精品基于单片机控制的矩阵键盘显示系统设计论文

课程 设计说明书 单片机原理与接口技术 专业 建筑电气与智能化 学生姓名 班级 学号 指导教师 完成日期 目 录 一 理论部分 . 1 1 课题要求与内容 . 1 2 系统方案设计 . 1 3 系统硬件的设计 . 1 性 .部结构框图 .脚图，实物图 .（ 2010） 1 一 理论部分 理论设计课题名称：基于单片机控制的矩阵键盘显示系统设计 1 课题要求与内容 以 51为核心的 片机为控制芯片，设计制作数码管显示电路，矩阵键盘电路，单片机最小系统电路。 通过程序控制 4*4 的矩阵键盘，经过单片机处理之后显示在数码管上，当按下键盘上的任意一个键的时候，数码管上会显示相应的数字。因为本系 统采用的是单位数码管，所以我们这边用十六进制表示。 设计软件系统和硬件系统，画出硬件系统图和 后制作 ，满足本次的课程设计要求。 2 系统方案设计 本设计是由 4*4 的矩阵键盘，晶振电路， 8051 单片机，复位电路，数码显示电路等组成，矩阵键盘通过软件来控制 8051 单片机从来改变数码显示器上的数字，其组成框图如下所示： 8 0 5 1 单 片 机晶 振 电 路 复 位 电 路数 码 管 显 示 电路矩 阵 键 盘电 源图 1 系统框图 3 系统硬件的设计 本次选用的是以 51为核心的 片机为主控芯片。此款单片机是 低功耗 /超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统 8051 单片机，12 时钟 /机器周期和 6 时钟 /机器周期可任选， 本 8051 单片机 用复位电路。 盐城工学院课程设计说明书（ 2010） 2 性 1. 增强型 8051单片机， 6时钟 /机器周期和 12时钟 /机 器周期可任意选择指令代码完全兼容传统 8051 2. 工作电压： 5 / 3 3. 工作频率范围： 0 40当于普通 8051的 0 80际工作频率可达484. 用户应用程序空间： 4K / 8K / 13K / 16K / 32K / 64K 字节 5. 片上集成 1280 字节 或 512字节 . 通用 I/35/39 个 )，复位后为： 2/4 是准双向口 /弱上拉 (普通 8051传统 I/O 口 )； 是开漏输出，作为 总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O 口用时，需加上拉电阻。 7. 系统可编程） / 应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器可通过串口（ 接下载用户程序，数秒即可完成一片 8. 有 9. 看门狗 用复位电路 (0 ，外部晶体 20省外部复位电路。 个 16位定时器 /计数器，其中定时器 0还可以当成 2个 8 位定时器使用 。 路 ,下降沿中断或低电平触发中断， 式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒 。 13. 通用异步串行口 (还可用定时器软件实现多个 4. 工作温度范围： +85 (工业级 ) / 0 75 (商业级 ) 15. 封装： 部结构框图 图 2 内部结构图 盐城工学院课程设计说明书（ 2010） 3 脚图，实物图 图 3 脚图 图 4 物图 +系列单片机所有 I/新增 有 3种工作类型： 准双向口 /弱上拉（标准 8051输出模式）、仅为输入（高阻）或开漏输出功能。 D+系列单片机的 2/4 上电复位后为准双向口 /弱上拉（传统 8051的 I/式 为 I/加 D+ 的 50口的灌电流最大为 12他 I/ D+的 30口的灌电流最大为 8其他 I/ 1. 址锁存允许 /片内 来锁存 位地址 内有 程期间，此引脚输入编程脉冲。 2. 3. 位 /备用电源。 能：复位信号输入端。 能：在 电情况下，接备用电源。 4. 外 片内 外 择端。 内有 程期间，施加编程电源 ： 32 个引脚。 2010） 4 有第二功能，用于特 殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。 片机最小系统 要使单片机工作，必须提供复位电路和晶体振荡电路，即组成单片机最小应用系统，使其正常工作。采用的复位方法是自动复位，单片机复位满足的条件为： 脚上出现 10=上的高电平，所以当电容值取 C=10，电阻 R=10K 才会满足要求。晶振选用 12 最小系统图 电源 : 单片机 40脚接 芯片电源，接 +5V； 单片机 20脚接地 - 接地 端； 时钟 : 晶体振荡电路反相输入端和输出端。 晶振是为电路提供频率基准的元器件，通常分成有源晶振和无源晶振两个大类，无源晶振通常信号质量和精度较差，需要精确匹配外围电路（电感、电容、电阻等），如需更换晶振时要同时更换外围的电路。有源晶振不需要芯片的内部振荡器，可以提供高精度的频率基准，信号质量也较无源晶振要好。