本科毕业论文-一种具有GSM报警功能的电子储物柜的设计.doc

JIANGSU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 本科毕业设计（论文）一种具有GSM报警功能的电子储物柜的设计 学院名称： 电气信息工程学院 专 业： 电子信息工程 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师姓名： 指导教师职称： 二一三 年 六 月江苏理工学院毕业设计说明书（论文）一种具有GSM报警功能的电子储物柜的设计摘 要：本系统以STC89C52单片机为控制核心，利用4*4矩阵键盘检查按键，当用户按下存包键时，系统检测到空柜并打开，同时记录5位随机密码；当用户按下取包键时，用户输入5位密码，系统自动验证并打开柜门，若连续三次输入密码错误，则蜂鸣器报警；当用户按下求助键时，系统通过GSM模块向管理员手机发送短信，寻求帮助。此设计共有16个按键和6个数码管显示密码，可以对4个柜子进行控制。此论文重点描述了自动存包柜的设计思想及软硬件电路的工作原理、设计过程，并叙述了调试过程中出现的问题，并做了相应的分析。关键词：单片机；GSM模块；随机密码；矩阵键盘The Design of Electronics Cabinet Alerted Based on GSMAbstract：This system takes the STC89C52 list slice machine as to control core and makes use of 4*4 matrix keyboard check keys，when the customer presses to save a pack of key， the system examines empty cabinet and open，record 5 random passwords at the same time；When the customer presses to take a pack of key，the customer inputs 5 passwords，the system automatically verifies and open a cabinet door；When the customer presses to ask for help key，the system passes a GSM mold piece to send out a message to managing persons cellular phone and looks for a help.This design totally includes 16 keys and 6 piece code tube show a password，can carry on a control to 4 cupboards.When the customer three times inputs a password in a row mistake， the buzzer reports to the police.This thesis particularly described to automatically save the design thought of a pack of cabinet and the work principle of the soft hardware electric circuit，design process，and as for problem that described to adjust to try to appear in the process，and did homologous analysis. Keywords： STC89C52；GSM；Random password；Matrix keyboard目 录第1章 绪论.11.1 概述.11.2 GSM的发展.21.3 无线电子存包柜的组成.31.4 课题的意义及研究的内容.4第2章 系统硬件电路的设计.52.1 整体电路的工作原理.52.2单片机最小系统电路设计.52.3 GSM模块TC35i电路设计.7 2.3.1 GSM模块的构成.72.3.2 TC35i的工作原理.92.3.3 TC35i与单片机的连接.102.4 矩阵键盘电路设计.112.5 6位数码管电路设计.122.6 LED电路设计.142.7 蜂鸣器电路设计.16第3章 系统的软件设计.193.1 主程序设计.193.2 GSM模块程序设计.203.2.1 AT指令介绍.213.2.2程序介绍.25 3.3 按键扫描及处理程序设计.273.3.1 按键扫描.273.3.2 按键处理.31 3.4 6位数码管程序设计.34 3.5 LED显示及蜂鸣器报警程序设计.35第4章 系统软硬件调试及实验结果.364.1 硬件调试.364.2 软件调试.394.3 实验结果.43结束语.44参考文献.45致谢.46II江苏理工学院毕业设计说明书（论文）第1章 绪 论1.1 概述早期的GSM模块主要是供手机厂使用，手机厂直接购买模块，配上外围的器件就是可以生产一部手机。GSM模块解决了手机设计中复杂的射频发送和基带处理问题，并提供了标准的通信接口，厂商不用再从底层的芯片级开始进行手机的设计，缩短了设计周期。