非編碼鍵盤的掃描程序設(shè)計(jì)

1、摘 要11設(shè)計(jì)方案21.1 設(shè)計(jì)任務(wù)21.2 設(shè)計(jì)方案22系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)32.1最小應(yīng)用系統(tǒng)32.2 8155擴(kuò)展電路42.3 矩陣鍵盤接口電路62.4 LCD1602接口電路62.5 主電路設(shè)計(jì)83系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)83.1主程序設(shè)計(jì)93.2 延時(shí)程序設(shè)計(jì)93.3 鍵盤掃描子程序設(shè)計(jì)103.4 顯示子程序設(shè)計(jì)114 系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果134.1 調(diào)試內(nèi)容與問(wèn)題解決134.2 運(yùn)行結(jié)果與分析13小結(jié)15參考文獻(xiàn)16附錄17摘 要計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是一門以電子技術(shù)、自動(dòng)控制原理、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)控制技術(shù)為核心，綜合可編程控制技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)技術(shù)的精密化、生產(chǎn)設(shè)備的信息

2、化、生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化及機(jī)電控制系統(tǒng)的最佳化的專門學(xué)科。企業(yè)對(duì)具備較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用能力專門人才需求很大。本文在proteus7.5軟件上利用8155芯片來(lái)擴(kuò)展8031單片機(jī)的I/O接口，在keil軟件下采用C語(yǔ)言編程，生成.hex文件，可以仿真實(shí)現(xiàn)6*6矩陣鍵盤的按鍵識(shí)別和消除按鍵抖動(dòng)，將識(shí)別到的按鍵更人性化的在lcd1602的液晶顯示，主要由方案設(shè)計(jì)、硬件電路設(shè)計(jì)、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)調(diào)試四部分組成。關(guān)鍵詞：8031單片機(jī) 8155芯片 矩陣鍵盤 I/O口擴(kuò)展 1602液晶非編碼鍵盤的掃描程序設(shè)計(jì)1設(shè)計(jì)方案1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)通過(guò)8155擴(kuò)展8031微控制器I/O口組成6×6行列式

3、鍵盤行列式鍵盤。設(shè)計(jì)非編碼鍵盤的掃描硬件系統(tǒng)，畫出電路圖；對(duì)鍵盤按鍵能夠正確識(shí)別，去抖動(dòng)；鍵盤掃描；撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書。1.2 設(shè)計(jì)方案首先，將用8155芯片擴(kuò)展8031單片機(jī)的I/O口，然后需要檢測(cè)6*6的矩陣鍵盤的12根導(dǎo)線可分別接在8155的PB0-PB6和PC口，LCD1602的8根數(shù)據(jù)線可接在8155的PA0口，控制線接在單片機(jī)的P2.0-P2.3，由于8155是可編程芯片，所以將的PA、PB和PC口依次設(shè)為輸出、輸出和輸入，通過(guò)編寫鍵盤掃描程序來(lái)識(shí)別按鍵并返回按鍵值，最后判斷將識(shí)別到的按鍵值形象的顯示在LCD1602液晶上。主電路結(jié)構(gòu)框圖如圖1-1所示。 8031單片機(jī)6*6矩陣鍵盤

4、8155芯片復(fù)位電路 LCD1602 晶振 圖1-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1最小應(yīng)用系統(tǒng)80C31單片機(jī)，它是8位高性能單片機(jī)。屬于標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51的HCMOS產(chǎn)品。它結(jié)合了HMOS的高速和高密度技術(shù)及CHMOS的低功耗特征，標(biāo)準(zhǔn)MCS-51單片機(jī)的體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)。 80C31內(nèi)置中央處理單元、128字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM、32個(gè)雙向輸入/輸出(I/O)口、2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器和5個(gè)兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩電路。但80C31片內(nèi)并無(wú)程序存儲(chǔ)器，需外接ROM。 此外，80C31還可工作于低功耗模式，可通過(guò)兩種軟件選擇空閑和掉電模式。在空閑模式下凍結(jié)CPU

