采用微机的键盘检测与提示电路与程序的设计说明.doc

. . . . . 微 机 测 控 电 路 课 程 设 计题目:采用微机的键盘检测与提示电路及程序设计方案A05院 （系） 机电及自动化学院 专 业 测控技术与仪器（辅助）学 号 姓 名 级 别 2 0 0 9 指导老师 2012年6月目录1. 键盘接口技术- 2 -1.1 键盘的物理结构- 2 -1.2 按键的组成形式- 2 -1.3键盘的抖动、干扰和消除- 2 -1.4键盘的工作过程- 3 -1.5键盘的识别方式- 3 -1.6键盘的判别方法- 3 -2Msc-51单片机与8255A芯片的连接- 3 -2.1 Msc-51单片机的并行I/O口扩展- 3 -2.2 Msc-51单片机的并行I/O端口- 3 -2.3 8255A可编程并行I/O口扩展- 4 -2.4 Msc-51单片机与8255的连接- 4 -3.硬件连接与程序- 4 -3.1元器件选择以及硬件连接图- 4 -3.2 3X4键盘工作流程图以及相关程序- 5 -4.心得体会- 7 -参考文献：- 8 -采用微机的键盘检测与提示电路及程序设计 方案A051. 键盘接口技术1.1 键盘的物理结构本方案采用机械式结构键盘。机械式结构键盘一般使用类似金属接触开关的原理，实现触点的导通和断开。1.2 按键的组成形式本方案采用3X4矩阵式键盘。矩阵式键盘由行线、列线及位于行列线交叉点的按键等部分组成。矩阵式键盘由于其矩阵式结构，单片机一个I/O口的状态已不能满足要求，需通过连接到键盘上的两根I/O口线的状态来共同确定按键的状态。采用行线和列线信号的状体分别处理，综合考虑方可确定按键闭合的位置。1.3键盘的抖动、干扰和消除当按键被按下时会产生前沿抖动，当按键弹起时会产生后沿抖动。其抖动波形如图1所示。这是机械式触点式按键的共性。抖动时间的长短取决于按键的机械特性和操作状态。一般为10100ms，这是在设计程序时必须考虑的一个重要参数。按键闭合的时间取决于操作人员的按键时间，一般为零点几秒到几秒之间。为消除抖动的影响，可采用硬件消抖和软件消抖。本方案采用软件消抖的方法。软件消抖的基本原理是当检测出有按键被按下时，先执行一个延时程序以产生数毫秒的延时（一般为1020ms）,待接通时间的前沿抖动消失后在判别按键是否还被按下。当按键释放时也需延时数毫秒,待后沿抖动消失后再判别按键是否真正释放。1.4键盘的工作过程键盘工作过程一般分为以下几个过程：单片机判断键盘是否有按键被按下；消除按键抖动；确定有按键被按下并且按键已弹起；确定按键的位置；进行键值译码，即执行相应键的操作；当有两个及两个以上按键同时被按下时执行先按下按键的相应操作。1.5键盘的识别方式键盘的扫描方式主要有主动扫描方式、中断触发方式和定时扫描方式等。本方案采用主动扫描方式。CPU对键盘的扫描采取此方式时，一旦进入键扫描状态，则反复地扫描键盘，等待用户从键盘上输入命令或数据，而在执行键入命令或处理键入数据过程中，CPU将不再相应键入要求，直到CPU返回重新扫描键盘为止。 1.6键盘的判别方法矩阵式键盘按键位置的判别方法主要有：扫描法和线反转法。本方案采用行扫描法。扫描法的基本过程是快速判断是否有按键被按下。逐行置零电平其余各行置为高电平，检查各列线电平的状态，此时，如果读到某一列电平变为零电平，则可确定此列与当前输出为零的行的交叉点上的按键被按下。即获得了被按下的键所处的行号与列号，根据行号与列号置信息便可得到当前按键的位置或键值。2Msc-51单片机与8255A芯片的连接2.1 Msc-51单片机的并行I/O口扩展51单片机功能较强，使用方便。但对于一些较大的应用系统来说，它毕竟是一块集成电路芯片，其内部功能略显不足，这时就需要在片外扩展一些外围功能芯片。在51单片机外围可以扩展存储器芯片、I/O口芯片及其他功能芯片。 