毕业设计（论文）-基于单片机的键盘控制设计

基于单片机的键盘控制设计 I 摘摘 要要 单片机即单片微型计算机（Single-Chip Microcomputer），是集 CPU,RAM,ROM, 定时，计数和多种接口于一体的微控制器，广泛应用于各个领域1。 本论文设计的单片机键盘主要由 AT89C51 单片机控制。该键盘控制系统是由单片 机最小系统及 LED 显示电路组成。使用单片机 C 语言进行编程，实现可设定本论文主 要介绍了键盘设计的软、硬件部分的设计，以及在设计、调试过程中遇到的问题及解 决方案。 本设计包括硬件设计和软件设计，其中的硬件设计包括时钟电路，复位电路，4*4 矩阵式键盘电路和 LED 数字显示电路。其中需要选择使用的扫描方式；为防键盘判断 失误，导致实现多次按键按键的显示问题，需要去抖动的处理，其显示需要七段数码 管显示。 本设计的与众不同之处在于其既能实现常规数字的显示，同时还能实现作为简单 的电子琴，不同的键表示不同的音符；还能够实现简单计算功能。 本课题设计的键盘控制系统结构简单，造价成本低，功能齐全，具有很强的实用 性。 关键词：关键词： AT89C51 单片机 矩阵式键盘 按键扫描 基于单片机的键盘控制设计 II Abstract The monolithic integrated circuit namely monolithic microcomputer (Single-Chip Microcomputer), is collection CPU, RAM, ROM, fixed time, counting and many kinds of connections in a body micro controller.Widely applies in each domain. The present paper design monolithic integrated circuit keyboard mainly controls by at89C51 monolithic integrated circuit.This keyboard control system is composed by the monolithic integrated circuit smallest system and the LED display circuit. The use monolithic integrated circuit C language carried on the programming, the realization may establish the present paper mainly to introduce the keyboard designed the software and hardware part design, as well as the question and the solution which in the design, the debugging process met13. This design including the hardware design and the software design, hardware design including the clock electric circuit, repositions the electric circuit, the 4*4 matrix form keyboard electric circuit and the LED digita display circuit. Need choice use scanning way; In order to guard against the keyboard judgment fault, causes the realization many times the pressed key demonstration question, needs to vibrate processing, its demonstration needs seven section of nixietube demonstrations. This design out of the ordinary place lies in it already to be able to realize the conventional numeral demonstration, meanwhile can realize takes the electric piano, the different key expresses the different note; Also can realize the simple computation function14. This