矩陣鍵盤(pán)控制數(shù)碼管

1、江蘇食品職業(yè)技術(shù)學(xué)院論文系別 機(jī)電工程系班級(jí) 機(jī)電101姓名 李明學(xué)號(hào) 目錄摘要31、概述32、總體設(shè)計(jì)方案32.1總體設(shè)計(jì)要求32.2系統(tǒng)框圖43、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)43.1單片機(jī)的最小系統(tǒng)53.1.1電源電路53.1.2復(fù)位電路53.1.3晶振電路63.2 LED數(shù)碼管顯示部分63.3矩陣鍵盤(pán)73.3.1鍵盤(pán)的工作原理73.3.2鍵盤(pán)檢測(cè)原理74、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)94.1 軟件設(shè)計(jì)思想94.2 主程序設(shè)計(jì)104.3 子程序設(shè)計(jì)114.3.1 數(shù)碼管顯示程序設(shè)計(jì)114.3.2 鍵盤(pán)檢測(cè)程序設(shè)計(jì)114.3.3延時(shí)函數(shù)程序設(shè)計(jì)145、系統(tǒng)調(diào)試146.設(shè)計(jì)體會(huì)15參考文獻(xiàn)15摘要單片機(jī)自20世紀(jì)70年代以來(lái)

2、，以其極高的性?xún)r(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AT89S52芯片作為控制芯片，來(lái)實(shí)現(xiàn)矩陣鍵盤(pán)對(duì)LED數(shù)碼管顯示的控制。通過(guò)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(pán)的檢測(cè)識(shí)別。用單片機(jī)的P3口連接44矩陣鍵盤(pán)，并以單片機(jī)的P3.0P3.3口作鍵盤(pán)輸入的列線，以單片機(jī)的P3.4P3.7口作為鍵盤(pán)輸入的行線，然后用P0.0P0.7作輸出線，通過(guò)上拉電阻在顯示器上顯示不同的字符“0F”。在硬件電路的基礎(chǔ)上加上軟件程序的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)。其工作過(guò)程為：先判斷是否有鍵按下，如果沒(méi)有鍵按下，則繼續(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(guò)LED數(shù)碼

3、管顯示該按鍵所對(duì)應(yīng)的序號(hào)。關(guān)鍵詞：AT89S52芯片；4*4矩陣鍵盤(pán)；鍵盤(pán)識(shí)別；LED數(shù)碼管1、概述隨著單片機(jī)系統(tǒng)的日益更新，以及人們對(duì)產(chǎn)品的人機(jī)交互能力的不斷提高；使得單片機(jī)系統(tǒng)的人機(jī)界面設(shè)計(jì)能力成為學(xué)習(xí)單片機(jī)的一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)內(nèi)容。而4*4鍵盤(pán)的操作和LED數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示是人機(jī)界面設(shè)計(jì)中最基礎(chǔ)的內(nèi)容，掌握這些基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)能力對(duì)以后的學(xué)習(xí)研究是非常必要的。2、總體設(shè)計(jì)方案2.1總體設(shè)計(jì)要求本系統(tǒng)采用單片機(jī)AT89S52為數(shù)碼管的控制核心，制造一種簡(jiǎn)單的4*4鍵盤(pán)檢測(cè)顯示，能夠在目測(cè)條件下四位數(shù)碼管各段亮度均勻、充足，本系統(tǒng)具有硬件少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，性能穩(wěn)定可靠，成本低等特點(diǎn)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求

4、，確定的設(shè)計(jì)方案如下：2.1.1 選擇AT89S52單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的核心器件，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行總體控制，發(fā)送并實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)信息。2.1.2通過(guò)編程顯示字符： 0-F。2.1.3當(dāng)檢測(cè)有按鍵按下時(shí)數(shù)碼管顯示與該按鍵相對(duì)應(yīng)的字符。 2.1.4 鍵盤(pán)檢測(cè)信號(hào)連接到單片機(jī)的P3口，顯示信號(hào)連接到單片機(jī)的P0口。2.1.5數(shù)碼管點(diǎn)亮過(guò)程有程序控制，P2.4,P2.5， P2.6,P2.7分別作為四位數(shù)碼管的位選，數(shù)碼管采用直接驅(qū)動(dòng)方式，共陽(yáng)極接法。2.2系統(tǒng)框圖本設(shè)計(jì)行、列驅(qū)動(dòng)電路，顯示屏電路，運(yùn)用單片機(jī)的智能化，系統(tǒng)將每個(gè)功能電路模塊連接在一起，總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下圖2-1所示：AT89S52 鍵鍵盤(pán)檢

