การทดลองที่ 4 ออกแบบวงจรดิจิทัลสำหรับ 4x4 Keypad

อุปกรณ์
1. บอร์ด Altera FPGA (WARRIOR CYCLONE3 DEV) ชิปหมายเลข EP3C10E144C8   1 บอร์ด
2. สายดาวน์โหลด ByteBlaster II Cable หรือ สายดาวน์โหลดUSB Blaster Cab               1 ชุด
3. เครื่องคอมพิวเตอร์                                                                                             1 ชุด
4. ออสซิลโลสโคป                                                                                                1 เครื่อง
5. 4x4 keypad                                                                                                     1 ชุด
6. ตัวต้านทาน  330 Ω                                                                                            3 ตัว
7. ตัวต้านทาน  1.5 KΩ                                                                                           3 ตัว

ซอฟท์แวร์ที่ใช้

1. Altera Quartus II 13.1 (32-bit) Web Edition- ModelSim 

2. Altera 10.1d (Quartus II 13.1)



เเนวความคิด

มีการตรวจสอบเเต่ละเเถว(row)ของ 4x4 Keypad  ตามตัวนับ(count)ที่ตั้งไว้ ถ้ากดปุ่มใดปุ่มหนึ่งของ 4x4 Keypad  จะรู้ว่าอยู่ในหลัก(colum)ใด  เมื่อรู้หลักเเละเเถวเเล้วจะรู้ว่าปุ่มที่กดเป็นตัวเลขหรือสัญลักษณ์อะไร

Code VHDL

library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_arith.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity keypad_fourfour is port( clk :in std_logic;-- input clock colum :in std_logic_vector(3 downto 0); -- input each colum of 4x4 keypad row :out std_logic_vector(3 downto 0); -- output each row of 4x4 keypad led:out std_logic_vector(7 downto 0); -- output led of fpga Buzzer : out std_logic :='0' -- output sound of Buzzer ); end keypad_fourfour; architecture test of keypad_fourfour is type state is (row1,row2,row3,row4); signal check_row:state:=row1; -- type of state machine -- row1 is check row one of 4x4 keypad -- row2 is check row two of 4x4 keypad -- row3 is check row three of 4x4 keypad -- row4 is check row four of 4x4 keypad signal key :std_logic_vector(7 downto 0):="00000000"; -- led of fpga signal count :integer:=0; -- count period begin process(clk,colum) begin if rising_edge (clk) then-- use rising clock count<=count+1; if ((count>0) and (count<100000)) then check_row<=row1; elsif ((count>100000) and (count<200000)) then check_row<=row2; elsif ((count>200000) and (count<300000)) then check_row<=row3; elsif ((count>300000) and (count<400000)) then check_row<=row4; elsif count>400000 then count<=0; end if; case check_row is when row1=> -- check row one of 4x4 keypad row<="1000"; if( colum="1000" )then -- push number 1 key<="00000001"; Buzzer <= '1'; -- have sound of Buzzer elsif ( colum="0100" )then -- push number 2 key<="00000010"; Buzzer <= '1'; -- have sound of Buzzer elsif ( colum="0010" )then -- push number 3 key<="00000100"; Buzzer <= '1'; -- have sound of Buzzer elsif ( colum="0001" ) then-- push symbol A key<="00000011"; Buzzer <= '1'; -- have sound of Buzzer else-- Don't push anything key<="00000000"; Buzzer <= '0'; -- Don't have sound of Buzzer end if; when row2=> -- check row two of 4x4 keypad row<="0100"; if ( colum="1000" )then -- push number 4 key<="00001000"; Buzzer <= '1'; -- have sound of Buzzer elsif ( colum="0100" ) then-- push number 5 key<="00010000"; Buzzer <= '1'; -- have sound of Buzzer elsif ( colum="0010" )then -- push number 6 key<="00100000"; Buzzer <= '1'; -- have sound of Buzzer elsif( colum="0001" )then-- push symbol B key<="00001100"; Buzzer <= '1'; else-- Don't push anything key<="00000000"; Buzzer <= '0'; -- Don't have sound of Buzzer end if; when row3=> -- check row three of 4x4 keypad row<="0010"; if ( colum="1000" ) then -- push number 7 key<="01000000"; Buzzer <= '1'; -- have sound of Buzzer elsif ( colum="0100" ) then -- push number 8 key<="10000000"; Buzzer <= '1'; -- have sound of Buzzer elsif ( colum="0010" ) then -- push number 9 key<="11111111"; Buzzer <= '1'; -- have sound of Buzzer elsif ( colum="0001" ) then -- push symbol C key<="00110000"; Buzzer <= '1'; -- have sound of Buzzer else -- Don't push anything key<="00000000"; Buzzer <= '0'; -- Don't have sound of Buzzer end if; when row4=> -- check row four of 4x4 keypad row<="0001"; if ( colum="1000" ) then -- push symbol * key<="10000001"; Buzzer <= '1'; -- have sound of Buzzer elsif ( colum="0100" ) then -- push number 0 key<="00000000"; Buzzer <= '1'; -- have sound of Buzzer elsif ( colum="0010" ) then -- push symbol # key<="00011000"; Buzzer <= '1'; -- have sound of Buzzer elsif ( colum="0001" ) then -- push symbol D key<="11000000"; Buzzer <= '1'; -- have sound of Buzzer else -- Don't push anything key<="00000000"; Buzzer <= '0'; -- Don't have sound of Buzzer end if; end case; end if; end process; led<=key; end test;