5年前，国内的手机厂家几乎都是购买国外的成品GSM模块进行二次开发生产手机的，近几年，随着国内手机设计公司的逐渐成熟，手机厂家才摆脱对GSM模块的依赖，转为直接从芯片级入手生产手机。目前，GSM模块依然在广泛的工业应用领域使用，在各行各业都能看到GSM模块应用的产品。例如，在车载监控领域，使用GSM模块将车辆行驶的GPS数据传输回车辆管理中心；在电力、水务系统，通过GSM模块实现了远程智能抄表，可以实时监控用户的用电和用水量；在测绘行业，为很多偏僻的测绘点安装了GSM模块实现了实时的监控，不必再人工收集数据；在家庭，可以安装无线报警系统1，一旦发生火情或盗窃行为，可以立即通知户主和报警；在国外，很多老人小孩带了个人跟踪器，防止老人和小孩走失或意外发生，里面也是集成了GSM模块。具有GSM报警功能的电子储物柜是集GSM模块，按键检测模块2，显示模块，报警模块为一体的自动控制存包柜。它与我们的日常生活紧密联系在一起，有着安全性高、可靠性高、方便快捷等特点，目前一些大商场的入口处，常有电脑控制的自动存包柜。电脑控制的存包柜无需专职的管理人员且安全可靠，颇受顾客的信任。凡需要临时存放物品，又要求安全保密的地方都需要这样的一个装置，如游泳池的更衣室、部队军训时的存包处，展览会、车站、电影院等等，应用非常广泛。短信息服务作为GSM网络的一种基本业务，已得到越来越多的系统运营商和系统开发商的重视。这里以GSM网络作为数据无线传输网络，可以开发出多种前景极其乐观的各类应用。典型的应用有变电站、电表、水塔、水库或环保监测点等监测数据的无线传输和无线自动警报；远程无线控制高压线路断电器、加热系统、防洪拦阻系统或其他机电系统的启动和关闭；车队交通管理和控制指挥系统；控制和监测香烟、食品和饮料自动售货机的运行状态和存货水平等。本次设计将GSM短消息功能应用于自动控制存包柜中。1.2 GSM的发展随着全球移动通信系统(GSM)移动通信网络的迅速普及和竞争的日益激烈，新技术和新业务的开发和应用就已经提到十分重要的位置。短消息服务业务作为GSM网络的一项基本业务，已经得到越来越多的系统运营商和系统开发商的重视，基于这种业务的各种应用也蓬勃发展起来。短消息业务在GPS(全球定位系统)/GSM(SMS)移动车辆监控定位系统的应用，机房监控、远程维护系统的应用，移动性数据查询证券交易和信息查询、数据采集系统的应用等各个领域得到了广泛的发展。GSM调制解调器的出现可以说给GSM的发展又一次注入了新的活力，而单片机则在嵌入式系统中得到最为广泛的应用，本系统正是利用单片机对GSM调制解调器TC35模块进行控制并实现了英文短消息的收发。在GSM移动通信系统的各项业务中，短消息业务是GSM系统提供给用户的一种有别于语音传输的通讯业务。它利用信令信道(SDCCH用户正常时或SACCH用户忙时)传输，是GSM通信网所特有的，它不用拨号建立连接，直接把要发的信息加上目的地址发送到短消息服务中心3，由短消息服务中心再发送给最终的信宿，短消息的收发不影响通话；短消息业务可以使网络端知道被叫方是否已经收到短消息，如果传送失败，被叫方没有回答确切消息，网络一侧会保留所传的消息，一旦网络发现被叫方能被叫通时，消息能被重发以确保被叫方能收到。短消息业务主要包括点到点短消息业务与小区广播短消息业务。点到点短消息业务即通过MO(MS发起短消息业务)和MT (MS终止短消息业务)将一条短消息从一个实体发送到指定目的地址的业务。编码后单条短消息最大长度为140个字节，可以承载160个英文字符或70个汉字。小区广播短消息业务即通过基站(BSC)向指定区域中所有短消息用户发送短消息的业务。编码后每页消息长度为82个字节，最大页数为15页。短消息业务的优点在于其无需建立连接，服务费用低，因此基于GSM模块的应用一般都使用短消息业务。此外，GSM模块是继GSM手机外又一种非常重要的GSM移动通信系统的终端设备。它是传统调制解调器与GSM无线移动通信系统相结合的一种数据终端设备，因此也叫无线调制解调器4。它的出现给GSM的发展注入了新的活力，改变了传统的以话音为主的通信手段，打开了GSM网络数据通信及其应用的大门。所以在应用上，凡是使用调制解调器的地方大多数可以用GSM模块代替。由于调制解调器必须通过PSTN或者其他专用通讯网进行通信，因而受地域，线路等影响，在应用上有很大的局限性。而GSM模块则无此限制，所以基于这种模块，以GSM网络作为无线传输网络，可以开发出多种前景极其乐观的各类应用，如：GPS/GSM (SMS)移动车辆监控定位系统；移动POS机，移动收费系统；移动性数据和Internet接入。目前，国内已经开始使用的GSM模块有Falcom的A2D系列、Wavecome的WMO2系列、西门子的TC35系列、爱立信的DM10/DM20系列、中兴的ZXGM18系列等，而且这些模块的功能、用法差别不大.其中西门子的TC35系列模块性价比很高，并且已经有国内的无线电设备入网证.所以这里选用的是西门子TC35系列的TC35.i它是西门子推出的最新的无线模块，功能上与TC35兼容，设计紧凑，大大缩小了产品的体积. TC35i与GSM 2/2 +兼容、双频(GSM900/GSMl800)、RS232数据口、符合ETSI标准GSM07. 07和GSM07. 05，且易于升级为GPRS模块.该模块集射频电路和基带于一体，向用户提供标准的AT命令接口5，为数据、语音、短消息和传真提供快速、可靠、安全的传输，方便了用户的应用开发及设计。