微型計算機課程設(shè)計報告

微型計算機技術(shù)課程設(shè)計報告專業(yè)：通信工程班級：通信072班姓名：xxxx學號：200727067指導教師：xxxx時間：2010-通信與電子工程學院鍵盤接口和顯示設(shè)計課程設(shè)計報告一、1．課設(shè)目的為了進一步穩(wěn)固學習的理論知識，增強學生對所學知識的實際應(yīng)用能力和運用所學的知識解決實際問題的能力，開始為期兩周的課程設(shè)計。通過設(shè)計使學生在穩(wěn)固所學知識的根底之上具有初步的單片機系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用能力。1、通過本設(shè)計，使學生綜合運用《微型計算機技術(shù)》、《C語言程序設(shè)計》以及《數(shù)字電路》、《模擬電路》等課程的內(nèi)容，為以后從事電子產(chǎn)品設(shè)計、軟件編程、系統(tǒng)控制等工作奠定一定的根底。2、學會使用KEILC和PROTEUS等軟件，用C語言或匯編語言編寫一個較完整的實用程序，并仿真運行，保證設(shè)計的正確性。3、了解單片機接口應(yīng)用開發(fā)的全過程：分析需求、設(shè)計原理圖、選用元器件、布線、編程、調(diào)試、撰寫報告等。2．課設(shè)內(nèi)容設(shè)計并實現(xiàn)一個4×4鍵盤的接口，并在兩個數(shù)碼管上顯示鍵盤所在的行與列。二、1．問題分析、方案的提出鍵盤可以分為獨立聯(lián)接式和行列式兩類，每一類有可根據(jù)對鍵盤的譯碼方法分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種類型。編碼鍵盤主要是通過硬件電路產(chǎn)生被按按鍵的鍵碼和一個選通脈沖，這種鍵盤使用方便，但硬件電路復雜，常常不被微型計算機采用。在非編碼鍵盤中，每個按鍵的作用只是使相應(yīng)節(jié)點接通和斷開，每個按鍵的鍵碼并非由硬件電路產(chǎn)生，而是由相應(yīng)掃描處理程序?qū)λ鼟呙栊纬傻摹Ｒ虼?，非編碼鍵盤硬件電路極為簡單。在獨立聯(lián)接式非編碼鍵盤中，每個啊年都是彼此獨立的，均需占用CPU的一條I/O輸入數(shù)據(jù)線。4×4鍵盤的每個按鍵菌核單片機的P1口的兩條相連。假設(shè)沒有按鍵按下時，單片機從P1口讀得的引腳電平為“1〞；假設(shè)某一按鍵被按下，那么該鍵所對應(yīng)的端口線變?yōu)榈仉娖健纹瑱C定時對P1口進行程序查詢，即可發(fā)現(xiàn)鍵盤上是否有按鍵按下以及哪個按鍵被按下。實現(xiàn)4×4鍵盤的接口需要用到單片機并編寫相應(yīng)的程序來識別鍵盤的十六個按鍵中哪個按鍵被按下。因為此題目還要求將被按下的按鍵顯示出來，因此可以用兩個數(shù)碼管來分別顯示被按下的按鍵的行與列。我們可以將4×4鍵盤的八個接口與單片機的P1端口相連，兩個數(shù)碼管分別與單片機的P0口和P2口相連。從而編寫相應(yīng)的程序使P1口能夠識別出4×4鍵盤中的哪個按鍵被按下并且將被按下的按鍵的這一信息通過P0口和P2口的兩個數(shù)碼管顯示出來?！参覀冞x擇P1口作為輸入口〔將按鍵信息從此端口輸入〕和選擇P0口和P2口作為輸出口〔從該端口將哪個按鍵被按下的信息傳出來送到數(shù)碼管上〕是根據(jù)PROTEUS軟件所提供的芯片的引腳排列及布線方便美觀來考慮的。其實P1端口、P2端口和P3端口都是輸入輸出端口，都可以輸入輸出數(shù)據(jù)！