5、而RAM定時(shí)器、串行口和中斷系統(tǒng)維持其功能。掉電模式下，保存RAM數(shù)據(jù)，時(shí)鐘振蕩停止，同時(shí)停止芯片內(nèi)其它功能。本次設(shè)計(jì)采用80C31的PDIP(40pin)封裝形式，管腳圖如圖2-1所示。 圖2-1 8031管腳圖80c31單片機(jī)的40根管腳，若要單片機(jī)正常工作必須滿足：1. 電源線2根 Vcc：編程和正常操作時(shí)的電源電壓，接+5V。 Vss：地電平。 2. 晶振：2根 XTAL1：振蕩器的反相放大器輸入。使用外部震蕩器是必須接地。 XTAL2：振蕩器的反相放大器輸出和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入。當(dāng)使用外部振蕩器時(shí)用于輸入外部振蕩信號(hào)。 所以可以得到單片機(jī)的最小應(yīng)用系統(tǒng)如圖2-2所示。圖2-2 80

6、31最小應(yīng)用系統(tǒng)2.2 8155擴(kuò)展電路8155芯片介紹關(guān)于Intel的8155/8156：是一多功能的可編程外圍接口芯片， 40腳雙列直插封裝，有A口、B口、C口和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器低8位以及定時(shí)器/計(jì)數(shù)器高8位五個(gè)端口，另外8155內(nèi)部還有一個(gè)命令/狀態(tài)寄存器，所以8155內(nèi)部共有6各端口。對(duì)它們只需要使用  即可實(shí)現(xiàn)編址，如表1-1所示。表1-1   8155的端口地址編碼AD7AD6AD5AD4AD3AD2AD1AD0對(duì)應(yīng)端口×××××000命令/狀態(tài)寄存器×××

7、5;×001A口×××××010B口×××××011C口×××××100定時(shí)器/計(jì)數(shù)器低8位×××××101定時(shí)器/計(jì)數(shù)器高8位8155的A口有輸入和輸出兩種工作方式，B口也有輸入和輸出兩種工作方式，而C口有輸入方式（ALT1），輸出方式（ALT2），A口控制端口方式（ALT3）以及A口 和B口控制端口方式（ALT4）四種工作方式。這些端口的工作方式是由8155內(nèi)部的命令寄存器（命令字）

8、來(lái)控制的。命令字除了規(guī)定端口的工作方式還規(guī)定了定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式。命令字只能進(jìn)行寫操作。其格式如圖2-3所示。圖2-3 8155的命令字結(jié)合8031和8155的芯片結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，可設(shè)計(jì)出如圖2-4所示的擴(kuò)展電路。圖2-4 8155擴(kuò)展電路2.3 矩陣鍵盤接口電路編碼鍵盤與單片機(jī)的接口單片機(jī)系統(tǒng)所用的鍵盤有編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種。非編碼鍵盤是由一些按鍵排列成的一個(gè)行列矩陣。按鍵的作用，只是簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)接點(diǎn)的接通和斷開(kāi)，但必須有一套相應(yīng)的程序與之配合，才能產(chǎn)生出相應(yīng)的鍵碼。非編碼鍵盤幾乎不需要附加什么硬件電路，目前，在微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中使用比較普遍。本次設(shè)計(jì)有一個(gè)6行×6列的非編碼

9、鍵盤，按行依次為1-36，鍵盤的行線接8155C口的六條線PB5PB0，鍵盤的列線則接8155C口的6條線,而且在C口接下拉電阻。如圖2-5所示。圖2-5 矩陣鍵盤接口電路2.4 LCD1602接口電路LCD1602字符型液晶顯示模塊是一種專門用于可以顯示16列*2行顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式LCD， 16*2等的模塊。其管腳介紹如下： 第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平