1.3无线电子存包柜的组成无线电子存包柜包括单片机控制部分，键盘控制部分，数码显示部分，执行部分。 1.单片机控制部分：它是系统的核心部分。由 ATC89C52 单片机、时钟、复位电路等组成。2. 键盘控制部分：这是用户对自动存包柜进行操作的控制面板。由4*4 键盘组成。通过它可以实现所有的控制功能。键盘功能定义如下表1-1：表1-1 键符说明表键符功能0-9输入随机密码10存包11取包12退格13取消14确认15短信3.数码显示部分：这是用户对自动存包柜进行操作后，能够显示 6 位随机密码。由数码显示驱动电路和6位数码管组成。4.执行部分：这是用户按下按键后的执行部件。由4个发光二极管模拟4个储物柜， 发光二极管灯亮表示柜中无物，反之则柜中有物；1个蜂鸣器进行报警；1个GSM模块用于无线联系管理员。1.4 课题的意义及研究的内容目前，很多大型超市的存包柜没有无线功能，这是一种缺失。随着时代的进步和科技的发展，GSM模块必然会被引进。GSM模块功能强大，且价格低廉，它可以通过发送短信的方式与管理员联系，及时解决客户的问题，甚至可以向用户发送密码，使用非常方便。据调查，一个GSM模块足够处理一个中心型超市的所有存包业务量。无线电子存包柜与传统自动存包柜相比，多了GSM无线模块，当用户遇到问题需要求助时可以及时通过短信或电话与管理员联系，方便了客户的问题解决，这样避免了顾客亲自去找管理员，节省了人力物力。使用这种方式，基本上没有什么污染，成本也不高，既方便了顾客，又利于环保，因此具有很好的市场前景。所以，本设计的主要思路是：采用ATC89C52单片机做为控制器，4*4矩阵键盘作为按键输入，6位数码管显示当前信息。当用户按下存包键时，系统检测到空柜并打开，同时记录下5位随机密码；当用户按下取包键时，用户输入5位密码，系统验证成功打开柜门，若连续3次输入密码错误，蜂鸣器报警；当用户按下短息键时，通过GSM模块向管理员手机发送短信，寻求帮助。这种无线电子存包柜价格低廉，操作方便，安全可靠，能够满足广大顾客的需求。第2章 系统硬件电路的设计2.1 整体电路的工作原理按键模块储物柜模块 ATC89C52GSM模块显示模块报警模块 图2-1 系统框图如图2-1所示，系统可以分为5个模块，串行通信GSM模块，4*4矩阵键盘模块，6位数码管显示模块，蜂鸣器报警模块，LED模块。每个模块都很重要，通过键盘模块实现所有功能的控制，各个功能通过显示模块进行识别，报警模块可以提示用户密码输入错误，LED模块模拟柜门的关闭，LED灯亮表示柜门打开或者说明是空柜，灯灭则说明柜门关闭或已经存入物品，GSM模块实现短信联系管理员功能，GSM模块功能很强大，是本次设计的主要研究对象。2.2单片机最小系统电路设计单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域的广泛应用。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的32位300M的高速单片机。常用英文字母的缩写MCU表示单片机，单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。单片机由运算器，控制器，存储器，输入输出设备构成，相当于一个微型的计算机（最小系统），和计算机相比，单片机缺少了外围设备等。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择，它最早是被用在工业控制领域。由于单片机在工业控制领域的广泛应用，单片机由仅有CPU的专用处理器芯片发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的8080是最早按照这种思想设计出的处理器，当时的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8051，此后在8051上发展出了MCS51系列单片机系统。因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。尽管2000年以后ARM已经发展出了32位的主频超过300M的高端单片机，直到现在基于8051的单片机还在广泛的使用。在很多方面单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了广泛的应用。事实上单片机是世界上数量最多处理器，随着单片机家族的发展壮大，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。STC89C52片内有ROM/EPROM的单片机，其硬件结构具有功能部件种类全，功能强等特点。特别值得一提的是该单片机CPU中的位处理器，它实际上是一个完整的1位微计算机，这个一位微计算机有自己的CPU、位寄存器、I/O口和指令集。1位机在开关决策、逻辑电路仿真、过程控制方面非常有效；而8位机在数据采集，运算处理方面有明显的长处。MCS-51单片机中8位机和1位机的硬件资源复合在一起，二者相辅相承，它是单片机技术上的一个突破，这也是MCS-51单片机在设计的精美之处。因此，这种芯片构成的最小系统简单、可靠。用89C52单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，89C52单片机最小系统如图2-7所示。