按键阵列扫描及点阵显示器控制电路设计改版babi.docx

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1、目录第一章设设计指标标.21.11设计指指标21.2 硬件环环境2第二章章 系统统概述 .22 2.11设计思思想. 22.22可行性性论证.4 2.33各功能能的组成成42.44总体工工作过程程5第三章章 单元元电路设设计与分分析63.11各单元元电路的的选择63.22设计及及工作原原理分析析7第四章章 电路路的组构构与调试试.116 4.11 遇到到的主要要问题.164.2 现现象记录录及原因因分析. 1664.33 解决决措施及及效果 1164.4 功功能的测测试方法法、步骤骤、设备备、记录录的数据据16第五五章 结结束语1775.11对设计计题目的的结论性性意见及及进一步步改进的的意向

2、说说明. 175.2 总总结设计计的收获获与体会会. 188附图(电电路总图图)18参考考文献200第一章、设设计指标标1.1设设计指标标设计一个个按键阵阵列判断断电路，采采用发光光二极管管点阵显显示器以以12个个显示符符标识112个按按键。当当有健按按下时，显显示其标标识符，并并保持显显示符直直到新的的按键作作用。如如果多个个按键同同时闭合合，只响响应最先先作用的的按键。1.2硬硬件环境境设计对象象的实现现环境与与采用的的FPGGA开发发装置有有关，本本节以LLP29000为例例，说明明采用按按键阵列列扫描和和点阵显显示器控控制电路路的设计计原理和和实现方方法。LP229000开发装装置上有

3、有“09”、“*”、“#”共122个键构构成的33行4列列按键阵阵列以及及8行88列644个点的的点阵显显示器。FPGAA通过端端口RKK1RRK3读读取键阵阵列的行行线状态态X0X2；通过338线译译码器控控制键阵阵列的列列线Y00Y33。7441388的译码码输入由由FPGGA端口口DE33DEE1控制制。点阵显示示器各行行由FPPGA的的端口RROW11ROOW8控控制，点点阵显示示器各列列由FPPGA端端口C11C88通过反反相器控控制，以以满足电电流驱动动能力。第二章、系统概述2.1 设计思思想1.按键键扫描原原理数字电路路中，按按键的闭闭合和断断开状态态可以通通过其控控制的逻逻辑电

4、平平判断。（1）按按键状态态判断按键的闭闭合断开开可以转转换成代代表0或或1的二二值逻辑辑的低电电平和高高电平，判判断电路路输出的的电平即即可了解解按键的的通、断断状态。按按键一般般为机械械开关，其其触点的的合、断断有弹性性抖动。为为了保证证按键动动作一次次，电路路只判断断到一次次电平状状态的改改变，需需要采用用消抖动动措施。采采用基本本RS触触发器可可以对电电平信号号整形，实实现消抖抖。（2）按按键阵列列判断若需要判判断的按按键较多多，为节节省信号号端口资资源，一一般将按按键分成成行、列列两组连连接成阵阵列形式式。每个个按键跨跨接在一一条行线线和一条条列线间间。当按按键闭合合时，行行线与列列

5、线接通通。每条条行线都都通过一一个电阻阻上拉到到+5VV电位，当当行线上上的所有有按键都都未闭合合时，行行线一定定为高电电平。当当某条列列线为低低电平是是，根据据各行线线的电平平可判断断该列线线上各键键的状态态。（3）按按键扫描描判断若以负脉脉冲扫描描序列信信号控制制键阵列列的列线线，使各各列线分分时为低低电平，同同时顺序序判断各各行线电电平，就就能逐个个确定各各键状态态。显然然，每个个按键的的扫描时时间是列列线的低低电平时时间，而而阵列的的扫描周周期是按按键扫描描时间乘乘以键数数。所以以，按键键的闭合合时间必必须大于于阵列扫扫描周期期，否则则闭合状状态可能能会被遗遗漏。比比如，当当阵列为为1

6、6个个键时，如如果每个个键的扫扫描时间间是100ms，则则键的闭闭合时间间必须大大于0.16ss。按键键的闭合合时间因因人的动动作快慢慢而异，通通常为零零点几秒秒至一点点几秒。2.发光光二极管管点阵显显示原理理点阵显示示电路是是由发光光二极管管组成的的阵列。每每一行发发光二极极管的阳阳极接在在一起，由由行信号号ROWWi控制制；每一一列发光光二极管管的阴阳阳极接在在一起，由由列信号号Cj驱驱动。如果把发发光二极极管阵列列的每一一行看做做一个88段共阳阳显示器器，ROOWi为为阳极公公共端，每每一列CCj就是是显示器器的一个个段，低低电平有有效。这这样，88*8点点阵显示示电路与与8位动动态扫描

