论法，引导学生进行小组讨论，共同分析实验结果。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，将选择和准备适当的教学资源。
教材方面，将使用《电子实验教程》一书，该书详细介绍了矩阵按键实验的操作方法和实验原理。
参考书方面，将提供《矩阵按键应用手册》等资料，供学生参考。
多媒体资料方面，将制作实验操作视频和实验原理动画，以直观地展示实验过程和原理。
实验设备方面，将准备矩阵按键模块、开发板和编程软件等设备，供学生进行实验操作。
五、教学评估本课程的教学评估将采用多元化的评估方式，以全面、客观、公正地反映学生的学习成果。
评估方式包括平时表现、作业和考试等。
平时表现评估将关注学生在课堂上的参与度、提问和回答问题的积极性等。
作业评估将根据学生完成的实验报告和课后作业的质量进行评分。
智能仪器设计报告——基于单片机和FPGA的矩阵键盘控制系统设计
目录1. 概述.................................................................................................. - 3 -2. 89C51单片机简介.......................................................................... - 3 -3. FPGA简介 ...................................................................................... - 3 -4. 矩阵键盘控制系统 ......................................................................... - 3 -4.1. FPGA设计框图 ..................................................................... - 3 -4.2. 单片机硬件实现 .................................................................... - 4 -4.3. 键盘控制系统子模块 ............................................................ - 4 -4.3.1 矩阵键盘原理 ................................................................. - 4 -4.3.2 时钟分频模块 ................................................................. - 5 -4.3.3 键盘扫描模块 ................................................................. - 6 -4.3.4 译码转换及三态门输出模块 ......................................... - 6 -4.3.5 单片机及液晶显示模块部分 ......................................... - 7 -5. 仿真及结果分析 ............................................................................. - 9 -5.1 分频模块时序仿真 ................................................................ - 9 -5.2 键盘扫描模块 ........................................................................ - 9 -5.3 译码输出模块 ........................................................................ - 9 -5.4 单片机与液晶显示器模块 .................................................. - 10 -6. 参考文献........................................................................................ - 11 - 致谢.................................................................................................... - 12 - 附录.................................................................................................... - 13 -1.概述随着可编程逻辑器件及EDA技术的发展，在系统设计中经常会用到FPGA来扩展单片机的相关资源。
fpga简单课程设计
fpga简单课程设计一、教学目标本课程旨在让学生了解FPGA（现场可编程门阵列）的基本概念、特性和应用，掌握FPGA的基本编程和设计方法，培养学生的创新意识和实践能力。
知识目标：使学生了解FPGA的基本原理、结构和工作原理，熟悉FPGA的编程语言和开发环境，掌握FPGA的基本设计方法和流程。
技能目标：培养学生使用FPGA相关软件进行简单程序设计和调试的能力，使学生具备分析和解决实际问题的能力。
情感态度价值观目标：培养学生对电子技术的热爱，激发学生创新和实践的兴趣，培养学生的团队合作意识和综合素质。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括FPGA的基本概念、FPGA的编程语言和开发环境、FPGA的基本设计方法和流程、以及FPGA在实际应用中的案例分析。
具体包括以下几个部分：1.FPGA的基本概念：介绍FPGA的定义、特点和应用领域。
