矩阵键盘控制数码管

专业综合设计报告专业综合设计报告 项目名称 基于矩阵键盘和 LED 数码管显示器的简易 人机界面设计 学生姓名 同组同学 专业名称 班 级 指导教师 项目起止日期 2012 年 03 月 12 日至 2012 年 03 月 30 日 目录目录 摘要 3 1 概述 3 2 总体设计方案 3 2 1 总体设计要求 3 2 2 系统框图 4 3 系统硬件设计 4 3 1 单片机的最小系统 5 3 1 1 电源电路 5 3 1 2 复位电路 5 3 1 3 晶振电路 6 3 2 LED 数码管显示部分 6 3 3 矩阵键盘 7 3 3 1 键盘的工作原理 7 3 3 2 键盘检测原理 7 4 系统软件设计 9 4 1 软件设计思想 9 4 2 主程序设计 10 4 3 子程序设计 11 4 3 1 数码管显示程序设计 11 4 3 2 键盘检测程序设计 11 4 3 3 延时函数程序设计 14 5 系统调试 14 6 设计体会 15 参考文献 15 摘要摘要 单片机自 20 世纪 70 年代以来 以其极高的性价比 以及方便小巧受到人 们极大的重视和关注 本设计选用 AT89S52 芯片作为控制芯片 来实现矩阵键 盘对 LED 数码管显示的控制 通过单片机的内部控制实现对硬件电路的设计 从 而实现对 4 4 矩阵键盘的检测识别 用单片机的 P3 口连接 4 4 矩阵键盘 并 以单片机的 P3 0 P3 3 口作键盘输入的列线 以单片机的 P3 4 P3 7 口作为 键盘输入的行线 然后用 P0 0 P0 7 作输出线 通过上拉电阻在显示器上显示 不同的字符 0 F 在硬件电路的基础上加上软件程序的控制来实现本设计 其工作过程为 先判断是否有键按下 如果没有键按下 则继续检测整个程序 如果有键按下 则识别是哪一个键按下 最后通过 LED 数码管显示该按键所对 应的序号 关键词关键词 AT89S52 芯片 4 4 矩阵键盘 键盘识别 LED 数码管 1 1 概述 概述 随着单片机系统的日益更新 以及人们对产品的人机交互能力的不断 提高 使得单片机系统的人机界面设计能力成为学习单片机的一项重要的 基础内容 而 4 4 键盘的操作和 LED 数码管的动态显示是人机界面设计中 最基础的内容 掌握这些基础的设计能力对以后的学习研究是非常必要的 2 2 总体设计方案 总体设计方案 2 12 1 总体设计要求总体设计要求 本系统采用单片机 AT89S52 为数码管的控制核心 制造一种简单的 4 4 键 盘检测显示 能够在目测条件下四位数码管各段亮度均匀 充足 本系统具有 硬件少 结构简单 容易实现 性能稳定可靠 成本低等特点 根据设计要求 确定的设计方案如下 2 1 1 选择 AT89S52 单片机作为整个系统的核心器件 对整个系统进行总 体控制 发送并实时处理系统信息 2 1 2 通过编程显示字符 0 F 2 1 3 当检测有按键按下时数码管显示与该按键相对应的字符 2 1 4 键盘检测信号连接到单片机的 P3 口 显示信号连接到单片机的 P0 口 2 1 5 数码管点亮过程有程序控制 P2 4 P2 5 P2 6 P2 7 分别作为四位 数码管的位选 数码管采用直接驱动方式 共阳极接法 2 22 2 系统框图系统框图 本设计行 列驱动电路 显示屏电路 运用单片机的智能化 系统将每个功能 电路模块连接在一起 总体结构设计如下图 2 1 所示 AT89S52 键键盘检测 数码管显示 3 3 系统硬件设计 系统硬件设计 本系统的硬件电路是由单片机最小系统 按键电路 数码管显示电路三部 图 2 1 系统框图 分组成 其中 单片机最小系统包括电源电路 复位电路和晶振电路构成 按 键电路采用独立编码方式 显示部分使用共阳型高台扫描 高态显示信号驱动 电路 完成数字效果 3 13 1 单片机的最小系统单片机的最小系统 3 1 13 1 1 电源电路电源电路 电源是一切器件工作的根本 有一个稳定的电源是很重要的 由于单片机 和数码管的功耗都很小 所以本设计选用单片机下载线直接供电 实验证明单 片机和数码管的工作正常 如图 3 1 所示 电源模块 图 3 1 3 1 23 1 2 复位电路复位电路 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 4 75 5 25V 由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 VCC 超过 4 75V 低于 5 25V 以及晶体 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 3 2 所示 图 3 2 3 1 33 1 3 晶振电路晶振电路 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 3 3 所示 图 3 3 3 23 2 LEDLED 