按鍵控制數(shù)碼管和流水燈設(shè)計(jì)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、摘要 單片機(jī)自20世紀(jì)70年代以來，以其極高的性價(jià)比，以及方便小巧受到人們 極大的重視和關(guān)注。本設(shè)計(jì)選用 msp430f249芯片作為控制芯片，來實(shí)現(xiàn)矩陣鍵 盤對(duì)LED數(shù)碼管顯示的控制。通過單片機(jī)的內(nèi)部控制實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件電路的設(shè)計(jì) 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)4*4矩陣鍵盤的檢測(cè)識(shí)別。用單片機(jī)的 P3口連接4M矩陣鍵盤，并以 單片機(jī)的P3.0- P3.3口作鍵盤輸入的列線，以單片機(jī)的P3.4- P3.7口作為鍵盤輸 入的行線，然后用P0.0- P0.7作輸出線，通過上拉電阻在顯示器上顯示不同的字 符“0 F”。在硬件電路的基礎(chǔ)上加上軟件程序的控制來實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)。其工作過 程為：先判斷是否有鍵按下，如果沒有鍵按下，則繼

2、續(xù)檢測(cè)整個(gè)程序，如果有 鍵按下，則識(shí)別是哪一個(gè)鍵按下，最后通過LED數(shù)碼管顯示該按鍵所對(duì)應(yīng)的序 號(hào)。 關(guān)鍵字： 單片機(jī)、流水燈、數(shù)碼管、控制系統(tǒng) SCM since the nin etee nseve nties, with its high price, and a convenientcompact atte nti onand great concern. Thisdesig n uses msp430f249 chip as the control chip, to realize the control of the LED digital tube display matrix

3、keyboard. Through the internal con trol sin gle chip to realize the hardware design of the circuit, so as to realize the detect ion and recog niti on of 4*4 matrix keyboard. 4 * 4 matrix keyboard connected with the MCU P3 port, and the MCU P3.0 P3.3 port for a keyboard in put,MCU P3.4P3.7 port as th

4、e lines of keyboard in put, and then use theP0.0 P0.7 as the output line, by a pull-up resistor display different characters 0F on display. Control with software programs based on the hardware circuit to realize the desig n. The work ing process is: first to determ ine whether a key is pressed, if n

5、o key is pressed, it will continue to test the whole procedure, if a key is pressed, the Keywords： SCM, water lights, digital tubes, control system 鍵盤控制流水燈和數(shù)碼管實(shí)驗(yàn)報(bào)告 目錄 一設(shè)計(jì)的目的2 二任務(wù)描述及方案設(shè)計(jì) 3 1. 任務(wù)描述3 2. 方案設(shè)計(jì)3 三硬件設(shè)計(jì)方案 3 1. Msp430f149單片機(jī)的功能說明 3 2. 顯示器功能4 3. 復(fù)位電路4 4. 按鍵的部分4 5. 74HC573 的特點(diǎn)4 6. 流水燈和數(shù)碼管電路原理圖

6、 4 7. 元器件清單4 四程序設(shè)計(jì)方案5 1. 用 IAR Embedded Workbench 軟件編程序5 2. 仿真電路圖6 五實(shí)物實(shí)驗(yàn)7 1. 實(shí)物圖7 2. 測(cè)試結(jié)果與分析7 六 結(jié)論11 八參考文獻(xiàn)16 -、設(shè)計(jì)目的 1、進(jìn)一步鞏固和加深學(xué)生所學(xué)一門或幾門相關(guān)專業(yè)課理論知識(shí)， 培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)、計(jì)算、繪畫、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、文獻(xiàn)查閱、報(bào)告撰寫等基 本技能； 2、 培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力及獨(dú)立分析和解決工程實(shí)踐問題能力； 3、培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神、創(chuàng)新意思、嚴(yán)肅認(rèn)真的治學(xué)態(tài)度和 嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的工作作風(fēng) 二、任務(wù)描述及設(shè)計(jì)方案 1. 任務(wù)描述 閉合按鍵1時(shí)，從P1.01.7逐個(gè)燈，并且P1.0亮一

7、下，P1.1亮兩下，P1.2 亮二下，P1.3亮四下，P1.4亮五下，P1.5亮六下，P1.6亮七下，P1.7亮八下; 再是P1.0亮一下，P1.0- 1.1亮兩下，P1.01.2亮三下，P1.0-1.3亮三下，P1.0 1.4亮五下，P1.0 1.5亮六下，P1.0 1.6亮七下，P1.0 1.7亮八下。 閉合按鍵2時(shí)，先是從P1.01.7逐個(gè)燈亮，再是 P1.0、P1.1 P1.6、P1.7 兩兩燈亮，接著是 P1.0、P1.1、P1.2 P1.6、P1.7每三個(gè)燈亮，最后是 P1.0、 P1.1、P1.2、P1.3 P1.4、P1.5、P1.6、P1.7每四個(gè)燈亮。 閉合按鍵3時(shí)，從P1