〕對于數(shù)碼管的連接，采用了共陽極的接法，其下拉電阻應(yīng)保證芯片不會因為電流過大而燒壞。2．設(shè)計思路及原因?qū)τ?×4鍵盤，共有十六個按鍵。如果每個按鍵與單片機的一個引腳相連，就會占用16個引腳，這樣會使的單片機的接口不夠用〔即使夠用，也是對單片機端口的極大浪費〕。因此我們應(yīng)該行列式的接法。行列式非編碼鍵盤是一種吧所有按鍵排列成行列矩陣的鍵盤。在這種鍵盤中，每根行線和列線的交叉處都接有一個按鍵，每當某個按鍵被按下時，與這個按鍵相連的行線和列線就會接通，否那么是斷開狀態(tài)。。因此4×4行列式非編碼鍵盤只需4條行線和4條列線，總共占用8條I/O端口線。大大減少了I/O端口線的利用。假設(shè)沒有按鍵按下時，單片機從P1口讀得的引腳電平為“1〞；假設(shè)某一按鍵被按下，那么該鍵所對應(yīng)的端口線變?yōu)榈仉娖?。因?xEX(X表示任意一個十六進制數(shù))表示4×4鍵盤的第一行中的某個按鍵被按下，相應(yīng)的0xDX、0xBX、0x7X(X表示任意一個十六進制數(shù))分別表示鍵盤的第二行、第三行、第四行;0xXE、0xXD、0xXB、0xX7(X表示任意一個十六進制數(shù))那么分別表示鍵盤的第一列、第二列、第三列和第四列。例如0xD7是鍵盤的第二行第四列的按鍵三、1.電路設(shè)計及功能說明4×4鍵盤的十六個按鍵分成四行四列分別于P1端口的八條I/O數(shù)據(jù)線相連；兩個七段數(shù)碼管分別與單片機的P0口和P2口的低七位I/O數(shù)據(jù)線相連。數(shù)碼管采用共陽極的接法，所以需要下拉電阻來分流?！苍趩纹瑱C的P3端口上安裝了一個喇叭，通過編程實現(xiàn)當有按鍵按下的時候喇叭出現(xiàn)響聲予以提示?！辰Y(jié)合軟件程序，即可實現(xiàn)4×4鍵盤的接口及顯示的設(shè)計。當按下鍵盤其中的一個按鍵時，數(shù)碼管上會顯示出該按鍵在4×4鍵盤上的行值和列值。所以實現(xiàn)了數(shù)碼管顯示按鍵位置的功能。2.硬件原理框圖及電路圖(包括接口芯片簡介)；電路原理框圖電路圖接口芯片簡介at89c51芯片管腳圖引腳圖AT89C51內(nèi)部功能圖AT89C51簡介AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器。1.主要特性：?與MCS-51兼容?4K字節(jié)可編程閃爍存儲器?全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz?三級程序存儲器鎖定?128×8位內(nèi)部RAM?32可編程I/O線?兩個16位定時器/計數(shù)器?5個中斷源?可編程串行通道?低功耗的閑置和掉電模式?片內(nèi)振蕩器和時鐘電路2.主要管腳說明：VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1〞時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1〞時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能存放器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1〞后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流〔ILL〕這是由于上拉的緣故。