由于集成度的限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。其应用特点：(1) 有可供用户使用的大量I/O口线。(2) 内部存储器容量有限。(3) 应用系统开发具有特殊性。1、时钟电路STC89C52虽然有内部振荡电路，但要形成时钟，必须外部附加电路。STC89C52单片机的时钟产生方法有两种。内部时钟方式和外部时钟方式。本设计采用内部时钟方式，利用芯片内部的振荡电路，在XTAL1、XTAL2引脚上外接定时元件，内部的振荡电路便产生自激振荡。本设计采用最常用的内部时钟方式，即用外接晶体和电容组成的并联谐振回路。振荡晶体可在1.2MHZ到12MHZ之间选择。电容值无严格要求，但电容取值对振荡频率输出的稳定性、大小、振荡电路起振速度有少许影响，CX1、CX2可在20pF到100pF之间取值，但在60pF-70pF时振荡器有较高的频率稳定性。所以本设计中，振荡晶体选择12MHZ，电容选择22pF。在设计印刷电路板时，晶体和电容应尽可能靠近单片机芯片安装，以减少寄生电容，更好的保证振荡器稳定和可靠地工作。为了提高温度稳定性，应采用NPO电容。2、复位电路STC89C52的复位是由外部的复位电路来实现的。复位引脚RST通过一个斯密特触发器用来抑制噪声，在每个机器周期的S5P2，斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号。复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。最简单的上电自动复位电路中上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。只要VCC的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位。时钟频率用12MHZ时C取10uF。除了上电复位外，有时还需要按键手动复位。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中电平复位是通过RST端经电阻与电源Vcc接通而实现的。本设计就是用的是上电自动复位。如图2-3所示：图2-2 最小系统电路原理图2.3 GSM模块TC35i电路设计2.3.1 GSM模块的构成GSM模块，是将GSM射频芯片、基带处理芯片、存储器、功放器件等集成在一块线路板上，具有独立的操作系统、GSM射频处理、基带处理并提供标准接口的功能模块。因此，GSM模块具有发送SMS短信，语音通话，GPRS数据传输等基于GSM网络进行通信的所有基本功能。简单来讲，GSM模块加上键盘、显示屏和电池，就是一部手机。Flash天线插口40芯的ZIF连接器GSM基带处理器GSM射频部分电源A-SIC 图2-3 TC35的功能框图如图2-4，TC35i模块主要由GSM基带处理器6、GSM射频模块、供电模块、闪存、ZIF连接器、天线接口六部分组成。通过ZIF连接器与单片机实现电路接口，该接口读取或发送TC35i模块中的数据，是TC35i应用的核心。GSM基带处理器是整个模块的核心，它由一个C166CPU和一个DSP处理器内核控制着模块内各种信号的传输转换、放大等处理过程。GSM射频部分是一个单片收发器SMARTi，它由一个外差式接收器、上变频调制环路发送器(upconversion modulation looptransmitter)、一个射频锁相环路和一个全集成中频合成器4个功能块组成，共同完成对射频信号的接收和发送等处理。GSM模块电流变化非常大，空闲时电流小于315mA，而在通话期间电流最大可达213A，这就对供电电路提出了较高的要求。GSM模块电源ASIC部分使用线性电压调节器把外部输入的电源电压Vbatt+进行稳压处理后供GSM基带处理器和GSM射频部分使用，此外它还输出一个219V/70mA的电压供模块外的其他电路使用。GSM射频部分的功率放大器对电源电压要求不高，所以直接使用外部的输入电压Vbatt+。Flash用来存储一些用户配置信息、电话本和其他信息。TC35共有40个引脚，如图2-5所示。通过一个ZIF (Zero In-sertion Force)连接器引出。这40个引脚可以划分为5类，即电源、数据输入/输出、SIM卡、音频接口和控制。第1-14脚为电源部分，其中1-5为电源电压输入端Vbatt+， 6-10为电源地GND， 11、12充电引脚，13对外输出电压(共外电路使用)，14为ACCU-TEMP接负温度系数的热敏电阻；24-29为SIM卡引脚，分别为CCIN、CCRST、CCIO、CC-CLK、CCVCC和CCGND；33-40为语音接口用来接电话手柄；15、30、31和32脚为控制部分，15为点火线IGT (Ignition)，当TC35通电后必须给IGT一个大于100ms低电平，模块才启动， 30为RTCbackup，31为Power down，32为SYNC； 16-23位数据输入/输出分别为DSR0、RING0、RxD0、TxD0、CTS0、RTS0、DTR0和DCD0。图2-4 TC35i引脚图2.3.2 TC35i的工作原理电源电路分为充电电池和稳压电源模块两部分：充电电池主要为整个系统提供3.6V工作电压，同时产生MAX3238所需要的高电平；三端电源模块LM7806将外部12V直流电源转换为6V，连到ZIF连接器的11、12引脚，在充电模式下，为TC35i提供6V、500mA的充电电源。