8、.0 P1.7逐個(gè)的亮，而且在P1.X燈亮過后緊接著前面 的燈兩兩燈亮。 7ESG-MPX4-CC數(shù)碼管按a b、c、d、e、f、g順序組成“ 8”字形。 2、設(shè)計(jì)方案 實(shí)驗(yàn)此功能有兩種方案，一種是使用傳統(tǒng)的模擬電路，另一種是用單片機(jī)控 制電路。我們選擇單片機(jī)控制系統(tǒng)。其中系統(tǒng)工作原理為： 我們利用循環(huán)移位指令，采用循環(huán)程序結(jié)構(gòu)進(jìn)行編程。我們?cè)诔绦蛞婚_始就 給P1 口送一個(gè)數(shù)，這個(gè)數(shù)本身就讓P1.0先低，其他位為高，然后延時(shí)一段時(shí)間， 再讓這個(gè)數(shù)據(jù)向高位移動(dòng)，然后再輸出至P1 口，這樣就實(shí)現(xiàn)了 “流水”效果了。 以共陽(yáng)極八段數(shù)碼管為例，當(dāng)控制某段發(fā)光二極管的信號(hào)為低電平時(shí)，對(duì)應(yīng) 的發(fā)光二極管點(diǎn)

9、亮，當(dāng)需要顯示某字符時(shí)，就將該字符對(duì)應(yīng)的所有二極管點(diǎn)亮； 共陰極二極管則相反，控制信號(hào)為高電平時(shí)點(diǎn)亮。電平信號(hào)按照dp，g，e.a的 順序組合形成的數(shù)據(jù)字稱為該字符對(duì)應(yīng)的段碼。7SEG-MPX4-CC是四個(gè)共陰二 極管顯示器，它的1234是陰極公共端。 三、硬件設(shè)計(jì)方案 1、單片機(jī)功能說明 1 CPU : MSP430系列單片機(jī)的CPU和通用微處理器基本相同，只是在設(shè) 計(jì)上采用了面向控的結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)。MSP430的內(nèi)核CPU結(jié)構(gòu)是按照精簡(jiǎn)指 令集和高透明的宗旨而設(shè)計(jì)的，使用的指令有硬件執(zhí)行的內(nèi)核指令和基于現(xiàn)有 硬件結(jié)構(gòu)的仿真指令。這樣可以提高指令速度和效率，增強(qiáng)了MSP的實(shí)時(shí)處理 能力。 2

10、存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)程序、數(shù)據(jù)以及外圍模塊的運(yùn)行控制信息。有程序存儲(chǔ)器 和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。對(duì)程序存儲(chǔ)器訪問總是以字形式取得代碼，而對(duì)數(shù)據(jù)可以用字 或字節(jié)方式訪問。其中 MSP430各系列單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器有 ROM、OTP、 EPROM 和 FLASH 型。 3外圍模塊：經(jīng)過MAB、MDB、中斷服務(wù)及請(qǐng)求線與 CPU相連。MSP430 不同系列產(chǎn)品所包含外圍模塊的種類及數(shù)目可能不同。它們分別是以下一些外 圍模塊的組合：時(shí)鐘模塊、看門狗、定時(shí)器 A、定時(shí)器B、比較器A、串口 0、 1、硬件乘法器、液晶驅(qū)動(dòng)器、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)模轉(zhuǎn)換、端口、基本定時(shí)器、DMA 控制器等。 2、顯示器的功能 顯示器通常也稱為監(jiān)視器。

11、顯示器是屬于電腦的I/O的設(shè)備，即輸入輸出設(shè) 備。它可以分為CRT、LCD等多種。它是一種將一定的電文件通過特定的傳輸 設(shè)備顯示到屏幕上再到反射到人眼的顯示工具。 3、復(fù)位電路 電阻給電容充電，電容的電壓緩慢上升直到VCC，沒到VCC時(shí)芯片復(fù)位 腳近似低電平，于是芯片復(fù)位，接近 VCC時(shí)芯片復(fù)位腳近高電平，于是芯片停 止復(fù)位，復(fù)位完成。 30 k 1k 復(fù)位原理圖 4、按鍵部分 4.1鍵盤的結(jié)構(gòu)形式一般有獨(dú)立式鍵盤和矩陣式鍵盤兩種。 獨(dú)立式鍵盤就是各個(gè)按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接一個(gè)I/O接口線，而不會(huì) 影響其他I/O接口線，所以我們?cè)诳刂屏魉疅舻娜N閃法時(shí)用的是獨(dú)立式鍵盤。 矩陣式鍵盤又叫行列