P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：

口管腳備選功能

P3.0RXD〔串行輸入口〕

P3.1TXD〔串行輸出口〕

P3.2/INT0〔外部中斷0〕

P3.3/INT1〔外部中斷1〕

P3.4T0〔記時器0外部輸入〕

P3.5T1〔記時器1外部輸入〕

P3.6/WR〔外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通〕

P3.7/RD〔外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通〕

P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。3.芯片擦除：整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1〞且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。數(shù)碼管簡介數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元〔多一個小數(shù)點顯示〕；按能顯示多少個“8〞可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到+5V，當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點亮。當某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點亮。當某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。數(shù)碼管的驅(qū)動方式數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。①靜態(tài)顯示驅(qū)動：靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O端口進行驅(qū)動，或者使用如BCD碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O端口多，如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示那么需要5×8＝40根I/O端口來驅(qū)動，要知道一個89S51單片機可用的I/O端口才32個呢：〕，實際應(yīng)用時必須增加譯碼驅(qū)動器進行驅(qū)動，增加了硬件電路的復雜性。②動態(tài)顯示驅(qū)動：數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制翻開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。四、軟件局部的程序流程圖，算法和使用的編程技巧1.程序流程圖開始開始掃描P1端口有按鍵按下NYYN確定鍵盤的行列值行列值正確數(shù)碼管顯示按鍵行列值結(jié)束2.編程技巧1．在按鍵掃描程序中，通過for循環(huán)語句實現(xiàn)被按下的按鍵的行值確實定，用switch語句實現(xiàn)列值確實定。0xEX(X表示任意一個十六進制數(shù))表示4×4鍵盤的第一行中的某個按鍵被按下，相應(yīng)的0xDX、0xBX、0x7X(X表示任意一個十六進制數(shù))分別表示鍵盤的第二行、第三行、第四行;0xXE、0xXD、0xXB、0xX7(X表示任意一個十六進制數(shù))那么分別表示鍵盤的第一列、第二列、第三列和第四列；2.ucRow+ucLine+1即為被按下的按鍵的行列值；3.用十六個switch語句實現(xiàn)對單片機P0端口和P2口的I/O數(shù)據(jù)線的控制，來控制數(shù)碼管顯示被按下按鍵的行值和列值；4.硬件設(shè)備中還在AT89C51芯片的P3口安裝一喇叭，并且在源程序中編寫了相應(yīng)程序段使當按鍵被按下時喇叭會發(fā)出聲音來提示按鍵被按下。五、源程序代碼〔C語言編寫〕#include<reg51.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#defineSCANPORTP1sbitspk=P3^0;ucharcodetable[]={0xF9,0xA4,0xB0,0x99}; //1,2,3,4的共陽字形碼ucharuca_LineScan[]={0xEF,0xDF,0xBF,0x7F}; //ucharucKeyScan(){ ucharTemp=0; ucharucRow=0,ucLine=0; // 給行列值賦初值0 for(ucLine=0;ucLine<4;ucLine++) //對P1端口掃描來確定鍵盤行值 { SCANPORT=uca_LineScan[ucLine]; Temp=SCANPORT&0x0F; if(Temp!=0x0F) { switch(Temp) { case0x0E:ucRow=10;break; //假設(shè)為0x0E，那么選中鍵盤第一列 case0x0D:ucRow=20;break; //假設(shè)為0x0D 那么選中鍵盤第二列 case0x0B:ucRow=30;break; case0x07:ucRow=40;break; default:ucRow=50;break; //未選中鍵盤列值 } break; } } SCANPORT=0x0F; returnucRow+ucLine+1; //返回被按下鍵盤的行列值，即確定被按下的按鍵的位置}voidvKeyProcess(unsignedcharucKeyCode){ switch(ucKeyCode) { case11:P0=table[0];P2=table[0];spk=1;break; //按鍵K1-1被按下 case12:P0=table[1];P2=table[0];spk=1;break; case13:P0=table[2];P2=table[0];spk=1;break; case14:P0=table[3];P2=table[0];spk=1;break; case21:P0=table[0];P2=table[1];spk=1;break; //按鍵K2-1被按下 case22:P0=table[1];P2=table[1];spk=1;break; case23:P0=table[2];P2=table[1];spk=1;break; case24:P0=table[3];P2=table[1];spk=1;break; //按鍵K2-4被按下 case31:P0=table[0];P2=table[2];spk=1;break; case32:P0=table[1];P2=table[2];spk=1;break; //按鍵K3-2被按下 case33:P0=table[2];P2=table[2];spk=1;break; case34:P0=table[3];P2=table[2];spk=1;break; case41:P0=table[0];P2=table[3];spk=1;break; case42:P0=table[1];P2=table[3];spk=1;break; //按鍵K4-2被按下 case43:P0=table[2];P2=table[3];spk=1;break; //按鍵K4-3被按下 case44:P0=table[3];P2=table[3];spk=1;break; default:break; }}voidmain() //主程序{ spk=0; while(1) // 開始循環(huán) { vKeyProcess(ucKeyScan()); //調(diào)用掃描鍵盤并確定按鍵行列值的子程序 spk=0; }}六、仿真過程綜述1．按照設(shè)計思路在PROTEUS軟件中找到相應(yīng)元器件，按照正確的連線方法將各個元器件連起來。再用PROTEUS軟件仿真時，為防止連線的復雜性，可以使用在要連線的引腳上標注相同的符號的方法。這樣可以使PROTEUS軟件窗口中的連線少一些，使電路圖更加清晰；2.按照硬件電路在KEILC軟件中編寫程序，對編寫的程序進行編譯，在確定沒有錯誤后生成十六進制文件并加載到PROTEUS軟件中原理圖的AT89C51芯片中；3.在PROTEUS軟件中點擊運行按鈕，實現(xiàn)仿真：按下鍵盤上的按鍵，觀察數(shù)碼管顯示的是否正確。七、調(diào)試過程中的主要難點(自己遇到的)及解決思路和方法因為上網(wǎng)查到的資料與題目要求的有一定的差異，自己需要修改其硬件電路局部和程序，這樣就會產(chǎn)生一定的問題：1.在硬件電路連線時用到了總線，造成了單線與總線虛連和錯連的現(xiàn)象。使得自己感覺硬件與軟件都沒問題但就是仿真不出來。2.程序?qū)懞茫幾g好后忘記加載到單片機芯片上就開始仿真，走了不少的彎路，3．單線與總線連接時應(yīng)該確保單線準確的連在總線上，而且應(yīng)該防止兩條單線連在總線的同一點處。否那么產(chǎn)生的錯誤是非常致命的，而且還不容易找出；因此在單線與總線連接時一定要注意連接是否正確得當，并且將該標注的標號正確標注；4.為防止電路圖中連線過多，可以采用將需要連線的引腳標注上相同的符號的方法。這樣可以盡可能少的減少連線錯誤，并是電路圖清晰，美觀；5.因為該數(shù)碼管是用的共陽極的接法，其下拉電阻起到分流的作