单片机课程设计-矩阵键盘和显示系统.docx

武汉理工大学单片机实训报告书目录摘要1第一章 实习目的及要求1第二章 硬件电路22.1单片机最小系统22.1.1单片机最小系统原理22.1.2原理框图22.1.3 STC89C52RC的介绍22.1.4时钟电路52.1.5 复位电路62.2LED部分显示电路62.3 USB下载部分电路72.4数码管显示电路82.5 矩阵键盘电路82.6蜂鸣器电路92.7红外接收模块10第三章 电路板的焊接10第四章 电路的调试114.1 电源与下载部分调试114.2 LED模块调试114.3 数码管模块调试114.4 矩阵键盘的调试12第五章 个人总结和体会13第六章 参考文献14摘要单片机（Microcontrollers）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/计数器等功能（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300M的高速单片机。随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术,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，结合不同种类的传感器，可实现诸如电压、湿度、温度、速度、硬度、压力等的物理量的测量。本文主要介绍了基于AT89C52RC单片机的一个矩阵键盘和显示系统。本文详细描述了以单片机最小系统为基础，利用进行电路设计，利用Keil C51 uVision4集成开发环境进行软件程序的编写，并进行电路焊接、电路仿真和电路调试的过程。关键词：单片机 矩阵键盘 数码管 1602LED显示屏全套设计加扣3012250582 第一章 实习目的及要求1 基本系统：在51单片机开发系统PCB电路板上完成电子元器件的焊接、调试、程序下载，并实现数码管显示、矩阵键盘扫描、中断程序、定时器程序、串口通讯等基本功能；2 显示功能：焊接电路并实现对1602液晶屏的显示功能，要求能滚动显示字符；3 输出控制：焊接电路并实现对继电器的控制功能；4 数据采集：焊接电路并实现对AD0832的数据采集功能；第二章 硬件电路2.1单片机最小系统2.1.1单片机最小系统原理 单片机最小系统,或者称为最小应用系统，是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。对51系列单片机来说，最小系统一般应该包括：单片机、晶振电路、复位电路、按键输入、显示输出等。单片机接口电路主要用来连接计算机和其它外部设备。本次设计主要完成的扩展电路包括矩阵键盘、数码管显示电路、温度检测电路和串口电路。2.1.2原理框图图2.1.2 系统原理框图2.1.3 STC89C52RC的介绍 STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能COMOS8的微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制作技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。其引脚图如下图所示。图2.1.3 STC89C52引脚图STC89C52RC引脚功能说明：VCC（40引脚）：电源电压VSS（20引脚）：接地P0端口（P0.0P0.7，3932引脚）：P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0写入“1”时，可以作为高阻抗输入。在访问外部程序和数据存储器时，P0口也可以提供低8位地址和8位数据的复用总线。此时，P0口内部上拉电阻有效。在Flash ROM编程时，P0端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电阻。P1端口（P1.0P1.7，18引脚）：P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。P1的输出缓冲器可驱动（吸收或者输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这是可用作输入口。P1口作输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流。在对Flash ROM编程和程序校验时，P1接收低8位地址。P2端口（P2.0P2.7，2128引脚）：P2口的基本功能和P1端口相同。在访问外部程序存储器和16位地址的外部数据存储器时，P2送出高8位地址。在访问8位地址的外部数据存储器时，P2口引脚上的内容在整个访问期间不会改变。在对Flash ROM编程和程序校验期间，P2也接收高位地址和一些控制信号。P3端口（P3.0P3.7，1017引脚）：P3口的基本功能和P1端口相同。在对Flash ROM编程或程序校验时，P3还接收一些控制信号。RST（9引脚）：复位输入。当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成单片机单片机的复位初始化操作。看门狗计时完成后，RST引脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/（30引脚）：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在Flash编程时，此引脚（）也用作编程输入脉冲。（29引脚）：外部程序存储器选通信号（）是外部程序存储器选通信号。当AT89C51RC从外部程序存储器执行外部代码时，在每个机器周期被激活两次，而访问外部数据存储器时，将不被激活。/VPP（31引脚）：访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，必须接GND。注意加密方式1时，将内部锁定位RESET。为了执行内部程序指令，应该接VCC。在Flash编程期间，也接收12伏VPP电压。XTAL1（19引脚）：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2（18引脚）：振荡器反相放大器的输入端。2.1.4时钟电路图2.2.4 时钟电路引脚图XTAL1（19 脚） ：芯片内部振荡电路输入端。XTAL2（18 脚） ：芯片内部振荡电路输出端。XTAL1 和XTAL2 是独立的输入和输出反相放大器，它们可以被配置为使用石英晶振的片内振荡器，或者是器件直接由外部时钟驱动。图2-2 中采用的是内时钟模式，即采用利用芯片内部的振荡电路，在XTAL1、XTAL2 的引脚上外接定时元件（一个石英晶体和两个电容），内部振荡器便能产生自激振荡。一般来说晶振可以在1.2 12MHz 之间任选，甚至可以达到24MHz 或者更高，但是频率越高功耗也就越大。在本实验套件中采用的11.0592M 的石英晶振。和晶振并联的两个电容的大小对振荡频率有微小影响，可以起到频率微调作用。