7、描共阳显显示电路路的结构构完全相相同，当当行扫描描信号为为高电平平时，列列信号的的低电平平可以控控制该行行各列的的发光管管亮。比比如，当当ROWW1为高高电平时时，若列列信号CC1CC8为“0111111110”，则RROW11行第一一和最末末的发光光管灭，其其他6个个亮。同同理，若若把发光光二极管管阵列的的每一列列看做一一个8段段共阴显显示器，CCj为阴阴极公共共端，88*8点点阵显示示电路就就与8位位动态扫扫描共阴阴显示电电路的结结构相同同。由于LPP29000开发发装置上上点阵显显示器的的列信号号通过反反相器驱驱动，所所以其FFPGAA的列控控制逻辑辑为高电电平有效效，即当当ROWWi、

8、CCj都为为“1”时，第第i行、第第j列的的发光二二极管亮亮。根据动态态扫描显显示控制制的原理理，如果果采用一一个计数数器顺序序产生88路行扫扫描信号号RW11RWW8，同同时根据据各行发发光二极极管的显显示要求求同步控控制列信信号，当当扫描计计数频率率足够高高时，点点阵显示示的效果果为一个个稳定的的字符。2.2可可行性论论证该设计方方案在理理论上是是可行的的。按键键扫描部部分由状状态机AA提供各各个扫描描信号，用用ROMM实现代代码转换换功能，发发光二极极管点阵阵显示电电路由33位二进进制数控控制行扫扫描信号号，同时时控制列列显示码码同步循循环输出出，即可可显示预预设的字字符。2.3各各功能

9、的的组成根据按键键阵列的的判断原原理，可可采用一一个计数数器产生生按键编编码信号号。计数数器的脉脉冲周期期等于按按键的扫扫描时间间，计数数器的模模M大于于等于被被扫描的的按键数数N。本本设计要要求判断断12个个按键的的阵列，所所以可采采用4位位二进制制计数器器产生按按键扫描描码。计计数器输输出控制制译码器器产生列列扫描信信号Y00Y33，并控控制数据据选择器器选择行行线电平平Xi。当当被扫描描的按键键闭合时时，选择择器的输输出信号号控制寄寄存器保保存计数数器当前前的键码码状态，同同时封锁锁计数器器停止键键扫描，以以避免其其他按键键闭合时时产生的的影响。发光二极极管点阵阵电路采采用3位位二进制制

10、计数器器译码后后扫描控控制其行行（列）信信号ROOWi（CCj），同同时控制制列（行行）显示示码同步步循环输输出。所所以，必必须设计计一个译译码逻辑辑元件，根根据寄存存器保存存的按键键编码输输出键符符显示列列（行）控控制码。键键符显示示译码器器可采用用AHDDL真值值表方式式、组合合逻辑器器件或只只读存储储器ROOM来实实现。2.4总总体工作作过程1.按键键编码计数器AA输出44位二进进制码QQ3QQ0，每每组码通通过译码码器A产产生一列列低电平平有效的的列信号号，同时时通过数数据选择择器选中中一个行行线信号号判断连连接该列列、该行行的按键键状态。当当数据选选择器输输出低电电平时，表表示被扫扫

11、描键闭闭合。所所以，计计数器输输出的二二进制码码与阵列列中的按按键一一一对应。显显然，按按键的编编码位序序与计数数器的输输出控制制有关。若若计数器器的高两两位输出出Q3、QQ2控制制选择信信号B11和B00，低两两位输出出Q1、QQ0控制制译码信信号A11和A00，则计计数器输输出为“00001”时，YY0为低低电平，选选择输出出X1的的状态，扫扫描按键键S2。因因此，“00001”为S22的键码码。2.键符符显示码码存储由于ROOM的数数据输出出控制点点阵的列列信号CC1CC8，因因此ROOM中每每个存储储单元的的数据就就是一行行列控制制码，每每位数据据控制一一列。一一个显示示符的88行控制

12、制需要88个单元元的列码码数据，112个不不同的键键符显示示需要996个存存储单元元，这样样显示译译码存储储器至少少需要77位地址址。如果果ROMM的高44位地址址A6A3由由键码QQ3QQ0控制制，低33位地址址A2A0由由行扫描描计数器器B控制制，每个个显示符符的8行行列控制制码被存存放在以以键码划划分块的的连续88个存储储单元中中。建立存储储数据文文件时要要注意数数据位序序与点阵阵序列的的关系以以及存储储单元低低3位地地址与点点阵行序序的关系系。比如如，若存存储器的的数据输输出D77D00依序控控制C11C88，则数数据码从从高至低低位分别别对应点点阵显示示器的从从左至右右列。如如果状态