5、測(cè)數(shù)碼管顯示圖 2-1 系統(tǒng)框圖3、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的硬件電路是由單片機(jī)最小系統(tǒng)、按鍵電路、數(shù)碼管顯示電路三部分組成。其中，單片機(jī)最小系統(tǒng)包括電源電路、復(fù)位電路和晶振電路構(gòu)成；按鍵電路采用獨(dú)立編碼方式；顯示部分使用共陽(yáng)型高臺(tái)掃描、高態(tài)顯示信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路，完成數(shù)字效果。3.1單片機(jī)的最小系統(tǒng) 3.1.1電源電路電源是一切器件工作的根本，有一個(gè)穩(wěn)定的電源是很重要的。由于單片機(jī)和數(shù)碼管的功耗都很小，所以本設(shè)計(jì)選用單片機(jī)下載線直接供電，實(shí)驗(yàn)證明單片機(jī)和數(shù)碼管的工作正常。如圖3-1所示，電源模塊。 圖3-13.1.2復(fù)位電路為了確保系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠地工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位電路的第一功能

6、是上電復(fù)位。一般單片機(jī)電路正常工作需要供電5V5%，即4.755.25V。由于系統(tǒng)電路是時(shí)序數(shù)字電路，它需要穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)，因此在電源上電時(shí)，只有當(dāng)VCC超過(guò)4.75V低于5.25V以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時(shí)，復(fù)位信號(hào)才被撤除，系統(tǒng)電路開(kāi)始正常工作。復(fù)位電路如圖3-2所示。 圖3-23.1.3晶振電路晶振是為電路提供頻率基準(zhǔn)的元器件，通常分成有源晶振和無(wú)源晶振兩個(gè)大類(lèi)，無(wú)源晶振通常信號(hào)質(zhì)量和精度較差，需要精確匹配外圍電路（電感、電容、電阻等），如需更換晶振時(shí)要同時(shí)更換外圍的電路。有源晶振不需要芯片的內(nèi)部振蕩器，可以提供高精度的頻率基準(zhǔn)，信號(hào)質(zhì)量也較無(wú)源晶振要好。本設(shè)計(jì)選用有源晶振，晶振電路如圖3

7、-3所示。 圖3-33.2 LED數(shù)碼管顯示部分?jǐn)?shù)碼管采用的是共陽(yáng)極的四位數(shù)碼管，由P2端口的4，5，6，7口分別作為四位數(shù)碼管的位選，P0端口作為四位數(shù)碼管的位選。數(shù)碼管電路圖如圖3-4所示。 圖3-43.3矩陣鍵盤(pán)3.3.1鍵盤(pán)的工作原理 按鍵設(shè)置在行、列線交點(diǎn)上，行、列線分別連接到按鍵開(kāi)關(guān)的兩端。無(wú)按鍵按下時(shí)，行線處于高電平的狀態(tài)， 當(dāng)有按鍵按下時(shí)， 行線電平由此行線相連的列線電平?jīng)Q定。3.3.2鍵盤(pán)檢測(cè)原理鍵盤(pán)的檢測(cè)，首先要解決的問(wèn)題是鍵盤(pán)抖動(dòng)現(xiàn)象。（如圖3-5所示）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

8、的延時(shí)，延時(shí)后再次返回P3的值二次判斷是否有鍵盤(pán)按下。 圖3-5首先，將0xfe賦于P3口（此值是用于檢測(cè)矩陣鍵盤(pán)的第一行按鍵），然后看P3&0xf0是否等于0xf0，如果等于則鍵盤(pán)第一行無(wú)按鍵按下，反之則鍵盤(pán)第一行有按鍵按下。具體是哪個(gè)鍵按下要根據(jù)P3&0xf0的值確定。例如：P3&0xf0=0xe0,則表示鍵盤(pán)第一行的第一個(gè)鍵按下。將鍵盤(pán)檢測(cè)函數(shù)的值返回table中，這樣數(shù)碼管就能顯示與按鍵一相對(duì)應(yīng)的字符了。P3等于0xfd，0xfb，0xf7分別用于檢測(cè)按鍵的二，三，四行的，如果第一行檢測(cè)無(wú)按鍵按下，則跳到其他行進(jìn)行檢測(cè)，如此循環(huán)。鍵盤(pán)連接圖如圖3-6所示。 圖3-64、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.

9、1 軟件設(shè)計(jì)思想主程序先進(jìn)行設(shè)置數(shù)碼管閑時(shí)顯示- - - -，并啟動(dòng)，再進(jìn)行鍵盤(pán)檢測(cè)載入0-F字符，然后判斷是否有按鍵按下，按不同情況進(jìn)行循環(huán)調(diào)用子程序。進(jìn)入子程序后，首先設(shè)置相應(yīng)的程序，反復(fù)調(diào)用顯示子程序，并在顯示過(guò)程中反復(fù)調(diào)用鍵盤(pán)掃描子程序進(jìn)行延時(shí)，判斷是否退出相應(yīng)的顯示子程序。設(shè)計(jì)過(guò)程中，很好地提高了按鍵響應(yīng)速度。如圖4-1所示為軟件系統(tǒng)框圖。主程序掃檢測(cè)子程序延時(shí)子程序顯示子程序圖 4-1 軟件設(shè)計(jì)框圖顯示編碼：因?yàn)樵摂?shù)碼管為共陽(yáng)極顯示，可以把I/O口輸出位對(duì)應(yīng)每段數(shù)碼管顯示段，因此若要使數(shù)碼管一段點(diǎn)亮，則該位為“0”；該段不亮，則該位為“1”。所以對(duì)“0-F”的編碼，并將編碼寫(xiě)入數(shù)組