topic design keyboard control system structure is simple, the construction cost cost is low, the function is complete, has the very strong usability. Key words: AT89C51list slice machine Matrix form keyboard Pressed key scanning 基于单片机的键盘控制设计 目目 录录 摘摘 要要.I 1 绪绪 论论 .1 1.1 AT89C51 单片机设计意义和目的： .1 1.2 设计要求：.1 1.3 思路及步骤.1 1.3.1 思路及成果：.1 1.3.2 设计内容步骤安排：.2 2 整体设整体设计计方案方案 .3 2.1 单片机的基本概念.3 2.2 单片机的特点.3 2.3 单片机的应用领域.4 2.4 AT89C51 的引脚封装概述 .4 2.5 AT89C51 单片机工作的基本时序 .6 2.6 AT89C51 单片机的内部结构及存储器配置:.6 2.6.1 AT89C51 单片机的内部结构.6 2.6.2 AT89C51 单片机的存储器配置.7 2.7 AT89C51 单片机键盘设计方案论证 .8 3 系统硬件设计与实现系统硬件设计与实现.10 3.1 系统原理图.10 3.2 AT89C51 单片机的最小系统设计 .10 3.2.1 最小系统设计.10 3.2.2 时钟频率电路的设计.11 3.2.3 复位电路的设计.11 3.3 数码管显示电路.12 3.3.1 数码管的结构.12 3.3.2 数码管的设计选择.13 3.4 键盘扫描电路的设计.13 3.4.1 键盘的作用.13 3.4.2 键盘系统设计.14 3.5 喇叭控制电路的设计.17 4 系统软件的设计系统软件的设计.18 4.1 程序流程框图.18 4.2 系统工作原理.18 4.3 系统程序设计.19 4.3.1 程序设计.19 4.3.2 键盘扫描程序的设计.19 5 仿真及其调试仿真及其调试.21 基于单片机的键盘控制设计 5.1 键盘控制PROTENUS软件的仿真.21 5.2 软件调试.21 结结 论论.22 致致 谢谢.23 参考文献参考文献.24 附附 录录.25 基于单片机的键盘控制设计 1 1 绪绪 论论 1.11.1 AT89C51 单片机单片机设计意义设计意义和目的：和目的： 随着计算机及电子技术的飞跃发展，单片机也在不断更新换代，并成为电子系统 中进行数据采集，信息处理，通信联络和实施控制的重要器件。单片机技术已渗入到 了各个领域，在智能仪器仪表，工业监测控制，电力电子，汽车电子等方面得到了广 泛的应用，并取得了巨大的成果。在今后若干年，MCS-51 单片机的应用仍将占主要地 位，仍然是我国单片机应用领域的主流机型。现今各个领域的工程技术人员都应掌握 单片机应用技术。 单片机键盘是单片机系统设计中一种主要的信息输入接口，其合理的设计，不仅 可以节省系统的设计成本，更可使仪器设备的操作变得更为简单、方便，很大程度上 提高系统综合性能。 随着就业形势日趋严峻，我们大学生的动手能力、实践能力和综合素质越来越受 到学校和用人单位的重视。在我们大学毕业时，必要的设计无疑是培养和锻炼动手能 力、实践能力和综合素质的一个重要环节，这次关于单片机的键盘设计是对我们所学 知识的一次综合实践，是对老师教学，我们学习成果的一次检验，也是我们即将毕业 面临就业对自己就业信心的考验，对自己就业实力的测试。也使我们对 MCS-51 单片机 的主要技术深入理解，更深入掌握其原理及接口技术的应用，真正自己动手实践，做 到能灵活应用2。 1.21.2 设计要求：设计要求： 单片机具有集成度高，功能强，结构简单，应用灵活，可靠性高等特点。在工业 控制，机电一体化，通信终端，智能仪器仪表等诸多领域中得到了广泛应用。本设计 基于 ATmel 公司的 89c51 单片机，结合 C 语言控制的特点，实现键盘扫描的相关功能。 通过原理图设计，实现基本功能模块的组合，从而验证设计的可行性与可靠性。 掌握用单片机制作的键盘的原理及应用，熟练的学习 ATMEL 公司所用的 AT89C51 系列。毕业设计的要求体现于整个工作的各个阶段中，可根据课题的特点有 所侧重，但应该注意一下几点： 1.根据课题任务制定合理、可行的工作计划； 2.进行必要的调研和资料搜集、文献阅读； 3.制定适当的技术方案，并通过与其它方案的比较加以论证； 4.独立完成系统或模块的设计，软件设计要符合软件工程规范，硬件设计符合原理 表示、线路图纸和工艺要求的各种规范； 5.制定系统（模块）的测试方法，并根据完整的测试数据对系统（模块）的性能指 标做出分析和评价； 1.31.3 思路及步骤思路及步骤 基于单片机的键盘控制设计 2 1.3.11.3.1 思路及成果：思路及成果： 本设计包括硬件设计和软件设计，其中的硬件设计包括时钟电路，复位电路，4*4 矩阵式键盘电路和 LED 数字显示电路。