12、式鍵盤，在 鍵盤中按鍵數(shù)量較多時(shí)，為了減少I/O 口的 占用，通常將按鍵排列成 矩陣形式。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在 交叉處不直接連通，而是通過一個(gè)按鍵加以連接。這樣，一個(gè)端口（如 P1 口） 就可以構(gòu)成4*4=16個(gè)按鍵，比之直接將端口線用于 鍵盤多出了一倍，而且線數(shù) 越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成20鍵的鍵盤，而直接用端口 線則只能多出一鍵（9鍵）。由此可見，在需要的鍵數(shù)比較多時(shí)，采用 矩陣法來 做鍵盤是合理的。 矩陣式結(jié)構(gòu)的鍵盤顯然比直接法要復(fù)雜一些，識(shí)別也要復(fù)雜一些，上圖中， 列線通過電阻接正電源，并將行線所接的單片機(jī)的I/O 口作為輸出端，而列線所 接的I/O

13、 口則作為輸入。這樣，當(dāng)按鍵沒有按下時(shí)，所有的輸入端都是高電平， 代表無(wú)鍵按下。行線輸出是低電平，一旦有鍵按下，則輸入線就會(huì)被拉低，這 樣，通過讀入輸入線的狀態(tài)就可得知是否有鍵按下了。 4 鍵盤 的檢測(cè)，首先要解決的問題是鍵盤抖動(dòng)現(xiàn)象。消抖的方法有兩種， 軟件消抖和硬件消抖。由于硬件消抖結(jié)構(gòu)比軟件復(fù)雜，所以本設(shè)計(jì)采用的是軟 件消抖的方法，既在程序中加入5毫秒的延時(shí)，延時(shí)后再次返回 P3的值二次判 斷是否有鍵盤按下。 5、74HC573的特性 74HC573的八個(gè)鎖存器都是透明的 D型鎖存器，當(dāng)使能（G）為高時(shí)，Q輸 出將隨數(shù)據(jù)（D）輸入而變。當(dāng)使能為低時(shí)，輸出將鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平上。 輸出

14、控制不是影響鎖存器的內(nèi)部工作，即老數(shù)據(jù)可以保持，甚至當(dāng)輸出被關(guān)閉 時(shí)，新的數(shù)據(jù)也可以置入。這種電路可以驅(qū)動(dòng)大電容或低阻抗負(fù)載，可與直接 與系統(tǒng)總線接口并驅(qū)動(dòng)總線，而不需要外接口。 txrmn kyari.f nnO DI L D2 L C D4 C ns I D6 D； L CXD L 70 3 tQ in 4 1 16 15 14 X H 9 12 5 H _1 o J 07 i Ltfai J EMARI . 74HC573弓I腳圖 功能表: 輸入 輸岀I 輸出f吏能 鎖存使能 D Q 1. II II L Il1 L L L L X 不變| El X X Z X不.周關(guān)心 Z二高阻抗 數(shù)

15、碼管引腳圖 6、流水燈和數(shù)碼管電路原理圖 如果要讓接在P1.0 口的LED1亮起來，那么只要把 P1.0 口的電平變?yōu)榈?電平就可以了 ；如果要接在P1.0 口的LED1熄滅，就要把P1.0 口的電平變?yōu)楦?電平；同理，接在P1.1 P1.7 口的其他7個(gè)LED的點(diǎn)亮和熄滅的方法同 LED1。 要實(shí)現(xiàn)流水燈功能，我們只要將發(fā)光二極管LED1 LED8依次點(diǎn)亮、熄滅，8 只LED燈便會(huì)一亮一暗的做流水燈了。在此我們應(yīng)該注意一點(diǎn)，由于人眼的視 覺暫留效應(yīng)以及單片機(jī)執(zhí)行每條指令的時(shí)間很短，我們?cè)诳刂贫O管亮滅的時(shí) 候應(yīng)該延時(shí)一段時(shí)間，否則我們就看不到“流水”效果了。 7SEG-MPX4-CC數(shù)碼管就

16、是陰極為數(shù)碼管的公共端，按照發(fā)光管二極管 的原理，當(dāng)陽(yáng)極接電源正極，陰極接電源負(fù)極，發(fā)光二極管點(diǎn)亮。換句話說， 共陰極的數(shù)碼管，當(dāng)a，b，c，d，e，f，g腳分別接到電源的正極，而 COM 腳接的電源負(fù)極，此時(shí)相當(dāng)于7個(gè)發(fā)光二極管同時(shí)點(diǎn)亮，并且顯示數(shù)字8 ” 所以某些類型的數(shù)碼管稱為7端數(shù)碼管別漏了 dp”，是小數(shù)點(diǎn)共陽(yáng)極的取 反就是了 殲曲 K-JvSJ- EUM- B.T(mj wiur FMCLK Mjbi：L PJUCMtiTYny* Filblj* P-J pm P-J p-,1 P4.4 P4.5 P*Jr P4.6 P4.7 P4.5 鮮J FJ 1 鮮J pj.i FJ iK-