2.FPGA的编程语言：介绍VHDL和Verilog这两种常用的FPGA编程语言。
3.FPGA的开发环境：介绍FPGA开发过程中所使用的软件工具，如ISE、Altera等。
4.FPGA的基本设计方法：介绍FPGA设计的流程，包括硬件描述语言的编写、逻辑综合、布局布线、编程和调试等。
5.FPGA的应用案例：分析FPGA在实际应用中的案例，如数字信号处理、嵌入式系统等。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法，如讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等。
1.讲授法：通过教师的讲解，使学生了解和掌握FPGA的基本概念、原理和方法。
2.讨论法：引导学生针对实际问题进行思考和讨论，培养学生的创新意识和解决问题的能力。
3.案例分析法：分析FPGA在实际应用中的案例，使学生了解FPGA的应用领域和设计方法。
4.实验法：让学生动手进行FPGA的设计和调试，提高学生的实践能力和动手能力。
四、教学资源为了支持本课程的教学，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用国内外优秀的FPGA相关教材，为学生提供系统的理论知识和实践指导。
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FPGA课程设计报告项目名称基于FPGA的4*4矩阵键盘的设计专业班级通信1学生姓名张指导教师2016年7 月10 日摘要本课程设计提出了基于FPGA的4*4矩阵键盘的设计，主要是在软件Quartus II 9.0这个环境中，以硬件描述语言Verilog进行编写程序,从而完成矩阵键盘的相关设计。
主要由矩阵式键盘电路、显示电路等组成，实现过程是通过行扫描输入随机信号，列扫描判断哪一个键被按下，并最后由数码管显示该按键。
此次课程设计完成了4*4矩阵键盘控制LED数码管显示系统的设计，该设计具有灵活性强，易于操作，可靠性高，广泛应用于各种场合的特点，是进行按键操作管理的有效方法，它可以提高系统准确性，有利于资源的节约，降低对操作者本身的要求，并能正确、实时、高效地显示按键信息，以提高工作效率和资源换利用率的意义。
关键词：数码管；矩阵键盘；按键；显示电路AbstractThis course is designed based on FPGA is proposed 4 * 4 matrix keyboard design, mainly in the Quartus II software 9.0 this environment, with the Verilog hardware description language program, so as to complete the related design of matrix keyboard. Main matrix keyboard circuit, display circuit and so on, complete the 4 * 4 matrix keyboard control LED digital tube display system design, the design has strong flexibility, easy operation, high reliability, widely used in various occasions. Into 4 * 4 matrix keyboard control LED digital tube display system design, design flexibility is strong, easy to operate, high reliability, widely used in various occasions. Matrix keyboard control system, can improve efficiency, and is an effective method to manage the keystrokes, it can improve the system accuracy, and is conducive to resource saving and reduce the requirement of the operator itself, and correctly, real-time and efficient to show the key information, in order to improve the work efficiency and the utilization ratio of resources in meaning.Keywords: Digital tube; Matrix keyboard; The key; Disply circuit目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 国内外发展现状 (1)1.3 本文主要研究内容 (1)第2章软件及语言简介 (2)2.1 Quartus软件简介 (3)2.2 Verilog语言简介 (4)2.2.1 Verilog语言的主要功能 (4)2.2.2 Verilog语言设计数字系统的特点 (4)第3章 4*4矩阵键盘的原理 (6)3.1 4*4矩阵式键盘 (6)3.2 总体结构 (6)3.2.1 LED数码管 (8)3.2.2 键盘结构 (9)3.3 键盘扫描 (9)3.4 矩阵键盘接口电路的原理 (9)第4章程序调试 (11)4.1 流程图 (11)4.2 程序结果讨论 (11)第5章波形仿真及讨论 (13)5.1 波形结果 (13)5.2 结果讨论 (14)结论 (15)参考文献 (16)附录程序 (17)致谢 (19)第1章绪论1.1 课题背景在现代的个人计算机系统中,一般都采用通用的标准键盘如标准键盘（如：标准101/102键盘或Microsoft自然PS/2键盘）来实现人与计算机之间的接口交互, 从而将需要的各种数据和指令等信息都通过键盘来输人计算机。