其中需要选择使用的扫描方式；为防键盘判断 失误，导致实现多次按键按键的显示问题，需要去抖动的处理，其显示需要七段数码 管显示。 本设计的与众不同之处在于其既能实现常规数字的显示，同时还能实现作为电子 琴，不同的键表示不同的音符；还能够实现简单计算功能。 1.3.21.3.2 设计内容步骤安排：设计内容步骤安排： 1、大量查阅单片机资料，明确设计要求，确定设计方案。 2、进行硬件设计，绘制原理图。 3、进行软件设计，电路板实物的完成。 4、论文撰写、外文翻译，完成答辩。 基于单片机的键盘控制设计 3 2 2 整体设计方案整体设计方案 2.12.1 单片机的基本概念单片机的基本概念 图 2-1 单片机组成框图 单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管它的大部分功能集成 在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内 部和外部总线系统。单片机是将中央处理器，随机存储器。只读存储器，定时器芯片 和 I/O 接口电路集成于一个芯片上的微控制器3。 单片机也被称为微控制器（Microcontroler），是因为它最早被用在工业控制领域。 单片机由芯片内仅有 CPU 的专用处理器发展而来。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提及要 求严格的控制设备当中。INTEL 的 Z80 是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以 后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。 单片机是靠程序的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特 殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气 也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国 50 年代开发的 74 系列，或者 60 年 代的 CD4000 系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大 PCB 板！但是如果要是 用美国 70 年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！只因为单片机是通 过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性4！ 目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪 迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业 自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能 IC 卡，民用豪华轿车的安全 保障系统，录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等， 这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因 此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程 师。 2.22.2 单片机的特点单片机的特点 1、控制性能和可靠性高 实时控制功能特别强，其 CPU 可以对 I/O 端口直接进行操作，位操作能力更是其 它计算机无法比拟的。另外，由于 CPU、存储器及 I/O 接口集成在同一芯片内，各部 件间的连接紧凑，数据在传送时受干扰的影响较小，且不易受环境条件的影响，所以 单片机的可靠性非常高。 基于单片机的键盘控制设计 4 近期推出的单片机产品，内部集成有高速 I/O 口、ADC、PWM、WDT 等部件， 并在低电压、低功耗、串行扩展总线、控制网络总线和开发方式（如在系统编程 ISP） 等方面都有了进一步的增强。 2、体积小、价格低、易于产品化 单片机芯片即是一台完整的微型计算机，对于批量大的专用场合，一方面可以在 众多的单片机品种间进行匹配选择；同时还可以专门进行芯片设计，使芯片的功能与 应用具有良好的对应关系；在单片机产品的引脚封装方面，有的单片机引脚已减少到 8 个或更少。 从而使应用系统的印制板减小、接插件减少、安装简单方便5。 