10、時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。圖2-6 LCD1602接口電路第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負(fù)極。綜合可設(shè)計(jì)液晶與8031單片機(jī)及8155芯片的接口電路如圖2-6所示。2.5 主電路設(shè)計(jì)綜上各子模塊電路的設(shè)計(jì)，可設(shè)計(jì)出主電路圖如圖2-7所示圖2-7 主電路圖3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1主程序設(shè)

11、計(jì)主程序主要包括三個(gè)部分：初始化程序，調(diào)用判斷子程序和調(diào)用檢測(cè)子程序，其中顯示子程序被調(diào)用在檢測(cè)子程序中。其流程圖如圖3-1所示。開(kāi)始初始化 調(diào)用判斷子程序 有鍵閉合？Y N Y 調(diào)用檢測(cè)子程序 結(jié)束 圖3-1 主程序流程圖3.2 延時(shí)程序設(shè)計(jì)延時(shí)程序是采用雙重for語(yǔ)句循環(huán)自減的方法，將i賦值t，j賦值110運(yùn)用循環(huán)重復(fù)t遍110自減到0。延時(shí)時(shí)間計(jì)算方法:振蕩器的頻率為12MHz，一個(gè)振蕩器周期為1/12微秒，一個(gè)機(jī)器周期為12/12=1微秒 計(jì)算機(jī)執(zhí)行每步就需要1微秒，延時(shí)時(shí)間就是執(zhí)行步數(shù)*1微秒。子程序流程圖如圖3-2所示。開(kāi) 始i賦初值tj賦初值110j自減一是否為零i 自減一是否為

12、零 NN Y 結(jié) 束 圖3-2 延時(shí)子程序流程圖3.3 鍵盤掃描子程序設(shè)計(jì)設(shè)置8155的PA、PB和PC口依次設(shè)為輸出、輸出和輸入，這樣在沒(méi)有任何鍵按下時(shí)，所有鍵盤行線成高電平，列線上的信號(hào)都是低電平。按鍵識(shí)別有各種方法，此系統(tǒng)只 “行掃描”法：（1）確定是否有按鍵按下。PB口輸出111111到鍵盤的行線，然后檢測(cè)鍵盤的列線信號(hào)。若沒(méi)有鍵按下，則為00000。若有任一個(gè)按鍵按下，則有某一條列線為0，也就是當(dāng)PB5PB0不為000000時(shí)，就表示有鍵按下。（2）通過(guò)“行掃描”確定已按鍵的行、列位置。所謂行掃描就是依次給每條行線輸入1信號(hào)，而其余各行都輸入0，并檢測(cè)每次掃描時(shí)所對(duì)應(yīng)的列信號(hào)。并檢測(cè)

13、每次所對(duì)應(yīng)的C口輸入。只有在某行上有鍵按下時(shí)，在這一行上輸入1，在列輸出上才能檢測(cè)到1信號(hào)。若是輸入為1的這一行上沒(méi)有按鍵按下，則收到的列信號(hào)仍然全是0。因此，只要記下列信號(hào)不全為0時(shí)的B口輸出及C口輸入，就能確定以按鍵的位置。這樣，通過(guò)行掃描，就可以確定按鍵的行、列坐標(biāo)。（3）消除鍵抖動(dòng)。一般按鍵在按下的時(shí)候有抖動(dòng)的問(wèn)題，即鍵的簧片在按下時(shí)會(huì)有輕微的彈跳，需經(jīng)過(guò)一個(gè)短暫的時(shí)間才會(huì)可靠地接觸。若在簧片抖動(dòng)時(shí)進(jìn)行掃描就可能得出不正確的結(jié)果。因此，在程序中要考慮防抖動(dòng)的問(wèn)題。最簡(jiǎn)單的辦法是在檢測(cè)到有鍵按下時(shí)，等待（延遲）一段時(shí)間再進(jìn)行“行掃描”，延遲時(shí)間為1020ms,這可通過(guò)調(diào)用子程序來(lái)消除抖動(dòng)