10、中便于查表操作?！?-F”對(duì)應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)如下表4-2：0123456789ABCDEF0xc00xf90xa40xb00x990x920x820xf80x800x900x880x830xc60xa10x860x8e 表4-24.2 主程序設(shè)計(jì)程序開(kāi)始后只有一個(gè)不斷執(zhí)行鍵盤(pán)檢測(cè)函數(shù)的循環(huán)。圖4-3為主程序的流程圖。 開(kāi)始聲明函數(shù)變量執(zhí)行檢測(cè)函數(shù)圖 4-3 主程序流程圖主程序如下： void main()/主函數(shù)num=17;P2=0x0f;/數(shù)碼管位選，讓四個(gè)數(shù)碼管都亮P0=0xbf;/數(shù)碼管段選，程序剛開(kāi)始數(shù)碼管顯示- - - -while(1)/死循環(huán)，始終執(zhí)行鍵盤(pán)檢測(cè)和數(shù)碼管的顯示P0=

11、tablekeyscan()-1;/數(shù)碼管的顯示，調(diào)用鍵盤(pán)檢測(cè)函數(shù) 4.3 子程序設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的子程序包括數(shù)碼管顯示程序、按鍵檢測(cè)程序、延時(shí)程序三種，下面依次詳細(xì)介紹。4.3.1 數(shù)碼管顯示程序設(shè)計(jì)將0-F字符的十六進(jìn)制碼編好，放入數(shù)組table中。在程序開(kāi)始時(shí)數(shù)碼管顯示- - - - 。當(dāng)有按鍵按下時(shí)，則數(shù)碼管顯示與該按鍵相對(duì)應(yīng)的字符。數(shù)碼管顯示子程序如下：Uchar code table=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0xbf;P2=0x0f;/數(shù)碼管位選，讓四個(gè)

12、數(shù)碼管都亮 P0=tablekeyscan()-1;/調(diào)用鍵盤(pán)檢測(cè)函數(shù)4.3.2 鍵盤(pán)檢測(cè)程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)中采用4*4矩陣鍵盤(pán)，在P3口接按鍵，P0端口控制數(shù)碼管顯示。在鍵盤(pán)檢測(cè)函數(shù)里，依次送出列檢測(cè)信號(hào)，而每組列檢測(cè)信號(hào)輸出后，即讀取按鍵狀態(tài)，若有按下按鍵，則進(jìn)行鍵值的判斷與計(jì)算，再將其對(duì)應(yīng)的字符信號(hào)送入數(shù)碼管顯示。部分鍵盤(pán)檢測(cè)子程序如下：uchar keyscan()/鍵盤(pán)檢測(cè)部分P3=0xfe;temp=P3;temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0)delay(5);/延時(shí)5毫秒，消抖temp=P3;temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0)/再

13、次確認(rèn)是否有按鍵按下temp=P3;switch(temp)case 0xee:num=1;/如果P3=0xee，則檢測(cè)到鍵盤(pán)第一個(gè)鍵按下，以下同理break;case 0xde:num=2;break;case 0xbe:num=3;break;case 0x7e:num=4;break;while(temp!=0xf0)temp=P3;temp=temp&0xf0;P3=0xfd;temp=P3;temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0)delay(5); /延時(shí)5毫秒，消抖temp=P3;temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0) /再次確認(rèn)是

14、否有按鍵按下temp=P3;switch(temp)case 0xed:num=5;/如果P3=0xed，則檢測(cè)到鍵盤(pán)第五個(gè)鍵按下，以下同理break;case 0xdd:num=6;break;case 0xbd:num=7;break;case 0x7d:num=8;break;while(temp!=0xf0)temp=P3;temp=temp&0xf0;return num;4.3.3延時(shí)函數(shù)程序設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用有返回值的延時(shí)函數(shù)，延時(shí)函數(shù)如下：void delay(uint z)/有返回值的延時(shí)函數(shù)uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);5、系統(tǒng)調(diào)試此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的結(jié)果很好，數(shù)碼管和鍵盤(pán)都能按原先設(shè)想的工作。這個(gè)方案設(shè)計(jì)的4*4鍵盤(pán)檢測(cè)顯示字符，電路簡(jiǎn)單，成本較低，且較容易擴(kuò)展；數(shù)碼管各段亮度均勻、充足；顯示字符穩(wěn)定、清晰無(wú)串?dāng)_.在KEIL軟件中的仿真如圖5-1所示。 圖5-16.設(shè)計(jì)體會(huì)通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，讓我學(xué)到了許多不知道的知識(shí)，在單片機(jī)的基本功能、數(shù)碼管的顯示、矩陣鍵盤(pán)的使用，還有其他元器件的選用有了一個(gè)較清晰的認(rèn)識(shí)，在程序設(shè)計(jì)的思路，理論到實(shí)踐的運(yùn)用能力有了很大提高。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，我有了一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和理論基礎(chǔ)，讓我位以后的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)；在設(shè)計(jì)思路上，通過(guò)查閱資料了解