2.32.3 单片机的应用领域单片机的应用领域 单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能 化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴： 1.在智能仪器仪表上的应用 单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点， 广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿 度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采 用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电 路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。 2.在工业控制中的应用 用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能 化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。 3.在家用电器中的应用 可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、 电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不 在。 4.在计算机网络和通信领域中的应用 现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计 算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现 了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列 车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。 5.单片机在医用设备领域中的应用 单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪， 超声诊断设备及病床呼叫系统等等。 此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛 的用途6。 基于单片机的键盘控制设计 5 2.42.4 AT89C51AT89C51 的引脚封装概述的引脚封装概述 图 2-2 89C51 的引脚封装 1、主电源引脚、主电源引脚: VCC(40 脚)：接+5 V 电源正端。 VSS(20 脚)：接+5 V 电源地端。 2 2、时钟电路引脚：、时钟电路引脚： 外接晶体振荡器，不能超过 24M；需加微调电容，一般为 30pF； XTAL1：接外部晶振和微调电容的一端，在单片机内部，它是构成片内振荡器的 反向放大器的输入端。当采用外部振荡器时，该引脚接收振荡器的信号，即把此信号 直接接到内部振荡器的输入端。 XTAL2：接外部晶振和微调电容的另一端，在单片机内部，它是构成片内振荡器 的反向放大器的输出端。当采用外部振荡器时，此引脚应悬空。 3 3、复位电路引脚、复位电路引脚 RST/VPD:RST 是复位信号输入端，高电平有效。当此输入端保持 2 个机器周期的 高电平时，就可以完成复位操作。RST 引脚的第二功能是备用电源的输入端。 单片机在开机时或在工作中因干扰而使程序失控，或工作中程序处于某种死循环 状态等情况下都需要复位。复位作用是使 CPU 以及其他功能部件，如串行口，中断都 恢复到一个确定初始状态，并从这个状态开始工作。 复位电路有两种：上电、按钮复位，考虑到各部件影响，采用按钮复位，当电阻 给电容充电，电容的电压为高电平，当按下按钮时芯片复位脚近似低电平，于是芯片 复位。 基于单片机的键盘控制设计 6 4 4、控制信号引脚：、控制信号引脚： ALE/PROG:(Address Latch Enable/ Programming)地址锁存允许信号端，当单片机上 电正常工作后，ALE 引脚不断向外输出正弦脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。CPU 访问外部存储器时，ALE 作为锁存低 8 位地址的控制信号。此引脚的第二功 能 PROG 作为 8751 编程脉冲输入端使用。 PSEN：(Program Store Enable)在访问片外存储器时，此端定时输出负脉冲作为片 外存储器的选通信号。 EA/VPP：(Enable Address/Voltage Pulse Of Programming)当 EA 接高电平时，CPU 访问片内 ROM，并执行内部程序存储器中的指令，但当 PC（程序计数器）的值超过 4K 时，将自动转去执行片外存储器内的程序。