数码管显示部分数码管显示部分 数码管采用的是共阳极的四位数码管 由 P2 端口的 4 5 6 7 口分别作 为四位数码管的位选 P0 端口作为四位数码管的位选 数码管电路图如图 3 4 所示 图 3 4 3 33 3 矩阵键盘矩阵键盘 3 3 13 3 1 键盘的工作原理键盘的工作原理 按键设置在行 列线交点上 行 列线分别连接到按键开关的两端 无按 键按下时 行线处于高电平的状态 当有按键按下时 行线电平由此行线相 连的列线电平决定 3 3 2 键盘检测原理 键盘的检测 首先要解决的问题是键盘抖动现象 如图 3 5 所示 消抖的 方法有两种 软件消抖和硬件消抖 由于硬件消抖结构比软件复杂 所以本设 计采用的是软件消抖的方法 既在程序中加入 5 毫秒的延时 延时后再次返回 P3 的值二次判断是否有键盘按下 图 3 5 首先 将 0 xfe 赋于 P3 口 此值是用于检测矩阵键盘的第一行按键 然后 看 P3 P2 0 x0f 数码管位选 让四个数码管都亮 P0 0 xbf 数码管段选 程序刚开始数码管显示 while 1 死循环 始终执行键盘检测和数码管的显示 P0 table keyscan 1 数码管的显示 调用键盘检测函数 图 4 3 主程序流程图 4 34 3 子程序设计子程序设计 本设计的子程序包括数码管显示程序 按键检测程序 延时程序三种 下面依次详细介绍 4 3 14 3 1 数码管显示程序设计数码管显示程序设计 将 0 F 字符的十六进制码编好 放入数组 table 中 在程序开始时数 码管显示 当有按键按下时 则数码管显示与该按键相对应的 字符 数码管显示子程序如下 Uchar code table 0 xc0 0 xf9 0 xa4 0 xb0 0 x99 0 x92 0 x82 0 xf8 0 x80 0 x90 0 x88 0 x83 0 xc6 0 xa1 0 x86 0 x8e 0 xbf P2 0 x0f 数码管位选 让四个数码管都亮 P0 table keyscan 1 调用键盘检测函数 4 3 24 3 2 键盘检测程序设计键盘检测程序设计 系统中采用 4 4 矩阵键盘 在 P3 口接按键 P0 端口控制数码管显示 在 键盘检测函数里 依次送出列检测信号 而每组列检测信号输出后 即读取按 键状态 若有按下按键 则进行键值的判断与计算 再将其对应的字符信号送 入数码管显示 部分键盘检测子程序如下 uchar keyscan 键盘检测部分 P3 0 xfe temp P3 temp temp while temp 0 xf0 delay 5 延时 5 毫秒 消抖 temp P3 temp temp while temp 0 xf0 再次确认是否有按键按下 temp P3 switch temp case 0 xee num 1 如果 P3 0 xee 则检测到键盘 第一个键按下 以下同理 break case 0 xde num 2 break case 0 xbe num 3 break case 0 x7e num 4 break while temp 0 xf0 temp P3 temp temp P3 0 xfd temp P3 temp temp while temp 0 xf0 delay 5 延时 5 毫秒 消抖 temp P3 temp temp while temp 0 xf0 再次确认是否有按键按下 temp P3 switch temp case 0 xed num 5 如果 P3 0 xed 则检测到键盘 第五个键按下 以下同理 break case 0 xdd num 6 break case 0 xbd num 7 break case 0 x7d num 8 break while temp 0 xf0 temp P3 temp temp return num 4 3 34 3 3 延时函数程序设计延时函数程序设计 本设计采用有返回值的延时函数 延时函数如下 void delay uint z 有返回值的延时函数 uint x y for x z x 0 x for y 110 y 0 y 5 5 系统调试 系统调试 此次系统设计的结果很好 数码管和键盘都能按原先设想的工作 这个 方案设计的 4 4 键盘检测显示字符 电路简单 成本较低 且较容易扩展 数 码管各段亮度均匀 充足 显示字符稳定 清晰无串扰 在 KEIL 软件中的仿真 如图 5 1 所示 图 5 1 6 6 设计体会设计体会 通过此次课程设计 让我学到了许多不知道的知识 在单片机的基本功能 数码管的显示 矩阵键盘的使用 还有其他元器件的选用有了一个较清晰的认 识 在程序设计的思路 理论到实践的运用能力有了很大提高 通过这次课程 设计的学习 我有了一定的实践经验和理论基础 让我位以后的学习奠定了基 础 在设计思路上 通过查阅资料了解到许多方法 认识到程序形式的多样性 认识到