项目7 模拟电子闹钟的设计.ppt

1、电子工业出版社,单片机控制技术 项目式教程 （C语言版）,电子工业出版社,项目7 模拟电子 闹钟的设计,能了解常用键盘的分类； 能掌握键盘的工作原理； 能理解矩阵键盘的识别和控制方法； 能掌握秒表的设计方法； 能掌握模拟闹钟的设计方法； 能熟练编写键盘识别程序。,学习目标,叙述键盘的类别和工作原理； 叙述矩阵键盘的识别方法； 设计秒表的硬件电路和控制程序； 设计模拟闹钟的硬件电路和控制程序。,工作任务,任务7.1 键盘的应用,项目7 模拟电子闹钟的设计,任务7.2 电子秒表的设计,项目拓展 实验板简易电子琴的设计,项目小结,思考与训练,任务7.3 模拟电子闹钟的设计,单片机与键盘的接口及其软件

2、的任务主要包括以下几个方面：,键盘概述 是一种常见的输入设备，根据按键的识别方法分类，键盘有编码键盘和非编码键盘两种。 根据键盘的结构分类，键盘可分为独立式按键键盘和行列式按键键盘。,任务7.1 键盘的应用,（）检测并判断是否有键按下； （）按键开关的延时去抖动功能； （）计算并确定按键的键值； （）程序根据计算出的键值进行一系列的动作处理和执行,7.1.1独立键盘控制LED的点亮,7.1.1.1 独立键盘的工作原理,独立式按键键盘的每个按键都单独接到单片机的一个I/O口上，通过判断按键端口的电位即可识别按键操作。 例如：K1键的一端接地，另一端接P1.0，当K1键按下，P1.0端口就会检测到

3、低电平“0”信号，否则检测到的应该是高电平“1”信号。所以一旦查询到P1.0口为“0”就说明K1键按下了，也就是识别了按键。,7.1.1独立键盘控制LED的点亮,7.1.1.1 独立键盘的工作原理,在按键被按下或释放时按键会出现抖动现象，这种现象会干扰按键的识别。因此需要对按键进行消抖动处理，也称为去抖动。按键去抖动一般有硬件和软件两种方法。,7.1.1独立键盘控制LED的点亮,7.1.1.1 独立键盘的工作原理,硬件去抖通常采用R-S触发器或单稳电路构成去抖电路。每一个按键都要连接一个硬件去抖动的电路，所以当电路中按键较多时电路就显得十分复杂。,硬件去抖,7.1.1独立键盘控制LED的点亮,

4、7.1.1.1 独立键盘的工作原理,判断按键被按下后，加一个10ms的延时程序，待按键稳定后，再次检测按键，按键仍处于被按下状态，就可以确认确实有按键被按下。,软件去抖,7.1.1.2 独立键盘控制LED的点亮,应用实例1： 要求K1或K2按下时D1或D2点亮，松开时对应LED熄灭；K3或K4按下并释放时D3或D4点亮，再次按下并释放时对应LED熄灭。,操作实例,源程序编写如下： /宏定义 #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int /端口位定义 sbit D1=P0_0; sbit D2=P0_1; sbit

5、D3=P0_2; sbit D4=P0_3; sbit K1=P1_0; sbit K2=P1_1; sbit K3=P1_2; sbit K4=P1_3;,/延时1ms子程序 void DelayMS（uint x) uchar i; while(x-) for(i=0; i120; i+); ,/按键控制LED灯主程序 void main（） P1=0 xFF; /让P1口处于高电平状态 P0=0 xFF; /让P0口处于高电平状态 while(1) D1=K1; /将K1按下后P1.0的值直接送给P0.0去点亮D1 D2=K2; /将K2按下后P1.1的值直接送给P0.1去点亮D2 if

6、(K3=0) /判断K3是否按下 while(K3=0); /等待K3释放 D3=D3; if(K4=0) /判断K4是否按下 while(K4=0); /等待K3释放 D4=D4; DelayMS(10); ,7.1.2 矩阵键盘控制数码管显示,7.1.2.1 矩阵键盘的工作原理,矩阵键盘由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上。 如图所示，1个44的行、列结构可以构成1个含有16个按键的键盘。在按键数量较多的场合，矩阵键盘与独立键盘相比要节省很多I/O口线。,7.1.2 矩阵键盘控制数码管显示,7.1.2.1 矩阵键盘的工作原理,矩阵键盘的按键识别方法： 扫描法和线反转法,扫描法,第一步