当 EA 脚接低电平时，CPU 只访问片外 ROM 并执行外部程序存储器中的指令，而不管是否有片内程序存储器。VPP 是对 8751 片内 ROM 固化程序时，作为施加较高编程电压（12V21V）的输入端7。 5 5、输入输出引脚：、输入输出引脚： P0-P3P0-P3：4 个 8 位双向输入输出端口，每个端口都有锁存器、输出驱动器和输入缓 冲器。4 个端口都可以做输入输出口使用，其中，P0 和 P2 通常用于对外部存储器的访 问。在这种方式下，把 P0 口作为地址/数据总线使用，分时输出外部存储器的地址和 传送 8 位数据。当扩充外部存储器的地址为 16 位时，P2 口作为地址总线的高 8 位地址 使用。 (1)P0 口(39-32 脚)：P0.0-P0.7 统称为 P0 口。在不接片外存储器与不扩展 I/O 口时， 可作为准双向输入/输出口。在接有片外存储器或扩展 I/O 口时，P0 口分时复用为低 8 位地址总线和双向数据总线。 (2) P1 口(1-8 脚)：P1.0-P1.7 统称为 P1 口，可作为准双向 I/O 口使用。对于 52 子 系列，P1.0 与 P1.1 还有第二功能：P1.0 可用作定时器/计数器 2 的计数脉冲输入端 T2，P1.1 可用作定时器/计数器 2 的外部控制端 T2EX。 (3) P2 口(21-28 脚)：P2.0-P2.7 统称为 P2 口，一般可作为准双向 I/O 口使用；在 接有片外存储器或扩展 I/O 口且寻址范围超过 256 字节时，P2 口用作高 8 位地址总线。 (4) P3 口(10-17 脚)：P3.0-P3.7 统称为 P3 口。除作为准双向 I/O 口使用外，还可 以将每一位用于第二功能，而且 P3 口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入输 出或第二功能7。 2.52.5 AT89C51 单片机单片机工作的基本时序工作的基本时序 机器周期和指令周期机器周期和指令周期： （1） 振荡周期: 也称时钟周期, 是指为单片机提供时钟脉冲信号的振荡源的周期。 （2） 状态周期: 每个状态周期为时钟周期的 2 倍, 是振荡周期经二分频后得到的。 （3） 机器周期: 一个机器周期包含 6 个状态周期 S1S6, 也就是 12 个时钟周期。 在一个机器周期内, CPU 可以完成一个独立的操作。 （4） 指令周期: 它是指 CPU 完成一条操作所需的全部时间。 每条指令执行时间都 基于单片机的键盘控制设计 7 是有一个或几个机器周期组成。MCS - 51 系统中, 有单周期指令、双周期指令和四周 期指令。 2.62.6 AT89C51 单片机单片机的内部结构及存储器配置的内部结构及存储器配置: 2.6.12.6.1 AT89C51AT89C51 单片机的内部结构单片机的内部结构 图 2-3 MCS-51 的内部结构框图 CPU：由运算和控制逻辑组成，同时还包括中断系统和部分外部特殊功能寄存器； RAM：用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据； ROM：用以存放程序、一些原始数据和表格； I/O 口：四个 8 位并行 I/O 口，既可用作输入，也可用作输出； T/C：两个定时/记数器，既可以工作在定时模式，也可以工作在记数模式。 2.6.22.6.2 AT89C51AT89C51 单片机的存储器配置单片机的存储器配置 基于单片机的键盘控制设计 8 （b） 图 2-4 单片机的内部存储器配置 从用户的角度存储器分 3 个逻辑地址空间： （1）片内外统一编址的 64KB 程序存储器地址空间 0000HFFFFH 即（a）图； （2）256B 的片内数据存储器地址空间 00HFFH（包括低 128B 的内部 RAM 地址 00H7FH 和高 128B 的特殊功能寄存器地址空间）即（b）图； （3）64KB 的外部数据存储器或扩展 I/O 接口地址空间 0000HFFFFH； （4）画出 RAM 的组成； RAM 共有 256 个单元，按功能分为两部分低 128 单元（单元地址 00H7FH）和 高 128 单元（单元地址 80HFFH） 。其中高 128 单元是供给专用寄存器使用，因这些 寄存器的功能已作为专门规定故此称之为特殊功能寄存器 SFR11 个 SFR 有位寻址作 用，而且要说明低 128 单元是单片机的真正 RAM 存储器8。 表 2.1 RAM 的组成 30H7FH通用 RAM 区 20H2FH位寻址区（00H7FH） 18H1FH工作寄存器 3 区（R7R0） 10H17H工作寄存器 2 区（R7R0） 08H0FH工作寄存器 1 区（R7R0） 00H07H工作寄存器 0 区 (R7R0) 低 128 单元是单片机的真正 RAM 存储器，按其用途划分为三个区域： 通用寄存器区 通用寄存器为 CPU 提供了就近数据存储的便利，有利于提高单片机的运算速度。 