13、态机B的的输出与与译码器器B的输输入及存存储器低低3位地地址的位位序对应应相同，当当译码器器B的输输出Y00Y77依序控控制ROOW1ROWW8时，每每个字符符码的88个存储储单元从从低地址址到高地地址分别别对应点点阵显示示器从上上至下各各行。第三章 单元电电路设计计与分析析3.1各各单元电电路的选选择1.分频频器分频器提提供固定定的频率率输出，用用以控制制整个电电子系统统的时钟钟。分频频器由77片二五五十进制制计数器器74990组合合完成，每每级为十十分频，共共输出110MHHZ11HZ共共8档频频率信号号，输入入为FPPGA的的石英晶晶振提供供的100MHZZ的频率率。2.状态态机整个系统

14、统共包含含2个状状态机，即即计数器器，由11片166进制计计数器7741661构成成。状态态机A用用于按键键阵列选选择，状状态机BB提供行行扫描的的频率。3.寄存存器寄存器用用来保存存由按键键阵列选选择的存存储器地地址的高高4位，由由8位锁锁存器7743777构成。4.显示示码存储储器存储器由由自行设设计的1128*8ROOM构成成，每个个单元存存8位，共共8根输输出数据据线。5.数据据选择器器数据选择择选用双双片集成成4选11数据选选择器7731553，用用于选择择按键阵阵列的行行信号。6.译码码器译码器采采用38线译译码器7741338，配配合状态态机实现现逐行扫扫描功能能。7.反相相选择

15、器器反相选择择器用来来选择输输出点阵阵的颜色色是否取取反相，由由组合逻逻辑门实实现。外外接电平平控制输输入信号号，用于于控制正正相或反反相。8.颜色色选择器器颜色选择择器是用用来选择择FPGGA的点点阵显示示器亮红红灯或绿绿灯的器器件，由由8片7741338构成成，外接接电平控控制输入入信号，用用于选择择颜色。3.2设设计及工工作原理理分析1.分频频器一片100进制计计数器可可以完成成一个时时钟信号号的100分频，如如果使用用7片完完成级联联，即可可做到11077分频。74900为二五五十进制制计数器器，其中中输入CCLK11，输出出QA为为二进制制计数器器；输入入CLKK2，输输出QCCQB

16、QQA为55进制计计数器。CCLRAA，CLLRB为为异步复复位端，SSET99A,SSET99A为异异步置99端，均均为高电电平有效效。要实现110分频频有两种种接法，第第一种是是外部输输入时钟钟信号进进CLKKA，然然后输出出QA接接输入CCLKBB，另一一种是外外部输入入时钟信信号进CCLKBB，然后后输出QQD接输输入CLLKA。两两种接法法的区别别在于：第一种种接法使使用QDD作为每每一级分分频的输输出端，这这种输出出时钟的的占空比比为200%，而而第二种种接法使使用QAA作为输输出时钟钟信号，这这种时钟钟信号的的占空比比为500%，所所以我选选择第二二种接法法。 2.状态态机本系统

17、总总共使用用了两个个状态机机，状态态机A位位于分频频器之后后，寄存存器之前前，在分分频器的的输出时时钟信号号的控制制下，不不断改变变状态，当当某一状状态与按按键阵列列某一按按键所对对应的行行列控制制信号相相同时，便便将该状状态保持持并送入入寄存器器。状态机AA用单片片741161构构成，复复位端CCLRNN和置数数端LDDN都接接高电平平，使之之无效，EENP与与ENTT均由数数据选择择器的输输出Y控控制，当当Y为低低电平时时，便保保持当前前状态停停止计数数。CLLK接分分频器的的输出端端，由于于无需置置数，所所以ABBCD四四端口断断开。状态机BB也是单单片7441611，由分分频器选选择某

18、一一频率输输入，使使能ENNP与EENT均均接高电电平有效效，复位位端CLLRN和和置数端端LDNN都接高高电平，使使之无效效。输出出只取QQCQBBQA组组成的88种状态态控制88个行扫扫描信号号。3.寄存存器寄存器用用于暂时时存放状状态机AA的输出出信号，然然后将它它传入存存储器。我我用7443777作为寄寄存器，该该芯片共共可存88位，我我只用其其中4位位，其锁锁存端LLD为下下跳变有有效，所所以输入入端G(CLKK)需接一一反相器器再连接接到数据据选择器器的输出出端Y上上。4.显示示码存储储器显示码存存储器由由自定义义ROMM完成。由由于一共共有122个按键键，每一一个按键键共包含含8

19、*88，644位二进进制数表表示的信信息。我我们将88位二进进制数作作为一个个内存单单元，则则共需要要96个个单元，所所以采用用1288*8的的ROMM。其输输入为77位地址址信号，输输出为88位数据据信号。下为ROOM中存存储的数数据：5.数据据选择器器数据采选选择器用用双片集集成4选选1数据据选择器器741153，但但只使用用其中一一片。选选择信号号A和BB分别接接状态机机A的QQA，QQB，数数据选择择信号DD0，DD1，DD2分别别接1CC0，1CC1，1CC2，由由于当无无按键按按下时DD0，DD1，DD2为高高电平，所所以剩余余的引脚脚1C3需需接高电电平。6.译码码器译码器的的连