17、 6.1流水燈和數(shù)碼管電路原理圖 6.2獨(dú)立按鍵控制流水燈部分 R5 10k R4 U1 o cI” 4 _n ilk rT-.r rT. P第 C1 AV S3 AVCC XCiLT XIN VPET-/VEREr- gi-_ 1 37 56 L 匸 三 F5 0 Th/S TDD/TDI TDI/TCLX i t JlxJ 6.3單片機(jī)復(fù)位部分 7、元器件清單 元器件 型號(hào) 數(shù)目 單片機(jī) MSP430f249 1 電阻 100 5 發(fā)光二極管 LED-BIBY 8 開關(guān) BUTTON 18 數(shù)碼管 7SEG-MPX4-CC 1 電容 CAP 1 -H- LJL 心片 74HC573 1 四

18、、程序設(shè)計(jì)方案 1、用 IAR Embedded Workbench 軟件編程序 #in clude #defi ne ROW P4OUT 矩陣鍵盤的行宏定義 #defi ne COL P4IN矩陣鍵盤的列宏定義 #defi ne DPYOUT P1OUT/數(shù)碼管輸出口宏定義 #defi ne uchar un sig ned char #defi ne uint un sig ned int uchar keyval; uchar m=0; uchar rema in = 0 xff; uchar table1=0 x01,0 x02,0 x04,0 x08,0 x10,0 x20,0 x4

19、0,0 x80; uchar table2=0 x01,0 x03,0 x07,0 x0f,0 x1f,0 x3f,0 x7f,0 xff; uchar table3=0 x03,0 x06,0 x0c,0 x18,0 x30,0 x60,0 xc0; uchar seg=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07, 0 x7f,0 x6f,0 x77,0 x7c,0 x39, 0 x5e,0 x79,0 x71; void delay( uint n) uint i,j; for(i=0;i n ;i+) for(j=0;j225;j+);

20、 uchar keysca n() int i=0; uchar key=0; ROW=0 x0f; if(COL while(i3000); ROW=0 x7f; if(COL if(COL if(COL if(COL else key=(ROW else key=(ROW else key=(ROW else key=(ROW return key; void fun 1() uint i,j; for(i=0;i8;i+) for(j=0;j=i;j+) P3OUT=table1i;delay(50); P3OUT=0X00;delay(50); for(i=0;i8;i+) for(j

21、=0;jv=i;j+) P3OUT=table2i;delay(50); P30UT=0X00;delay(50); void fun 2() uint i; P3OUT=0X01;delay(100); for(i=1;i8;i+) P3OUT=1;delay(100); P3OUT=0X03;delay(100); for(i=1;i=4;i+) P3OUT=2;delay(100); P3OUT=0X07;delay(100); for(i=1;i=3;i+) P3OUT=3;delay(100); P3OUT=0X0f;delay(100); P3OUT=0X0f;delay(100)

22、; void fun 3() uint i,j; for(i=0;i8;i+) P3OUT=table1i;delay(100); P3OUT=0X00;delay(100); for(j=0;ji;j+) P3OUT=table3j;delay(100 ); P3OUT=0X00;delay(100); void ma in (void) WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; keyval=17; P4DIR|=0Xf0; P1DIR|=0Xff; P10UT|=OXff; P3SEL=0X00; P3DIR|=0XFF; P30UT P2DIR|=0X00; P2IE=0X0

23、7;P2IES=0X07; _eint()； while(1) delay(100); switch(keysca n() case 0 xd7:DPYOUT=seg0;remai n=seg0;break; case 0 x77:DPYOUT=seg13;rema in=seg13;break; case 0 x7b:DPYOUT=seg12;rema in=seg12;break; case 0 x7d:DPYOUT=seg11;rema in=seg11;break; case 0 xb7:DPYOUT=seg15;rema in=seg15;break; case 0 xbb:DPYO

24、UT=seg9;remai n=seg9;break; case 0 xbd:DPYOUT=seg 6;remai n=seg 6;break; case 0 xbe:DPYOUT=seg3;remai n=seg3;break; case 0 xdb:DPYOUT=seg8;remai n=seg8;break; case 0 xdd:DPYOUT=seg5;rema in=seg5;break; case 0 xde:DPYOUT=seg2;remai n=seg2;break; case 0 xe7:DPYOUT=seg14;rema in=seg14;break; case 0 xeb:DPYOUT=seg7;rema in=seg7;break; case 0 xed:DPYOUT=seg4;rema in=seg4;break; case 0 xee:DPYOUT=seg1;rema in=seg1;break; case 0 x7e:DPYOUT=seg10;remain=seg10 ；break; default:DPYOUT = remai n;break; switch(m) case 1: fun 1();