51单片机共有4个并行I/O口，51单片机可提供给用户使用的外部扩展端口只有P1口和P3口部分口线，因此很多系统在进行设计时需要进行I/O口扩展。2.2 Msc-51单片机的并行I/O端口P0口和P2口可以作为并行扩展总线，可以扩展I/O口。P2口输出高8位地址A8A15，具有输出锁存功能，保留高8位的地址信息。P0作为地址/数据分时复用通道口，为保存地址信息，需外加地址锁存器低8位的地址信息，有地址锁存允许信号ALE的下降沿控制锁存操作。2.3 8255A可编程并行I/O口扩展（1）引脚说明D7D0三态双向数据线：与单片机数据总线连接，用来传输数据信息。/CS：片选信号线，低电平有效，表示芯片被选中/RD：读出信号线，低电平有效，控制数据的读出/WR：写入信号线，低电平有效，控制数据的写入PA7PA0：A口输入/输出线PB7PB0：B口输入/输出线PC7PC0：C口输入/输出线A1A0：地址线，用来选择8255内部端口扩展（2）工作方式选择8255有三种工作方式：方式0：基本输入输出方式1：选通输入输出方式2：双向传送工作方式的选择由工作方式控制字来决定。方式控制字的格式如下：D7D6D5D4D3D2D1D0置方式标志1：有效方式选择00：方式001：方式11X：方式2端口A1：输入 0：输出端口C（上半部）1：输入 0：输出方式选择1：方式10：方式0端口B1：输入0：输出端口C（下半部）1：输入0：输出2.4 Msc-51单片机与8255的连接连接时注意需要连接74LS373做地址锁存器。P0口为复用口，先输出低8位地址A0A7，用ALE信号的负跳变将A0A7打入地址锁存器以后，接着P0口作为数据总线使用传送数据。/G为数据锁存线：当/G为高电平时，输入与输出直通。当/OE为低电平时，输出三态门导通。3.硬件连接与程序3.1元器件选择以及硬件连接图本方案硬件由80C51单片机、接口芯片8255、12个按键构成3X4键盘、一个共阳极七段LED数码管，74LS373地址锁存器，若干电阻，电容等组成。其中8255的PA口为基本输出口，输出列状态。PC口为基本输入口，输入行状态。51单片机的P1口连接数码管。P0口接地址寄存器以及8255A芯片的D0D7口。硬件连接图如下：3.2 3X4键盘工作流程图以及相关程序 MOV DPTR,#7F03H ;DPTR作地址指针，指向控制口MOV A,#81H ;PA口输出，PC口输入，方式控制字应为81H（10000001B）MOVX DPTR,A ; 将81H写入控制寄存器KEY1:ACALL KS1;调用判断有无键按下子程序JNZ LK1;有按键按下时，（A）不等于0转消抖延时AJMP KEY1;无按键按下时返回LK1: ACALL TM12ms ;调12ms延时子程序ACALL KS1;查有无按键按下，若有，则确认按下JNZ LK2;键（A）不等于0逐列扫描AJMP KEY1;不是真有按键按下，则返回LK2:MOV R2,#0FEH;令第0列低电平MOV R4,#00H;将初始列（第0列）列号送入R4LK4:MOV DPTR,#7F00H ;DPTR指向PA口MOV A,R2 ;列扫描字送至8255A的PA口MOVX DPTR,AINC DPTR ;DPTR指向PC口INC DPTRMOVX A,DPTR ;从PC口读入行状态JB ACC.0,LONE ;若第0行无按键按下，则跳转至第一行MOV A,#00H;若第0行有按键按下，将00H赋值给AAJMP LKP;转求键码LONE:JB ACC.1,LTWO;查第1行无按键按下，转查下一行MOV A,#01H;第一行有按键按下，将01H赋值给AAJMP LKP;转求键码LTWO:JB ACC.2,NEXT;查第2行无按键按下，转查下一列MOV A,#02H;第2行有按键按下，将02H赋值给ALKP:;求键码，键码=行号x列数+列号 