当采用石英晶振时，电容可以在20 40pF 之间选择（本实验套件使用30pF）。2.1.5 复位电路图2.2.5 复位电路电路图在单片机系统中，复位电路是非常关键的，当程序跑飞（运行不正常）或死机（停止运行）时，就需要进行复位。5l 系列单片机的复位引脚RST（ 第9 管脚） 出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果RST 持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。复位操作通常有两种基本形式：上电自动复位和开关复位。图2-2 中所示的复位电路就包括了这两种复位方式。上电瞬间，电容两端电压不能突变，此时电容的负极和RESET 相连，电压全部加在了电阻上，RESET 的输入为高，芯片被复位。随之+5V电源给电容充电，电阻上的电压逐渐减小，最后约等于0，芯片正常工作。并联在电容的两端为复位按键，当复位按键没有被按下的时候电路实现上电复位，在芯片正常工作后，通过按下按键使RST管脚出现高电平达到手动复位的效果。一般来说，只要RST 管脚上保持10ms 以上的高电平，就能使单片机有效的复位。图中所示的复位电阻和电容为经典值，实际制作是可以用同一数量级的电阻和电容代替。2.2LED部分显示电路如图2.2.1所示，LED显示采用的是共阴极连接，所以输入高电平时LED灯亮。图2.2,1 LED显示电路2.3 USB下载部分电路USB下载不部分是否正常，是电脑能否识别单片机，能否从电脑总下载程序金单片机的关键。单片机软件开发里面第一步当属下载程序了，如果这一步都有问题，那么后面的一切便无从谈起。单片机的TXD、RXD是TTL电平，所以你得万变不离其宗的将其它信号转成TTL电平，只有这样给单片机下载程序才有可能成功！其中CH340、PL2303等芯片是直接将USB信号转换为TTL电平，而MAX232等芯片是将TTL转换为RS232信号或者将RS232信号转换为TTL。其电路图如下所示。图2.3.1 USB下载部分电路图2.4数码管显示电路数码管的a到g七个发光二极管，加正电压的发光，加零电压的不能发光，不同亮暗的组合就能形成不同的字形，这种组合称为字形码。共阳极和共阴极的字形码不同。图2.4 数码管显示电路如上图所示，6个数码管的段选和位选都是由单片机的P0口控制的，因此用了两个锁存器74HC573分别来实现6个数码管的段选和位选。由于此时用的P0口作为输出口，因此要在P0.0-P0.7上各接一个10k的上拉电阻，才能保证共阴数码管正常工作。一、元件选取：显示电路选取六个共阴的7段LED数码管，并用两个锁存器74HC573分别实现段选和位选。2.5 矩阵键盘电路一个4X4的矩阵键盘，其中，10个按键是09数字键；另外6个是功能键，对应的是AF,用于功能选择和控制。图2.5 矩阵键盘电路图如图所示，4X4矩阵键盘的行和列分别与单片机的P1口的高四位和低四位相连，然后采用程序逐行逐列扫描来识别具体是哪一个按键按下，从而实现相应的功能。2.6蜂鸣器电路图2.6 蜂鸣器设计电路图2.7红外接收模块图2.7 红外接收模块电路图第三章 电路板的焊接本次电路板焊接根据已经制好的电路板，遵循着先大后小，先易后难的原则，并且在焊接过程中检验焊接是否有效，是否短接，主要焊接的部分如下：电源部分单片机最小系统部分USB下载部分矩阵键盘部分数码管部分开关部分LED灯部分1602液晶显示屏部分红外接收部分蜂鸣器部分还有其他的扩展功能，如ADC部分第四章 电路的调试本过程主要是检测焊接电路板是否能正常工作，如电脑是否能识别USB接口，是否能从电脑中正常的下载程序，LED灯是否能被点亮等等4.1 电源与下载部分调试当单片机利用USB线与电脑相连时，电源指示灯能被点亮，说明电源部分的焊接正常，但电脑却检测不到USB接口的接入，说明USB下载部分有问题。这两个部分，需要用到万用表来检测是否电路焊接有短路或者断路，经过多次检测，最终发现U6的8接口与Y2的2接口处发生断路，这属于板子内部的线路问题，只能在外部跳一根线来解决这个问题。当线跳好之后，果然电脑能够正常识别USB，且能下载程序进入单片机。4.2 LED模块调试为了检测LED灯是否能正常工作我编写了一个很简单的程序来检测。/单片机LED调试程序#includevoid main()P1=0xaa;/点亮D6,D8,D10,D12,其他为黑将P1与LED部分的JP3相连。检测结果为D6，D8，D10,D12被点亮，其他几个灯熄灭，符合程序设计。所以LED部分焊接无误。4.3 数码管模块调试同样的，这里的检测也用到了一个简单的程序来检测数码管是否能正常工作。/单片机数码管调试程序#include#define duan P0#define wei P2void main()duan=0x06;wei=0xaa;/*(1和3号数码管显式1)*/P2口高4位接数码管部分J5，P0口接J20。检测的结果为1和3的数码管显示数字1，另外2个不显示，与程序相符合，所以数码管的焊接也是对的，没有出现问题。4.4 矩阵键盘的调试为了检测矩阵键盘是否焊接正常，需要用到数码管模块，所以必须保证数码管部分焊接无误。同样，我也编写了一个程序来检测该模块是否焊接正常。/矩阵键盘功能检测#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned charchar code tabel=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;uchar scan=0x7f,0xbf,0xdf,0xef;void delay(uint);void main()uchar col,row,dig;uchar rowkey,kcode;while(1)P2=0x00;for(col=0;col0;x-)for(y=z;y0;y-);将矩阵键盘模块JP1与单片机的P1端口连接，数码管的段选J20与P0端相连，位选J5与P2的高4位相连。最终在矩阵键盘上按不同的键在数码管上分别显示不同的数字。说明矩阵键盘焊接正常。第五章 个人总结和体会通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关单片机方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，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，但可喜的是最终都得到了解决。不过没想到这项看起来不需要多少技术的工作却是非常需要耐心和精力在这么多天我已明白课程设计对我来说的意义，它是让我们把所学的理论知识与实践相结合起来，提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。 要做好一个课程设计，就必须做到：在设计程序之前，对所用单片机的内部结构有一个系统的了解，知道该单片机内有哪些资源；要有一个清晰