14、。掃描子程序流程圖如圖3-3所示。開(kāi) 始掃描鍵盤是否有按鍵？消除抖動(dòng)是否有按鍵？讀按鍵結(jié) 束 圖3-3 掃描子程序流程圖3.4 顯示子程序設(shè)計(jì)1602液晶模塊的讀寫操作，屏幕和光標(biāo)的操作都是通過(guò)指令編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。指令1：清顯示，指令碼01H，光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置。指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H指令3：光標(biāo)和顯示位置設(shè)置I/D，光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移，S：屏幕上所有文字是否左移或右移，高電平表示有效，低電平表示無(wú)效。指令4：顯示開(kāi)關(guān)控制。D：控制整體的顯示開(kāi)與關(guān)，高電平表示開(kāi)顯示，低電平表示關(guān)顯示。C:控制光標(biāo)的開(kāi)與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無(wú)光標(biāo) B：控制光標(biāo)是

15、否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令5：光標(biāo)或顯示移位 S/C ：高電平時(shí)顯示移動(dòng)的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)指令6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時(shí)為4位總線，低電平時(shí)為8位總線 N：低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)為雙行顯示，F(xiàn)：低電平時(shí)顯示5X7的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示5X10的顯示字符。指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置。指令8：DDRAM地址設(shè)置。指令9：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址 BF：忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。讀寫操作時(shí)序如圖3-4、3-5所示         &

16、#160;    圖3-4 讀時(shí)序圖圖3-5 讀時(shí)序圖4 系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果4.1 調(diào)試內(nèi)容與問(wèn)題解決軟件與硬將件連接，仿真運(yùn)行時(shí)，發(fā)現(xiàn)液晶的光標(biāo)移動(dòng)但是不顯示初始化的字符，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)液晶控制線與單片機(jī)的接線出現(xiàn)了錯(cuò)誤，改正后可顯示初始化字符。當(dāng)按下按鍵時(shí)，發(fā)現(xiàn)液晶的顯示與按鍵不對(duì)應(yīng)，不能正確顯示按鍵，甚至有的按鍵不能按下去沒(méi)有反應(yīng)，經(jīng)檢查是掃描子程序的邏輯發(fā)生錯(cuò)誤，出現(xiàn)死循環(huán)，修改后可正確運(yùn)行。4.2 運(yùn)行結(jié)果與分析仿真運(yùn)行開(kāi)始，初始化后液晶顯示器上出現(xiàn)預(yù)設(shè)的字符串“PLEASE ENTER”,如圖4-1所示圖4-1 初始化的界面當(dāng)按下第一行，第二列的按鍵

17、時(shí)，液晶上出現(xiàn)了行和列的標(biāo)號(hào)，別且計(jì)算出是2，如圖4-2所示。圖4-2 按鍵2顯示當(dāng)按下第4行，第3列時(shí)，液晶上也正確顯示了按鍵的位置并且計(jì)算出為21，圖4-3所示。圖4-3 按鍵21顯示依次按下每個(gè)鍵，并且檢查液晶的顯示，發(fā)現(xiàn)36個(gè)按鍵都能正確識(shí)別顯示，所以本設(shè)計(jì)合理、正確。小結(jié)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的眾多領(lǐng)域中，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)起著越來(lái)越重要的作用，因此做好微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)這門課程的課程設(shè)計(jì)是非常有必要的，從中可以講課本中知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際運(yùn)用中，也讓我深刻的體會(huì)到了實(shí)踐的艱巨性和挑戰(zhàn)性，在一周的課程設(shè)計(jì)中，我不斷的改進(jìn)自己的方法，通過(guò)查閱參書和網(wǎng)上的資料，對(duì)于自己在知識(shí)上的不足進(jìn)行了非常好的補(bǔ)充和完