Code VHDL Test branch

library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_arith.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; use work.all; entity tb_keypad_fourfour is end tb_keypad_fourfour; architecture testbench of tb_keypad_fourfour is component keypad_fourfour port ( clk :in std_logic; -- input clock colum :in std_logic_vector(3 downto 0); -- input each colum of 4x4 keypad row :out std_logic_vector(3 downto 0);-- output each row of 4x4 keypad led:out std_logic_vector(7 downto 0); -- output led of fpga Buzzer : out std_logic :='0'-- output sound of Buzzer ); end component; signal t_clk : std_logic; -- clock signal t_colum : std_logic_vector(3 downto 0); -- each colum of 4x4 keypad signal t_row : std_logic_vector(3 downto 0); -- each row of 4x4 keypad signal t_led : std_logic_vector(7 downto 0);-- led of fpga signal t_Buzzer : std_logic :='0';-- sound of Buzzer begin DUT : keypad_fourfour port map(t_clk,t_colum,t_row,t_led,t_Buzzer); process begin t_clk <= '1';-- rising clock wait for 10 ns; t_clk <= '0';--don't rising clock wait for 10 ns; end process; process begin t_colum <= "1000";-- push colum three wait for 0.4 ms; t_colum <= "0100";-- push colum two wait for 0.4 ms; t_colum <= "0010";-- push colum one wait for 0.4 ms; t_colum <= "0001";-- push colum zero wait for 0.4 ms; end process; end testbench;




ผลการสังเคราห์วงจร

ผลการจำลองการทำงานด้วย Modelsim

รูปที่ 1

จากรูปที่ 1 

เมื่อกดหมายเลข  1(row 1),4(row 2),7(row 3) เเละสัญลักษณ์  *(row 4) จาก colum[3] (1000) ตามลำดับ

led จะเเสดง  00000001,00001000,01000000,10000001 ตามลำดับ

รูปที่ 2

จากรูปที่ 2

เมื่อกดหมายเลข  2(row 1),5(row 2),8(row 3) เเละ  0(row 4) จาก colum[2] (0100) ตามลำดับ

led จะเเสดง  00000010,00010000,10000000,00000000 ตามลำดับ

รูปที่ 3

จากรูปที่ 3

เมื่อกดหมายเลข  3(row 1),6(row 2),9(row 3) เเละสัญลักษณ์  #(row 4) จาก colum[1] (0010) ตามลำดับ

led จะเเสดง  00000100,00100000,11111111,00011000 ตามลำดับ

รูปที่ 4

จากรูปที่ 4

เมื่อกดสัญลักษณ์  A(row 1),B(row 2),C(row 3) ,  D(row 4) จาก colum[0] (0001) ตามลำดับ

led จะเเสดง  00000011,00001100,00110000,11000000 ตามลำดับ

Pin Planer

ขา I/O ของวงจรมีดังนี้
Buzzer    ต่อกับขา หมายเลข 34  เป็น output เสียง Buzzer 
clk           ต่อกับขา หมายเลข 22  เป็น input clock
colum[3]   ต่อกับขา หมายเลข 99  เป็น input ของ 4x4 Keypad หมายเลข  1,4,7 เเละสัญลักษณ์  *
colum[2]   ต่อกับขา หมายเลข 86  เป็น input ของ 4x4 Keypad หมายเลข  2,5,8,0
colum[1]   ต่อกับขา หมายเลข 84  เป็น input ของ 4x4 Keypad หมายเลข  3,6,9 เเละสัญลักษณ์  #
colum[0]   ต่อกับขา หมายเลข 80  เป็น input ของ 4x4 Keypad สัญลักษณ์  A,B,C,D
led[7]       ต่อกับขา หมายเลข 50  เป็น output ของ led fpga ดวงเเรกจากซ้ายสุด
led[6]       ต่อกับขา หมายเลข 49  เป็น output ของ led fpga ดวงที่สองจากซ้ายสุด
led[5]       ต่อกับขา หมายเลข 46  เป็น output ของ led fpga ดวงที่สามจากซ้ายสุด
led[4]       ต่อกับขา หมายเลข 44  เป็น output ของ led fpga ดวงที่สี่จากซ้ายสุด
led[3]       ต่อกับขา หมายเลข 43  เป็น output ของ led fpga ดวงที่ห้าจากซ้ายสุด
led[2]       ต่อกับขา หมายเลข 42  เป็น output ของ led fpga ดวงที่หกจากซ้ายสุด
led[1]       ต่อกับขา หมายเลข 39  เป็น output ของ led fpga ดวงที่เจ็ดจากซ้ายสุด
led[0]       ต่อกับขา หมายเลข 38  เป็น output ของ led fpga ดวงสุดท้ายจากซ้ายสุด
row[3]      ต่อกับขา หมายเลข 143  เป็น output ของ row1 หมายเลข  1,2,3 เเละสัญลักษณ์  A
row[2]      ต่อกับขา หมายเลข 141  เป็น output ของ row2 หมายเลข  4,5,6 เเละสัญลักษณ์  B
row[1]      ต่อกับขา หมายเลข 137  เป็น output ของ row3 หมายเลข  7,8,9 เเละสัญลักษณ์  C
row[0]      ต่อกับขา หมายเลข 135  เป็น output ของ row4 สัญลักษณ์   *,หมายเลข  0,สัญลักษณ์ #, D
ground    ต่อกับขา หมายเลข 54  เป็น output ground ของ led fpga 


 ขั้นตอนการทดลองและผลการทำงาน    
 รูปภาพการทดลอง

ภาพรวมของวงจรของ4x4 Keypad 

Video การทดลอง