但是, 各种嵌人式系统（如：手机、微波炉、电风扇等）所需的键盘的按键个数非常有限, 通常为几个到十几个不等（而标准键盘通常为：一百多个按键并且每个按键所代表的功能含义也各不相同。
所以, 每一种嵌入式系统都应对键盘（包括键盘扫描模块和相关控制信号等）进行专门设计, 以便结合工程实际情况充分利用该系统已有的各种资源, 使所设计的键盘很好地融合到嵌人式系统中[1]。
在现代个人计算机系统中, 一般都采用通用的标准键盘( 如: 标准101/102 键盘或Microsoft自然PS/2 键盘) 来实现人与计算机之间的接口交互, 所需要的各种数据和指令等信息都通过键盘来输入计算机。
但是, 在各种嵌入式系统( 如手机、微波炉、电风扇等) 中, 所需要的键盘按键个数非常有限, 通常为几个到十几个不等( 而标准键盘通常为一百多个按键) , 并且每个按键所代表的功能含义也各不相同。
所以, 针对每一种嵌入式系统都应对键盘( 包括键盘扫描模块和相关控制信号等) 进行专门设计, 结合工程实际情况充分利用该系统已有的各种资源, 使所设计的键盘恰如其分地融合到嵌入式系统中, 成为其不可分割的一部分[2]。
在数字电路中, 可以利用编码器实现按键键值的直接编码。
将每个按键的输出信号对应连接到编码器的每个输入端, 通过编码逻辑就可以在编码器的输出端得到对应每个按键的码值, 早期称这种键盘为编码键盘。
但是,当按键较多时数码逻辑的成本较高, 直接编码的方法也不够灵活, 一旦编码逻辑固定就难以更改。
在通用键盘上或当按键数量较多时, 普遍采用扫描方式产生键值。
将按键连接成矩阵, 每个按键位于某行、某列的交点上, 如图1 所示, 先通过扫描方式确定按下键的行和列位, 即位置码或扫描码。
再查表将位置码转换为按键码值或者直接使用扫描码,有些参考书称此为“非编码键盘”。
但这种名称容易让人误解为没有对应的键值, 因此又称为扫描式键盘[3]。
1.2 国内外发展现状近年来EDA技术在电子领域引发的技术革命，推动着电子技术的迅猛发展，为世人所瞩目，而FPGA为代表的可编程逻辑器件的应用，更是受到业内人士的普遍关注。
伴随着大规模集成电路和计算机技术的高速发展，在设计工业自动化，仪器仪表，计算机设计与应用、通信、国防等领域的电子系统中，FPGA技术的含量正以惊人的速度提升。
将尽可能大的完整的电子系统在单一FPGA芯片中实现已成为现实，电子类新技术项目的开发也更多地依赖于FPGA技术的应用[4]。
作为FPGA研究课题之一的矩阵键盘控制接口电路的设计，在FPGA设计中是一个经常被提到的话题，就像是利用PFGA设计数字中一样，虽然简单，但是却是一个很有研究意义的话题，涉及到怎么样才能是FPGA资源更加充分利用，现在很多电子产品都涉及到按键，小的有独立按键，大的有N*N的矩阵键盘，独立按键由于案件的个数少，也就没必要考虑资源的利用问题了。
而矩阵键盘，由于按键多，对整个系统的影响大，所以肯定要考虑资源的利用问题，而且还要考虑一下电路里面的时序问题。
1.3 本文主要研究内容本次设计要求设计一个4*4矩阵键盘，也就是行为4，列为4，一共可以设计16个按键。
其中设计方法为：一般判断键盘中有没有按键按下是通过航线送入扫描信号，然后从列线中读取状态得到的，其方法是依次给行线送入低电平，检查列线的输入。
如果列线信号趣味高电平，则代表低电平信号所在的行中无按键按下，反之，则有，则在低电平信号所在的行和出现低电平的交叉处有按键按下。
第2章软件及语言简介2.1 Quartus II软件简介QuartusII是Altera公司的综合性PLD/FPGA开发软件，支持原理图、VHDL、VerilogHDL以及AHDL（Altera Hardware Description Language）等多种设计输入形式，内嵌自有的综合器以及仿真器，可以完成从设计输入到硬件配置的完整PLD设计流程。
QuartusII可以在XP、Linux以及Unix上使用,除了可以使用Tcl脚本完成设计流程外，提供了完善的用户图形界面设计方式。
具有运行速度快，界面统一，功能集中，易学易用等特点。
QuartusII支持Altera的IP核，包含了LPM/MegaFunction宏功能模块库，使用户可以充分利用成熟的模块，简化了设计的复杂性、加快了设计速度[5]。
对第三方EDA 工具的良好支持也使用户可以在设计流程的各个阶段使用熟悉的第三方EDA工具。
此外，Quartus II通过和DSP Builder工具与Matlab/Simulink相结合，可以方便地实现各种DSP应用系统；支持Altera的片上可编程系统（SOPC）开发，集系统级设计、嵌入式软件开发、可编程逻辑设计于一体，是一种综合性的开发平台。
Maxplus II 作为Altera的上一代PLD设计软件，由于其出色的易用性而得到了广泛的应用[6]。
目前Altera已经停止了对Maxplus II的更新支持，QuartusII与之相比不仅仅是支持器件类型的丰富和图形界面的改变。
Altera在QuartusII中包含了许多诸如SignalTap II、Chip Editor和RTL Viewer的设计辅助工具，集成了SOPC和HardCopy设计流程，并且继承了Maxplus II 友好的图形界面及简便的使用方法[7]。
Quartus II提供了完全集成且与电路结构无关的开发包环境，具有数字逻辑设计的全部特性，包括：可利用原理图、结构框图、VerilogHDL、AHDL和VHDL完成电路描述，并将其保存为设计实体文件；芯片（电路）平面布局连线编辑；LogicLock增量设计方法，用户可建立并优化系统，然后添加对原始系统的性能影响较小或无影响的后续模块；功能强大的逻辑综合工具；完备的电路功能仿真与时序逻辑仿真工具；定时/时序分析与关键路径延时分析；可使用SignalTap II逻辑分析工具进行嵌入式的逻辑分析；支持软件源文件的添加和创建，并将它们链接起来生成编程文件；使用组合编译方式可一次完成整体设计流程；自动定位编译错误；高效的期间编程与验证工具；可读入标准的EDIF网表文件、VHDL网表文件和Verilog网表文件；能生成第三方EDA软件使用的VHDL网表文件和Verilog网表文件[8]。