18、善，使得我在短短兩個(gè)星期對(duì)于這門業(yè)課有了有了更切實(shí)的理解，更深的掌握，也學(xué)會(huì)了通過(guò)自己的努力挑戰(zhàn)未知的領(lǐng)域！通過(guò)這次課設(shè)我才知道我們每個(gè)人的潛能是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)我們想象的，剛開(kāi)始拿到課設(shè)題目聽(tīng)說(shuō)可以設(shè)計(jì)成幾百行的程序都有點(diǎn)恐懼，因?yàn)橹皩懙膮R編程序最多才幾十行，用C語(yǔ)言寫單片機(jī)程序最多也才寫過(guò)幾百行，但是通過(guò)查閱資料，一步一步來(lái)發(fā)現(xiàn)程序越寫越長(zhǎng)，寫完才發(fā)現(xiàn)我們的編程水平比我們想象的要高，但是離社會(huì)需求的還遠(yuǎn)。這次課設(shè)我對(duì)程序的差錯(cuò)和調(diào)試也有很多新的想法，雖然我的編譯器不能單步運(yùn)行，但是我可以在程序中添加一些延時(shí)程序和輸出“*”的語(yǔ)句，這樣就可以知道程序運(yùn)行的大致步驟，是否運(yùn)行我們需要的語(yǔ)句了。事實(shí)在

19、我調(diào)試和查錯(cuò)時(shí)的確起到了很大的作用。最后，在排版美觀方面，也有了較強(qiáng)的意識(shí)。在撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告的時(shí)候，格式的要求非常的嚴(yán)格，字體的大小要求，段距，行距也都有統(tǒng)一的要求，開(kāi)始時(shí)候沒(méi)有注意到這一點(diǎn)，后來(lái)發(fā)現(xiàn)了，需要全部更改，工作量很大。改正后，看著自己的美觀排版，心中還是非常欣慰的。參考文獻(xiàn)1.李朝清.單片機(jī)原理及接口技術(shù)北京航天航空大學(xué)出版社.1994年2.何立民.單片機(jī)高級(jí)教程北京航天航空大學(xué)出版社.2000年3.楊光友，朱宏輝等單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)中國(guó)水利水電出版社.2002年 4. 于海生. 計(jì)算機(jī)控制技術(shù). 機(jī)械工業(yè)出版社，20105. 鄭學(xué)堅(jiān)，周斌. 微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用. 清華

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21、nsigned long#define com XBYTE0x7FF0 /8155命令狀態(tài)寄存器地址#define pa XBYTE0x7FF1 /8155的A口地址#define pb XBYTE0x7FF2 /8155的B口地址#define pc XBYTE0x7FF3 /8155的C口地址sbit lcdrs=P30;sbit lcden=P32;sbit lcdrw=P31;uchar table1="HANG "uchar table2=" LIE "uchar table3="WE GET "uchar table4=&

22、quot;PLEASE ENTER "int x,y,z,hang,lie;void delay(uchar t);void wcom(uint co);void wdate(uchar date);void wdate1(ulong date);void panduan();void jiance();void xianshi();void wcom(uint co)/液晶寫控制字子程序 lcdrs=0; pa=co; delay(2); lcden=1; delay(2); lcden=0;void wdate(uchar date)/液晶顯示單字符子程序 lcdrs=1; pa

23、=date; delay(2); lcden=1; delay(2); lcden=0;void wdate1(ulong date)/液晶顯示多字符子程序 uchar m; wcom(0x80+0x40+9); wcom(0x04); wcom(0x0C); if(date) while(date) m=date%10; wdate(0x30+m);date/=10;void xianshi()/顯示按鍵子程序 uchar m; wcom(0x01); wcom(0x80); wcom(0x0c); for(m=0;m<5;m+) wdate(table1m); delay(2); wdate(0x30+x+1); for(