启动电路由开漏极三极管7和上电复位电路组成。模块上电10ms后(电池电压须大于3V)，为使之正常工作，必须在15脚加时长至少为100ms的低电平信号，且该信号下降沿时间小于1ms。启动后，15脚的信号应保持高电平。基带处理器集成了一个与ISO 7816-3 IC Card标准兼容的SIM接口。为了适合外部的SIM接口，该接口连接到主接口(ZIF连接器)。在GSM11.11为SIM卡预留5个引脚的基础上，TC35在ZIF连接器上为SIM卡接口预留了6个引脚，所添加的CCIN引脚用来检测SIM卡支架中是否插有SIM卡。当插入SIM卡，该引脚置为高电平时，系统方可进入正常工作。数据通信电路主要完成短消息收发、与PC机通信、软件流控制等功能。数据通信电路以Maxim公司的MAX3238芯片为核心，实现电平转换及串口通信功能；具有低功耗、高数据速率、增强型ESD保护等特性。增强型ESD结构为所有发送器输出和接收器输入提供保护，可承受15kV IEC 1000-4-2气隙放电、8kV IEC 1000-4-2接触放电和15kV人体放电模式。 TC35的SYNC引脚有两种工作模式，可用AT命令AT SYNC进行切换。一种是指示发射状态时的功率增长情况，另一种是指示TC35的工作状态。本模块使用的是后一种功能：当LED熄灭时，表明TC35处于关闭或睡眠状态；当LED为600ms亮/600ms熄时，表明SIM卡没有插入或TC35正在进行网络登录；当LED为75ms亮/3s熄时，表明TC35已登录进网络，处于持机状态。tc35i模块的数据输入/输出接口实际上是一个串行异步收发器，符合ITU-T RS232接口标准。它有固定的参数：8位数据位和1位停止位，无校验位，波特率在300bps-115kbps之间可选，默认9600。2.3.3 TC35i与单片机的连接TC35模块是西门子公司生产的GSM调制解调器，它提供RS232数据口，采用AT贺氏指令，符合ETSI标准GSM0707和GSM0705，并内置微控制器将GPS接收机和GSM模块结合在一起，模块和单片机系统通过40针的数据电缆相连接。TC35模块的数据接口是CMOS电平(高电平2.65V)，因此单片机对TC35模块的控制和通信信号要进行电平转换。需要注意的是TC35模块是作为数据通信设备(DCE)来连接的，而不是像一般调制解调器作为数据终端设备(DTE)进行连接。对TC35模块控制，IGT信号非常地重要，只有正确的IGT信号才可以使TC35模块正常地运行。IGT的下降沿启动TC35，并且IGT的低电平应该至少保持100ms，TC35然后正常工作。TC35i模块符合TTL电平通信，可与单片机的TX，RX直接相连，TX接模块的RX，RX接模块的TX，连接GND。TTL电平信号被利用的最多是因为通常数据表示采用二进制规定，+5V等价于逻辑“1”，0V等价于逻辑“0”，这被称做TTL（晶体管-晶体管逻辑电平）信号系统，这是计算机处理器控制的设备内部各部分之间通信的标准技术。数字电路中，由TTL电子元器件组成电路使用的电平8。电平是个电压范围，规定输出高电平2.4V，输出低电平=2.0V，输入低电平=0.8V，噪声容限是0.4V。TC35模块输入输出的TTL正电平逻辑不是+5V，而是+2.9V，因此必要时加端口保护。基于GSM网络的短消息发送9主要通过AT指令控制：1、 发送“AT”： AT回车2、 短信模式的设置（文本模式）： AT+CMGF=1回车3、 发送短信服务中心号码： AT+CSCA=+8613800519500回车4、 发送目的手机号码： AT+CMGS车5、 发送短信内容： Hello!0x1a6、 删除短信 AT+CMGD=1回车2.4 矩阵键盘电路设计如图2-5所示，矩阵键盘是单片机外部设备中所使用的排布类似于矩阵的键盘组. 图2-5 矩阵键盘电路原理图在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口（如P1口）就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9键）。由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些，上图中，列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机的I/O口作为输出端，而列线所接的I/O口则作为输入。这样，当按键没有按下时，所有的输入端都是高电平，代表无键按下。行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了。 矩阵式键盘的按键识别方法：确定矩阵式键盘上何键被按下介绍一种“行扫描法10”。行扫描法：行扫描法又称为逐行（或列）扫描查询法，是一种最常用的按键识别方法，如上图所示键盘，介绍过程如下。1、判断键盘中有无键按下：将全部行线Y0-Y3置低电平，然后检测列线的状态。只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电平线与4根行线相交叉的4个按键之中。若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下。