20、接时时就按正正常的连连接方式式使用，输输入为状状态机BB的三个个输出信信号，输输出为点点阵显示示器的行行选择信信号。7.反相相选择器器反相选择择器通过过外接电电平按钮钮的高或或低来选选择正相相或反相相。在设设计时先先列出真真值表：原信号输入信号号输出信号号001100010111由此得出出原信号号与电平平控制信信号时同同或关系系，所以以用组合合逻辑元元件设计计了一个个9进8出出的同或或门器件件。输入入信号为为1个电电平按键键信号与与8个从从ROMM中输入入的原信信号。8.颜色色选择器器为了能够够通过电电平按键键选择输输出显示示红色或或绿色，所所以设计计这个器器件。该该器件用用8片译译码器774

21、1338构成成，每一一片用11个输入入信号从从2个输输出信号号中选择择一个输输出，电电平按键键信号进进入A引引脚，用用来选择择灯。而而所有的的使能信信号均由由每一片片741138对对应的一一位从RROM中中输入的的二进制制数控制制。第四章 电路的的组构与调调试4.1 遇到的的主要问问题在刚刚连连接完电电路并传传输至单单片机上上进行测测试时，发发现显示示码错乱乱，与原原先设计计的显示示字符不不符。4.2 现象记记录及原原因分析析遇到这种种问题，一一般会首首先怀疑疑ROMM中的问问题。按按照自己己的设计计，按数数字“1”应该显显示“1”，按数数字“2”应该显显示“2”，其他依依次类推推。查看看RO

22、MM后，发发现是我我没把软软件的编编排方式式弄明白白，以致致显示码码不符合合设计要要求。4.3 解决措措施及效效果我把ROOM做了了些修改改，在理理解软件件的编排排规则后后，把RROM的的一些顺顺序调换换了位置置。结果果实验达达到了要要求，理理想的实实现键盘盘作用。4.4 功能的的测试方方法、步步骤、设设备、记记录的数数据开始测试试时，在在未按按按键时显显示的是是绿色字字符“1”，当我按按下一个个按键时时，便显显示与之之对应的的字符，按按其他按按键对应应其他字字符，且且都为绿绿色。例例如：按按数字键键“2”后，点点阵显示示器上出出现的图图案:第五章结结束语5.1对对设计题题目的结结论性意意见及

23、进进一步改改进的意意向说明明 本本实验的的难点在在于对实实验仪器器以及软软件的理理解。从从整体上上看按键键点阵扫扫描及点点阵显示示器控制制电路，只只要把输输入频率率、PIIN脚、存存储器RROM等等编排好好，实验验就容易易做出来来。本实验采采用的是是1288位的RROM，试试想把RROM进进行拓展展，变为为2566位。结结果adddreess由由7脚变变为8脚脚，多出出一个控控制位。此此时可以以对增加加的ROOM进行行编写。因为只有12个按键，所以ROM不用全都编写，编写方法同原实验相似。增加的一一个adddreess脚脚可用来来控制点点阵显示示器的变变化。用它可可以实现现点阵显显示器自自动变

24、化化和人工工变化，其其中，自自动变化化时该脚脚输入的的频率不不能太快快，较理理想的频频率为11Hz。例如人工工变化时时，可以以增加一一个控制制键，当当控制键键打开时时，按按按键显示示数字；当控制制键关闭闭时，按按按键显显示另一一字符。ROM表表如下：显示效果果如下图图：同理，只只要对RROM进进行增加加，同时时有足够够空间的的ROMM，我还还可以实实现点阵阵显示器器的多态态变化。应应注意的的一点是是，在编编写ROOM表时时，考虑虑哪些表表格是对对变化没没影响的的，做实实验应把把时间用用在有意意义的地地方。5.2 总结设设计的收收获与体体会通过本次次设计，提提高了我我对数字字信号的的理解，发发现简单单的数字字可以传传递信息息，最简简单的例例子就是是我们日日常生活活中最常常见的交交通信号号等。由由于该设设计对于于第一次次做的我我存在一一定的难难度，起起初对于于软件的的使用不不理解便便饶了不不少弯子子，但是是经过同同学和老老师的帮帮助，我我最终克克服了困困难，用用quaarteers II实实现了自自己的设设计。我我觉得该该设计还还提高了了我的交交流能力力，一举举两得。附图(电电路总图图)参考文献献数字电电子技术术基础(第二版)西安电子科技大学出版社23