此外，使用通用存储器还能提高程序编制的灵活性，因此在单片机的应用编程中应充 分利用这些寄存器，以简化程序设计，提高程序运行速度。 位寻址区 基于单片机的键盘控制设计 9 内部 RAM 的 20H2FH 单元，即可作为一般 RAM 单元使用，进行字节操作，也 可以对单元中每一位进行位操作，因此把该区称之为位寻址区。 工作寄存区 用户存储数据的。 2.72.7 AT89C51 单片机键盘设计方案论证单片机键盘设计方案论证 （1）此键盘利用 AT89C51 单片机的 P1 口接 4*4 矩阵式键盘，以 P1.0P1.3 作输 入线，以 P1.4P1.7 作输出线；在数码管上显示每个按键的“0F”序号。其中需要接 电阻起到电路保护作用。 图 2-5 键盘设计 （2）以 37,38,39 引脚接其显示电路，以 22 号引脚接其发声电路，以起到报警或 者提示作用。 （3）本设计既能实现常规数字的显示，同时还能实现作为电子琴，不同的键表示 不同的音符；还能够实现简单计算功能。其中,键 C,D,E,F 分别作为计算功能中的加减 乘除运算符,而 A 作为复位键,B 则作为数字计算及电子琴之间的功能切换按钮。 （4）我们利用单片机可以用很少元件实现相同功能，而且单片机性能稳定，可操 作性强。可以只用 P0 口连接上拉电阻，完成驱动 LED 的功能，利用 P3 口的 XTAL1 晶振电路，XTAL2 接移位脉冲做时钟信号。利用单片机程序判断按键是否有效，利用 74LS164 移位寄存 8 段数码管，实现按键数字显示，当切换键盘控制功能时启动蜂鸣 器，同时发光二极管发光。 通过单片机实现功能可以更人性化，只需单电源供电更方便，容易实现。电路结 构简单，外围扩展的电路不是很多，锻炼我们所学的知识应用到现实生活当中。为我 们提供实践的机会。单片机是电子专业发展的方向，更好的使用单片机可以是我们的 产品小型化，使用更方便，性能更稳定，功能更齐全，所以我们选用单片机加一定的 外围设备实现本次课程设计的要求8。 基于单片机的键盘控制设计 10 3 3 系统硬件设计与实现系统硬件设计与实现 3.13.1 系统原理图系统原理图 k5 K2 K6 LS1 Speaker K1 P1.0/T 1 P1.1/T 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 P3.3/INT1 13 P3.2/INT0 12 P3.5/T1 15 P3.4/T0 14 RESET 9 EA/VF 31 P3.7/RD 17 P3.6/WR 16 XLAT1 19 P0.0/AD0 39 P0.1/AD1 38 P0.2/AD2 37 P0.3/AD3 36 P0.4/AD4 35 P0.5/AD5 34 P0.6/AD6 33 P0.7/AD7 32 P2.0 21 P2.1 22 P2.2 23 P2.3 24 P2.4 25 P2.5 26 P2.6 27 P2.7 28 P3.0/RXD 10 P3.1/TXD 11 ALE/F 30 PSEN 29 XLAT2 18 MCU8051 VSS 40 VCC 20 8051 R5 DS4 LED1 +5V 12 11.0592Mhz XTAL C1 30pF C2 30pF R6 1K C3 10pF Q1 2N3904 K3K4 K7K8 K9 K13 K10 K14 K11 K15 K12 K16 5K R1 5K R2 5K R3 5K R4 KEY +5 +5 K 1 f 2 g 3 e 4 d 5 K 6 c 8 DP 7 b 9 a 10 DS1 K 1 f 2 g 3 e 4 d 5 K 6 c 8 DP 7 b 9 a 10 DS2 K 1 f 2 g 3 e 4 d 5 K 6 c 8 DP 7 b 9 a 10 DS3 Q4 2N3906 Q2 2N3906 Q3 2N3906 +5 图 3-1 设计原理图 3.23.2 AT89C51 单片机单片机的最小系统设计的最小系统设计 3.2.13.2.1 最小系统设计最小系统设计 图 3-2 51 单片机的最小系统图 基于单片机的键盘控制设计 11 3.2.23.2.2 时钟频率电路的设计时钟频率电路的设计 单片机必须在时钟的驱动下才能工作.在单片机内部有一个时钟振荡电路,只需要 外接一个振荡源就能产生一定的时钟信号送到单片机内部的各个单元,决定单片机的工 作速度。 图 3-3 外部振荡源电路 一般选用石英晶体振荡器。此电路在加电大约延迟 10ms 后振荡器起振,在 XTAL2 引脚产生幅度为 3V 左右的正弦波时钟信号,其振荡频率主要由石英晶振的频率确定。 电路中两个电容 C1,C2 的作用有两个:一是帮助振荡器起振;二是对振荡器的频率进行 微调。