7、：识别键盘是否有键闭合,第二步：识别具体闭合的按键,7.1.2 矩阵键盘控制数码管显示,7.1.2.1 矩阵键盘的工作原理,扫 描 法,图7.7按键扫描流程图,7.1.2.1 矩阵键盘的工作原理,线反转法,第一步：将行线编程为输入线，列线编程为输出线，并使输出线输出为全零电平，则行线中电平由高到低所在行为按键所在行。,第二步：将行线编程为输出线，列线编 程为输入线，并使输出线为全零电平， 则列线中电平由高到低所在列为按键所 在列。,综合一二步的结果可确定按键所在行和列，从而识别出所按的键。,7.1.2 矩阵键盘控制数码管显示,7.1.2.1 矩阵键盘的工作原理,矩阵按键键盘常用的有2种编码方式

8、：,（1） 对于矩阵式键盘，按键的位置由行号和列号确定，分别对行号和列号进行二进制编码，然后将两值合成1个字节，高4位表示行号，低4位表示列号。如12H表示第1行第2列的按键。 （2）采用依次排列键号的方式对按键进行编码。以44键盘为例，可以将键号编码为：0 x00、0 x01、0 x02、0 x0D、0 x0E、0 x0F共16个。,7.1.2 矩阵键盘控制数码管显示,7.1.2.1 矩阵键盘的工作原理,对键盘的控制方式主要有：定时扫描 中断扫描,定时扫描就是每隔一定的时间读取一次键盘I/O 口状态。 中断方式下，当有键按下时，就会有一根行线被拉为低电平，经过与门之后就会触发一次外中断，这种

9、方式避免了对键盘的空扫描，可以提高CPU 的效率。,任务操作,1任务要求,设计一个电路，AT89C51单片机的P1口连接一个44矩阵键盘，其中P1.0P1.3为行线，P1.4P1.7为列线，P0端口连接一只共阴极的一位数码管，要求按下一只按键时在数码管上显示器对应的键号，如按下K1则显示“1”，按下K2则显示“2”， 按下KF则显示“F”。,2任务分析,矩阵键盘按键特征码值表,3任务设计,（1）器件的选择,矩阵键盘设计器件列表,（2）硬件原理图设计,（3）软件程序设计,源程序编写如下： /宏定义 #include #include #define uchar unsigned char /0F

10、的数码管共阴极段码表 uchar code DSY_CODE=0 x3F, 0 x06, 0 x5B, 0 x4F, 0 x66, 0 x6D, 0 x7D, 0 x07,0 x7F, 0 x6F, 0 x77 , 0 x7C , 0 x 39, 0 x5E , 0 x79 , 0 x71 ； /矩阵键盘按键特征码表 uchar code KeyCodeTable=0 x11,0 x12,0 x14,0 x18,0 x21,0 x22,0 x24, 0 x28, 0 x41,0 x42,0 x44,0 x48,0 x81,0 x82,0 x84,0 x88; /延时子函数 void Delay

11、( ) uchar i ; for(i = 0; i200;i+); ,/矩阵键盘扫描子函数 uchar Keys_Scan( ) uchar sCode, kCode, i, k; P1=0 xF0; /低4位置0，放入四行 if (P1 ,/主函数 void main ( ) uchar KeyNo = 1; /按键序号，表示无按键 while (1) KeyNo = Keys_Scan( ); /扫描键盘获取按键序号KeyNo if (KeyNo != 1) P2 = code DSY_CODEKeyNo； /数码管显示按键序号 ,任务7.2 电子秒表的设计,1任务要求,设计一只电子秒表

12、，从0秒计到59秒，并用两只一位的共阴极数码管实时显示当前的秒数，按键控制秒表的启动和清零。,2任务分析,采用T0的定时工作方式1，则TMOD=0 x01，由于晶体振荡频率为12MHz，机器周期就为1us，设置定时时间为 50000us（50ms），反复计数20次就为1s。 把计数的实时数值用两只一位的共阴极数码管显示，采用静态的显示方式，计数值的十位和个位分别显示在不同的数码管上即可。 在任意的两根口线上分别连接一只轻触按键，分别控制秒表的启动和数码管清零。,3任务设计,（1）器件的选择,电子秒表设计器件列表,（2）硬件原理图设计,（3）软件程序设计,源程序编写如下： /宏定义 #inclu