本设计选用有源晶振，晶振电路如图所示 盐城工学院课程设计说明书（ 2010） 5 晶振电路 为了确保系统中电路稳定可靠地工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。一般单片机电路正常工作需要供电 5V 5%，即 于系统电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当 及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，系统电路开始正常工作。复位电路如图所示 复位电路 阵键盘系统设计 矩阵键盘又称行列键盘，它是四条 I/条 I/行线和列线的每个交叉点上设置一个按键。这样键盘上的个数就为 *4个。这种行列式键盘结构能有效地提高单片机系统中 I/O 口的利用率。 独立键盘具有编程简单但占有 I/适合在按键较多的场合应用。在实际应用中经常要用到输入数字、字母等功能，如电子密码锁、电话机键盘等一般都至少有 12到 16个按键，在这种情况下如果用独立按键的话显然太浪费 I/O 口资源，为此我们就有必要使用矩阵键盘了。 一般由 16个按键组成在单片机中正好 可以用一个 6个按键功能，这也是在单片机系统中最常用的形式，本设计就采用这个键盘模式。 盐城工学院课程设计说明书（ 2010） 6 S? 矩阵键盘电路 码管显示电路 发光二极管的缩写。 码管里面有 8 只发光二极管，与实验板 口所接的二极管是相同的。分别记作 a b c d e f g 中 小数点，每一只发光二极管都有一根电极引到外部引脚上，而另外一只引脚就连接在一起同样也引到外部引脚上，记作公共端（ 如图 5示，而图 5实 物图，其中引脚的排列因不同的厂商而有所不同。 图 9 数码管管脚图 图 10 数码管实物图 盐城工学院课程设计说明书（ 2010） 7 市面上常用的 为共阳极与共阴极。共阳极：当数码管里面的发 光二极管的阳极接在一起作为公共引脚，在正常使用时此引脚接电源正极。当发光二极管的阴极接低电平时，发光二极管被点亮，从而相应的数码段显示。而输入高 电平的段则不能点亮。相反，共阴极：当数码管里面的发光二极管的阴极接在一起作为公共引脚，在正常使用时此引脚接电源负极。当发光二极管的阳极接高电平时，发光二极管被点亮，从而相应的数码段显示，而输入低电平的段则不能点亮 。 图 11 共阳共阴，数码管原理图 码管与单片机的连接电路 5 4 2 3a b c d e f 2 数码管与单片机借口连接电路 盐城工学院课程设计说明书（ 2010） 8 4 系统软件设计 S T A 器 初 始 化 单 片 机 I / O 端 口 初 始 化检 测 是 否 有键 按 下延 时 1 0 m 是 否 有键 按 下检 测 是 否 有键 按 下执 行 相 应 代 码3 软件系统图 、 盐城工学院课程设计说明书（ 2010） 9 图 14 仿真图（未开始仿真） 图 15 仿真图（开始仿真） 盐城工学院课程设计说明书（ 2010） 10 课程设计是培养学生综合运用所学知识 ,发现 ,提出 ,分析和解决实际问题 ,锻炼实践能力的重要环节 ,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程 片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域， 在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握单片机的开发技术是十分重要的。回顾起此次单片机课程设计，至今 我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在整整两星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了 自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。 这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多编程问题，最后在梁强老师的辛勤指导下，终于游逆而解。同时，在老师的身上我学得到很多实用的知识，在次我表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢。 盐城工学院课程设计说明书（ 2010） 11 1 冯育长 M安电子科技大学出版社， 2007 2 晁阳 . 单片 机 M华大学出版社， 2009. 3 黄惟公 , 邓成中 , 王燕 . 单片机原理与应用技术 M. 西安：西安电子科技大学出版社， 2009 4 张萌 , 和湘 , 姜斌 . 单片机应用系统开发综合实例 M. 北京 :清华大学出版社，2009 5 张大明 . 单片机控制实训指导及综合应用实例 M华大 学出版社， 2004 6 张齐，朱宁西 . 单片机应用系统设计技术 基于 真 M学工业出版社， 2004. 7 沈光斌，刘冬，姚志成 M民邮电出版社，2004 盐城工学院课程设计说明书（ 2010） 12 #x)/延时子程序 t; t=0;