C1,C2 的典型值为 30PF。 单片机在工作时,由内部振荡器产生或由外直接输入的送至内部控制逻辑单元的时 钟信号的周期称为时钟周期。其大小是时钟信号频率的倒数,常用 fosc 表示。如时钟频 率为 12MHz,即 fosc=12MHz,则时钟周期为 1/12s。本设计选用 f=11.0592MHZ。 3.2.33.2.3 复位电路的设计复位电路的设计 1、复位方式比较、复位方式比较 使 CPU 进入初始状态，从 0000H 地址开始执行程序的过程叫系统复位。 从实现系统复位的方法来看，系统复位可分为硬件复位和软件复位9。 硬件复位必须通过 CPU 外部的硬件电路给 CPU 的 RESET 端加上足够时间的高电 位才能实现。上电复位，人工按钮复位和硬件看门狗复位均为硬件复位。硬件复位后， 各专用寄存器的状态均被初始化，且对片内通用寄存器的内容没有影响。但是，硬件 复位还能自动清除中断激活标志，使中断系统能够正常工作，这样一个事实却容易为 不少编码人员所忽视。 软件复位就是用一系列指令来模拟硬件复位功能，最后通过转移指令使程序从 0000H 地址开始执行。对各专用寄存器的复位操作是容易的，也没有必要完全模拟， 可根据实际需要去主程序初始化过程中完成。而对中断激活标志的清除工作常被遗忘， 因为它没有明确的位地址可供编程软件复位是使用软件陷阱和软件看门狗后必须进行 的工作，这时程序出错完全有可能发生在中断子程序中，中断激活标志已置位，它将 阻止同级中断响应。由于软件看门是高级中断，它将阻止说要中断响应，由此可见清 除中断激活标志的重要性。 2、复位方式选择、复位方式选择 基于单片机的键盘控制设计 12 为便于人工操作，及令设计更人性化。本设计选择手动硬件复位方式，因而加上 手动复位按钮，其设计原理图如图所示， 图 3-4 复位电路 3.33.3 数码管显示电路数码管显示电路 3.3.13.3.1 数码管的结构数码管的结构 数码管由 7 个发光二极管组成,行成一个日字形,它门可以共阴极,也可以共阳极.通 过解码电路得到的数码接通相应的发光二极而形成相应的字,这就是它的工作原理. 基本的半导体数码管是由 7 个条状的发光二极管（LED）按图 1 所示排列而成的， 可实现数字09及少量字符的显示。另外为了显示小数点，增加了 1 个点状的发光 二极管，因此数码管就由 8 个 LED 组成，我们分别把这些发光二极管命名为 a,b,c,d,e,f,g,dp。 其中数码管的显示可以分为两种：静态显示和动态显示。静态 显示的段选位和位选位均单独连接，因此占用的 I/O 接口多，无法扩展多个数码管， 在这种采用这种方式，必须要给 LED 恒定的电压，要求电压一直保持，所以一般在 LED 和单片机之间加锁存器，这种显示方式亮度高，编程较简单，结构清晰，管理也 较简单，占用的 CPU 时间少。 动态显示驱动：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端 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 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10。 从电路上，按数码管的接法不同又分为共阴和共阳两种。图1-1 是共阴和共阳极 基于单片机的键盘控制设计 13 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。其数 码管的外形如下图所示： 图3-5 数码管的共阴和共阳极接法 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 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。 3.3.2 数码管的设计选择数码管的设计选择 由于本设计比较简单，为便于操作，及功能实现的简易化，设计中只需选用静态 显示方式，并且是共阴极接法。也就是只要是 其中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。 3.43.4 键盘扫描电路的设计键盘扫描电路的设计 3.4.13.4.1 键盘的作用键盘的作用 键盘是人与微机系统打交道的主要设备。关于键盘硬件电路的设计方法也可以在 文献和书籍中找到，配合各种不同的硬件电路，这些书籍中一般也提供了相应的键盘 扫描程序。站在系统监控软件设计的立场上来看，仅仅完成键盘扫描，读取当前时刻 的键盘状态是不够的，还有不少问题需要妥善解决，否则，人们在操作键盘就容易引 起误操作和操作失控现象。在单片机应用中键盘用得最多的形式是独立键盘及矩阵键 盘。它们各有自己的特点，其中独立键盘硬件电路简单，而且在程序设计上也不复杂， 一般用在对硬件电路要求不高的简单电路中。 矩阵键盘与独