2、判断闭合键所在的位置在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。其方法是：依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其它线为高电平。在确定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。确定矩阵式键盘上何键被按下介绍一种“高低电平翻转法11”。首先让P1口高四位为1，低四位为0，。若有按键按下，则高四位中会有一个1翻转为0，低四位不会变，此时即可确定被按下的键的行位置。然后让P1口高四位为0，低四位为1，。若有按键按下，则低四位中会有一个1翻转为0，高四位不会变，此时即可确定被按下的键的列位置。最后将上述两者进行或运算即可确定被按下的键的位置。在软件编程中，键盘、显示处理是很复杂的，它往往占到一个应用程序的大部分代码，可见其重要性，但说到，这种复杂并不来自于单片机的本身，而是来自于操作者的习惯等等问题，因此，在编写键盘处理程序之前，最好先把它从逻辑上理清，然后用适当的算法表示出来，最后再去写代码，这样，才能快速有效地写好代码。2.5 6位数码管电路设计数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。数码管也称LED数码管，晶美、光电、不同行业人士对数码管的称呼不一样，其实都是同样的产品。数码管按段数可分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、3位、4位、5位、6位、7位等数码管；按发光二极管单元连接方式可分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管，共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管，共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。led数码管（LED Segment Displays）是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。led数码管常用段数一般为7段有的另加一个小数点，还有一种是类似于3位“+1”型。位数有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等，led数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，了解LED的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。图2是共阴和共阳极数码管的内部电路，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。颜色有红，绿，蓝，黄等几种。led数码管广泛用于仪表，时钟，车站，家电等场合。选用时要注意产品尺寸颜色，功耗，亮度，波长等。下面将介绍常用LED数码管内部引脚图片：数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要58=40根I/O端口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个呢，实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划“a，b，c，d，e，f，g，dp”的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是哪个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。如图2-6所示：图2-6 6位数码管电路原理图2.6 LED电路设计发光二极管简称为LED。由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。 发光二极管（英语：Light-Emitting Diode，简称LED）是一种能发光的半导体电子元件。这种电子元件早在1962年出现，早期只能发出低光度的红光，之后发展出其他单色光的版本，时至今日能发出的光已遍及可见光、红外线及紫外线，光度也提高到相当的光度。而用途也由初时作为指示灯、显示板等；随着技术的不断进步，发光二极管已被广泛的应用于显示器、电视机采光装饰和照明。 LED只能往一个方向导通（通电），叫作正向偏置（正向偏压），当电流流过时，电子与空穴在其内复合而发出单色光，这叫电致发光效应，而光线的波长、颜色跟其所采用的半导体材料种类与掺入的元素杂质有关。具有效率高、寿命长、不易破损、开关速度高、高可靠性等传统光源不及的优点。白光LED的发光效率，在近几年来已经有明显的提升，同时，在每千流明的购入价格上，也因为投入市场的厂商相互竞争的影响，而明显下降。虽然越来越多人使用LED照明作办公室、家具、装饰、招牌甚至路灯用途，但在技术上，LED在光电转换效率(有效照度对用电量的比值)上仍然低于新型的荧光灯，是国家以后发展民用的去向！它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释