MOV B,#04H;共有4列 MUL AB;行号x列数 ADD A,R4PUSH ACC;键码进栈保护LK3:ACALL KS1;等待键码释放JNZ LK3;键未释放，等待POP ACC;键释放，键码赋值给AMOV DPTR,#TAB1;送段码表头地址 MOVC A,A+DPTR MOV P1, A;在P1口显示TAB1: DB 0C0H, 0F9H, 0A4H, 0B0HDB 99H,92H,82H,0F8H,80H,90H ,88HDB 83H, 0C6HRETNEXT:INC R4 ;准备扫描下一列，列号加1MOV A,R2 ;将列号送给AJNB ACC.3,KEND;判断3列扫描否？扫描完返回RL A;扫描字左移一位，变为下一扫描字MOV R2,A;扫描字送入R2AJMP LK4;转下一扫描KEND:AJMP KEY1KS1:MOV DPTR,#7F00H ;DPTR指向8255A的PA口MOV A,#00H;列状态全部置为低电平MOVX DPTR,AINC DPTR ;DPTR指向8255的PC口 INC DPTRMOVX A,DPTRCPL A;变正逻辑，以高电平表示有键按下ANL A,#0FH;屏蔽高4位，只保留低4位行线值RET;出口状态：（A）不等于0时有键按下;延时子程序TM12ms: MOV R7,#18HTM: MOV R6,#0FFHTM6: DJNZ R6,TM6DJNZ R7,TMRET4.心得体会 首先很高兴自己做的设计可以成功运行，这几天的努力终于有了成果。此次课程设计，第一次通过自己查询专业相关知识，研究消化专业内容，将老师上课所授与自学真正的运用在实践中。所以，当课设完成后，感觉自己收获了很多实实在在的专业知识，曾经冷冰冰的书本也不再是考试的工具。总结下来，此次设计的重难点有两个：1.程序的设计及其原理2.硬件的连接。此次课程设计，我的设计题目是A05，“运用3X4机械式按键+接口芯片8255构成矩阵式键盘+逐行扫描法+主动扫描方式”。通过阅读单片机教科书以及相关书籍，了解了键盘的工作方式等。随后，又搜集了大量的书籍资料了解8255A芯片的工作方式，引脚作用等。检测按键有效后需要有指示灯显示其有效，于是我简单查询了7段LED数码管的显示位数的原理，以及段码的求法。由于此次设计显示相对简单，我选择了静态驱动方式的数码管。在参考书籍及自我学习掌握了这些后，我便开始了Proteus的电路图设计以及在Keil上编译程序。在画图时，查找资料发现有的51单片机与8255A的连接有地址寄存器，而有的例子没有，但没有细细研究。在keil上编译程序时，发现自己的程序一直有问题。求助同学无果，后来发现即使是没有语法错误，但仍然无法使数码管显示，确定是逻辑错误，却发现自己并没有认真研究程序。随后认真学习研究了逐行扫描的一个例子后，终于很清楚地明白了自己的程序错在哪里，发现自己之前想走捷径的方法实在是吃力不讨好。而此时自己对于这个设计的兴趣大大的增强了。但是此时却不知道8255A的PA口地址是多少，于是求助老师，经提点，才发现自己对于51单片机的I/O端口的扩展并没有认真掌握。阅读书籍后明白地址寄存器的作用，以及4个I/O端口的作用，掌握了PA口地址的求法终于选择A口输出，C端口输入,得出A、B、C端口和控制字的地址分别为7F00H、7F01H、7F02H和7F03H。在熟练掌握硬件连接以及程序思想后，很有自信地将硬件以及程序纠错，最后成功地运行了出来。看到数码管显示相应的数字后，我的欣喜是无以言表的。虽然这次的课程设计只是一个简单的设计，但是我这是我第一次用所学专业知识做出实际的东西。在做设计的时候，发现自己有些老师上课教授过的知识还有所欠缺，也发现自我学习是多么重要的事情此次课程设计收获颇多，学到最重要的事情就是，一问地追求捷径，反而是在给自己铺设障碍。参考文献：1 李华.MCS-5