·名称：4x4矩阵键盘到数码管 · VHDL · Quartus II

·软件：Quartus II

·语言：VHDL

代码功能（概述）

本设计实现对 4×4 矩阵键盘的行列扫描与按键识别，将数字键 0~9 的按下事件转换为四个 BCD 字（共 16 位），并通过 7 段数码管（4 位）进行实时显示。核心流程包括：键盘扫描与去抖（边沿检测）、按键值编码、数据移位拼接（高位左移，低 4 位写入新 BCD）、以及七段码译码输出。整体结构清晰、模块化强，便于移植与扩展。

代码实现思路（设计要点）

·键盘扫描：key_4x4 模块以扫描列（H_col）—读取行（L_row）的方式逐行判定，内部使用状态机依次驱动列线并采样行线，定位按键矩阵坐标，输出独热码 key_number(15:0)。

·上升沿检测：key_input 对 key_number 的每一位进行双拍寄存，生成 A~F 与 0~9 的上升沿脉冲。顶层仅使用 0~9 脉冲。

·数据拼接：data_ctrl 接收 key_0~key_9 的上升沿，每次按键将 16 位寄存器整体左移 4 位，并在低 4 位写入对应 BCD（0000~1001）。复位有效时清零。

·显示译码：HEX 将 16 位数据按 4 位切片，交由 4 个 LED7S 子模块分别译码为七段显示；LED7S 采用查表 case 语句覆盖 0~F 的七段码。

代码结构（模块说明）

·key_seg（顶层）：连接键盘输入、数据拼接与显示模块，形成完整数据通路并对外暴露接口。

·key_input：对 key_4x4 的独热键值进行双拍，同步并产生 0~F 按键的上升沿脉冲。

·key_4x4：实现 4×4 键盘的行列扫描状态机，将按键位置编码为 16 位独热键值。

·data_ctrl：接收数字键上升沿事件，按次序将 BCD 值左移拼接到 16 位数据寄存器中。

·HEX：将 16 位数据按 4 位切片，驱动 4 组七段显示接口 HEX3..HEX0。

·LED7S：0~F 的七段码译码查表，输出段选信号。

1、工程文件

2、程序文件

3、程序编译

4、RTL图

5、仿真图

整体仿真图

矩阵按键输入模块

数据控制模块

数码管显示模块

部分代码展示：

LIBRARY ieee;
   USE ieee.std_logic_1164.all;
   --矩阵键盘
ENTITY key_4x4 IS
   PORT (
      clk_100KHz  : IN STD_LOGIC;
      reset       : IN STD_LOGIC;
      L_row       : IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);--行 
      H_col       : OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);--列 
      key_number  : OUT STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0)--按键键值
   );
END key_4x4;

ARCHITECTURE trans OF key_4x4 IS
   
   CONSTANT s_L_all        : INTEGER := 0;
   CONSTANT s_L_row1       : INTEGER := 1;
   CONSTANT s_L_row2       : INTEGER := 2;
   CONSTANT s_L_row3       : INTEGER := 3;
   CONSTANT s_L_row4       : INTEGER := 4;
   CONSTANT s_LH           : INTEGER := 5;
   
   SIGNAL state            : INTEGER:= s_L_all;--状态标志 
   SIGNAL key_flag         : STD_LOGIC := '0';--按键标志位 
   SIGNAL H_col_reg        : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0) := "0000";--寄存扫描列值 
   SIGNAL L_row_reg        : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0) := "0000";--寄存扫描行值 
   SIGNAL H_and_L : STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);
   
   -- Declare intermediate signals for referenced outputs
   SIGNAL H_col_sig      : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
   SIGNAL key_number_sig : STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0);
BEGIN
   -- Drive referenced outputs
   H_col <= H_col_sig;
   key_number <= key_number_sig;

--************************************************************************ 
--逐行扫描原理 
--************************************************************************/    
   PROCESS (clk_100KHz, reset)
   BEGIN
      IF ((NOT(reset)) = '1') THEN
         H_col_sig <= "0000";
         H_col_reg <= "0000";
         L_row_reg <= "0000";
         state <= s_L_all;
      ELSIF (clk_100KHz'EVENT AND clk_100KHz = '1') THEN
         CASE state IS
            WHEN s_L_all =>
               H_col_sig(3 DOWNTO 0) <= "0000";
               key_flag <= '0';
               IF (L_row(3 DOWNTO 0) /= "1111") THEN
                  state <= s_L_row1;
                  H_col_sig(3 DOWNTO 0) <= "0111";--有键按下，扫描第一行 
               ELSE
                  state <= s_L_all;
               END IF;
            WHEN s_L_row1 =>
               IF (L_row(3 DOWNTO 0) /= "1111") THEN
                  state <= s_LH;--判断是否是第一行 
               ELSE
                  state <= s_L_row2;
                  H_col_sig(3 DOWNTO 0) <= "1011"; --扫描第二行 
               END IF;
            WHEN s_L_row2 =>
               IF (L_row(3 DOWNTO 0) /= "1111") THEN
                  state <= s_LH;--判断是否是第二行	
               ELSE
                  state <= s_L_row3;
                  H_col_sig(3 DOWNTO 0) <= "1101";	--扫描第三行 
               END IF;
            WHEN s_L_row3 =>
               IF (L_row(3 DOWNTO 0) /= "1111") THEN
                  state <= s_LH;--判断是否是第三行 
               ELSE
                  state <= s_L_row4;
                  H_col_sig(3 DOWNTO 0) <= "1110";--扫描第四行 
               END IF;
            WHEN s_L_row4 =>
               IF (L_row(3 DOWNTO 0) /= "1111") THEN
                  state <= s_LH;--判断是否是第四行 
               ELSE
                  state <= s_L_all;
               END IF;
            
            WHEN s_LH =>
               IF (L_row(3 DOWNTO 0) /= "1111") THEN
                  H_col_reg <= H_col_sig;--保存扫描列值 
                  L_row_reg <= L_row; --保存扫描行值 
                  state <= s_LH;
                  key_flag <= '1';--有键按下 
               ELSE
                  state <= s_L_all;
               END IF;
				

源代码获取

点击下方公众号卡片获取