数码管显示4×4矩阵键盘的键盘号--万意.docx

理与数码管显示4X4矩阵键盘的键盘号学院：物理与电子工程学院专业：自动化班级：13级7班学号：姓名：万意指导教师：马世榜日期：2013年12月31日目录1引言12设计方案23硬件设计33.1AT89S5133.24*4矩阵式键盘63.2.1矩阵式键盘介绍63.2.2键盘扫描原理73.3硬件电路连接91. 4.1单片机时钟电路92. 机复位电路103. 4.3矩阵式键盘电路104. 4.4LED数码管显示电路104软件设计124.1 所用软件简介125. 1.1Keil125.1 .2Proteus125.2 程序流程图144.3源程序155电路原理图17参考文献18矩阵式键盘乃是当今使用最为广泛的键盘模式，该系统以N个端口连接控制N*N个按键，即时在LED数码管上。单片机控制的据这是键盘显示系统，该系统可以对不同的按键进行实时显示，其核心是单片机和键盘矩阵电路局部，主要对按键与显示电路的关系、矩阵式技术及设备系统的硬件、软件等各个局部进行实现。4*4矩阵式键盘采用AT89S51单片机为核心，主要由矩阵式键盘电路、译码电路、显示电路等组成，软件选用汇编语言编程。单片机将检测到的按键信号转换成数字量，显示于LED显示器上。该系统灵活性强，易于操作，可靠性高，将会有更广阔的开发前景。2设计方案单片机的PI口的Pl.O-Pl.7连接4X4矩阵键盘，PO口控制一只数码管，当4X4矩阵键盘中的某一按键按下时，数码管上显示对应的键号。例如，1号键按下时，数码管显示“1”，14号键按下时，数码管显示“E”等等。本论文主要研究单片机控制的键盘识别显示系统，分别对按键信息和显示电路以及软、硬件各个局部进行研究。主要内容如下：根据矩阵式键盘的特点，进行键盘控制系统的整体研究与设计；LED实时显示按键信息；采用软件编程的方法实现按键信息的提取和显示。3.1AT89S51AT89S51是一种带4K字节FLASH存储器(FPEROM-FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89S51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。引脚如下图1P1.0J/VCCPl.lP0.0P1.2PO.1P1.3P0.2P1.4P0,3P1.5P0.4P1.6P0.5P1.7P0.6RST/VPDP0.7RXDP3.0SEA/VPPTXDP3.13ALEPRINT0P3.2-PSEN而P3,3P2.7TOP34P2.6TlP3.5P2.5海P3,6P2.4RDP3,7P2.3XTAI2P2.2XTALlP2.1VSSP2.0402393384375366357348339321031113012291328142715261625172418231力2021图3-1AT89S51管脚图AT89S51其具有以下特性：与MCS-51兼容4K字节可编程FLASH存储器寿命：IOoo写/擦循环数据保存时间：10年全静态工作:OHZ-24MHz三级程序存储器锁定128X8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路特性概述：AT89S51提供以下标准功能：4k字节FIaSh闪速存储器，128字节内部RAM,32个I/O接口，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89S51可降至OHZ的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM,定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。PO11：PO口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当PO口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。Po能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在FlASH编程时，PO口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，PO输出原码，此时PO外部必须接上拉电阻。Pl：Pl口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，Pl口缓冲器能接收输出4TTL门电流。PI口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，Pl口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，Pl口作为低八位地址接收。P2口:P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能存放器的内容0P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89S51的一些特殊功能口，如下表所示：P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INTO（外部中断0）P3.3/INTI（外部中断1）P3.4TO（记时器0外部输入）P3.5Tl（记时器1外部输入）P3.6/WR（外部数据存储器写选通）P3.7/RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的l6o因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，那么在此期间外部程序存储器（OOOOH-FFFFH）,不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）oXTALl：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。振荡器特性：XTALl和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的上下电平要求的宽度。3.24*4矩阵式键盘3.2.1矩阵式键盘介绍矩阵式键盘（或者叫行列式键盘）常应用在按键数量比拟多的系统之中。这种键盘由行线和列线组成，按键设置在行、列结构的交叉点上，行、列线分别接在按键开关的两端。行列式键盘可分为非编码键盘和编码键盘两大类。编码键盘内部设有键盘编码器，被按下键的键号由键盘编码器直接给出，同时具有防抖和解决重键的功能。非编码键盘通常采用软件的方法，逐行逐列检查键盘状态，当有键按下时，通过计算或查表的方法获取该键的键值，通常，计算机通过程序控制对键盘扫描，从而获取键值，根据计算机扫描的方法可以分为定时扫描法和中断扫描法两种。本系统中的4*4矩阵式键盘结构简单，按键数较少，采用非编码式键盘，当有键按下时，由单片机通过程序扫描确定键值，并将获得的键值通过LED数码管显示出来，4*4矩阵式键盘结构及键值分布如下列图：图3-2矩阵式键盘电路原理图HHHHBW'KN图3-3键盘键值分布3. 2.2键盘扫描原理为了更加贴近实际应用，本系统采用中断式扫描法，这样可以节约单片机开销，提高单片机工作效率，使得单片机在没有键盘输入时可以处理其他工作，其具体工作过程为：在没有键按下时矩阵键盘行线接高电平，列线接低电平，当某个键被按下时,该按键所在行线电位被拉低，触发单片机的外部中断INT0,进入中断子程序，在中断程序中，单片机对矩阵键盘进行扫描以确定按下的键值，扫描过程如下：1、 检测行线电平，确定是否有按键被按下；2、 延时去抖动；3、 重新确认是否有按键被按下，假设有，扫描键值，假设没有，返回主程序；4、 扫描键值，首先行线接高电平，列线接低电平，对行线电平进行检测,以确定按下的键所在的行；5、 行线接低电平，列线接高点平，对列线电平进行检测，确定按下的键所在的列；6、 将扫描所得的按键值送入LED数码管显示。3LED数码管1.ED（发光二级管）显示器件是计算机控制控制系统中的廉价输出设备，它由多个发光二极管组成，能显示许多种字符。由于制作材料不同，LED可以发出红、黄、篮、紫等各种单色光，一个发光二级管正常发光时的电流大约为IomA,本系统中使用的是七段共阴极LED数码管。图4、5所示为七段共阴极LED显示器件的结构及外形图。七段LED显示器件就是将7个发光二极管按一定的方式组合在一起，如图4所示。图3-47段LED显示器件外形图VVVVVVVCOM图3-57段LED显示器件结构图下表给出了共阴极7段LED显示器件所能显示的局部字符与7段控制显示代码的对应关系表3-1共阴极7段LED显示器件所能显示的局部字符与7段控制显示代码的对应关系显示字符控制显示代码（十六进制）显示字符控制显示代码（十六进制）106A7725BB7C34FC39466D5E56DE7967DF71707H7687FP7396F-40O3F不显示00在本系统中，4*4键盘共有16个键，对其编号0"9,A'F,所以用一个7段数码管静态显示即可满足即时显示按键信息的要求。所谓静态显示，就是当显示器件显示某个字符时，相应的显示段（发光二级管）恒定地导通或截止，直到显示另一个字符为止。这种显示方式显示一个字符时，只需要微处理器送一次代码，因此占用机时少，而且显示稳定可靠，其缺点是，使用元器件相对较多，且线路比拟复杂，相对而言本钱较高，比拟适合