13、de #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit K1=P32; sbit K2=P33; /09的数码管共阴极段码表 uchar code DSY_CODE=0 x3F, 0 x06, 0 x5B, 0 x4F, 0 x66, 0 x6D, 0 x7D, 0 x07,0 x7F, 0 x6F； /延时1ms子程序 void DelayMS（uint x) uchar i; While(x-) for(i=0; i120; i+); ,/定时1s子程序 void sTime ( ) uint i; TMOD=0 x01;

14、 /设定时器1为方式0 TH0=(65536-50000)/256; /置定时器初值 TL0=(65536-50000)%256; TR0=1; /启动T1 for(i=0; i=20 ; ) if ( TF0 = 1) /查询计数溢出 i+; TF0=0; TH0=(65536-50000)/256; /重新置定时器初值 TL0=(65536-50000)%256; return ; ,/秒表主程序 void main() uchar s; P0= DSY_CODE0; P2= DSY_CODE0; K1=1; K2=1; while(1) if(K1=0) /K1键按下 DelayMS（1

15、0); /按键去抖动 if(K1=0) /再次检查按键 for (s=1;s=60;s+) /从0到59显示秒数 P0= DSY_CODEs/10; /显示秒的十位 P2= DSY_CODEs%10; /显示秒的个位 sTime (); /调用1s定时 ,if(K2=0) DelayMS（10); /按键去抖动 if(K2=0) /再次检查按键 P0= DSY_CODE0; /十位清零 P2=DSY_CODE0; /个位清零 ,任务7.3 模拟电子闹钟的设计,1任务要求,设计一只模拟电子闹钟，要求用矩阵键盘输入设置，用4位共阳极的数码管显示模拟时间，用蜂鸣器提醒设置的时间已到。,具体要求如下：

16、 （1）用按键K0、K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8、K9输入00009999中的任意一个数值作为设定时间，数值的1表示1s，比如输入0060就表示60s即1分钟，输入0600就表示600s即10分钟。 （2）数值由四位共阳极的数码管动态显示，实时显示当前的数值（时间）； （3）K10键作为开始键，按下后设置的数值以1s的时间间隔减1倒数； （4）K11键作为取消键，按下后取消前面的输入重新设置； （5）当设置的数值减到0时蜂鸣器报警。,2任务分析,采用矩阵键盘：用AT89C51的P1.0P1.3作为矩阵键盘的行线，P1.4P1.7作为列线。 采用一只4位的共阳极数码管，动态地显

17、示模拟的时间，由于4位最大只能显示9999，所以显示的时间范围是09999秒。用AT89C51的P0口连接数码管的段线，用P2.0P2.3连接位线。 由定时/计数器的中断来实现1s定时。可以采用T1的8位自动重装载初值方式2，TMOD为0 x20，采用12MHz晶体，设置定时时间为250us中断，中断4000次就为1s。 键盘一位一位地输入需要设置的时间数值，按下开始键后，定时器开始计数，每过1s数值减1，直到数值减为0则启动蜂鸣器报警。,3任务设计,（1）器件的选择,模拟电子闹钟设计器件列表,（2）硬件原理图设计,主函数main（）： T1初始化子函数init_time1（）：初始化定时器1

18、 T1的1s定时减1中断函数 timer1（）：定时250us 减1子函数plus（）： 动态显示子函数display（）：显示 键盘扫描子函数keyscan（）：矩阵键盘扫描 延时1ms子程序 DelayMS（）：延时1ms。,（3）软件程序设计：模块程序设计,源程序编写如下： /宏定义 #include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit BEEP=P27; /矩阵键盘键值表 uchar code KeyCodeTable=0 x11,0 x21,0 x41,0 x81,0 x12,0 x2

19、2,0 x42,0 x82, 0 x14,0 x24,0 x44,0 x84,0 x18,0 x28,0 x48,0 x88; /共阳极数码管段码表 uchar code DisplayTable=0 xc0,0 xF9,0 xA4,0 xB0,0 x99, 0 x92,0 x82,0 xF8,0 x80,0 x90;,/定义全局变量 uchar digbit;/ 字位 uchar wordbuf4;/ 字型码缓冲区 uchar count;/ 字型码缓冲区计数 int t1count;/ 定时器1计数 /延时1ms子程序 void DelayMS(uint x) uchar i; While

20、(x-) for(i=0; i120; i+); ,/ 键盘扫描子函数 uchar keyscan() uchar sCode, kCode, i, k; P1=0 xF0; /低位行线置 if (P1 ,/减1子函数 void plus() int i; i=wordbuf0*1000+wordbuf1*100+wordbuf2*10+wordbuf3; /将千百十个位合成一整数 i-; if(i=0) /数值减为0时使蜂鸣器响 BEEP=0; wordbuf0=i/1000; /减1后的数值再分为一位一位的放入数组去显示 wordbuf1=i%1000/100; wordbuf2=i%10

21、0/10; wordbuf3=i%10; ,/初始化定时器1函数(定时器1，8位自动重装载初值模式2，250次计数) void init_time1() TMOD=0 x20; TH1=0 x06; TL1=0 x06; EA=1; ET1=1; TR1=1; /定时器1，1s定时减1中断函数 timer1() interrupt 3 t1count+; if(t1count=4000) /进入中断4000次为1s t1count=0; plus(); /调用减1函数 ,/ 数码管动态显示子函数 void display() uchar i; switch (digbit) case 1:i=

22、0;break; case 2:i=1;break; case 4:i=2;break; case 8:i=3;break; default: break; P2= 0 x00; / 关闭显示 P0 = DisplayTablewordbufi; / 送字型码 P2= digbit; / 送字位码 DelayMS (2); if (digbit0 x08) / 共4位 digbit = digbit*2;/ 左移一位 else digbit = 0 x01; ,/ 主函数 void main() int m, j,key; count = 0; / 初始没有输入，计数器设为0 for (j=0

23、;j=0 / 其他按键,switch(m) case 1: if (count4) wordbufcount=key;/ 将按键序号即数字存入数组 P0=DisplayTablekey; / 每次输入一个数字时4位都显示该数 count+; break; case 2: count=5; / 按下开始键就跳出此循环 break; case 3: count = 0; / 计数清零 for (j=0;j4;j+) wordbufj = 0; / 数码管显示0000 P0=DisplayTable0; break; default: break; digbit = 0 x01; init_time

24、1(); /打开T1的1s计时 while(1) display(); /调用动态显示 ,项目拓展 简易电子琴的设计,在实验板上设计一个简易的电子琴，具体要求：按K1键发1音，按K2键发2音按K8键发高音1 。由蜂鸣器来发出相应的音调。,1任务要求,2任务分析,音乐主要是由音符和节拍决定的，“哆、唻、咪、法、嗦、啦、唏”音符对应于不同的声波频率，而节拍则表达的是声音持续的时间。通过控制单片机定时器的定时时间可以产生不同频率的方波，用于驱动无源蜂鸣器就能发出不同的音符，然后利用延时子程序来控制发音时间的长短，即可控制节拍。把乐谱中的音符和相应的节拍变换成定时常数和延时常数，做成数据表格存放在存储

25、器中。由程序查表得到定时常数和延时常数，用1个定时器控制产生方波的频率，用延时程序控制发出该频率方波的持续时间。当延时时间到后再查询下1个音符的定时常数和延迟常数，依次进行下去即可。,发音原理:,在方式1的定时状态下，改变定时器的计数初值来产生不同的频率。,C调音符、频率、定时常数关系表,用杜邦线将单片机外围的J22的3脚与J42的7脚连接，就用P1.2控制喇叭的发声了；J26连接8只独立按键K1K8，见“独立按键”电路，用杜邦线将J22的1017脚与J26连接上，这样就用P3口控制8只独立按键。,3任务设计,简易电子琴源程序如下：,/宏定义 #include #define KeyPort

26、P3 /定义全局变量 unsigned char High,Low; /定时器预装值的高8位和低8位 sbit SPK=P12; /定义喇叭接口 unsigned char code freq2= 0 x44,0 xFC, / 523Hz “1” 0 xAC,0 xFC, / 587 Hz “2” 0 x09,0 xFD, / 659 Hz “3” 0 x34,0 xFD, / 699 Hz “4” 0 x82,0 xFD, / 784 Hz “5” 0 xC8,0 xFD, / 880 Hz “6” 0 x06,0 xFE, / 988 Hz “7” 0 x22,0 xFE, / 1047

27、Hz “高1” ,/ 函数声明 void Init_Timer0(void); /初始化定时器 /主函数 void main (void) unsigned char num; Init_Timer0(); /初始化定时器0 SPK=0; /在未按键时，喇叭低电平，防止长期高电平损坏喇叭 while (1) /主循环 switch(KeyPort) case 0 xfe: num= 1; break; case 0 xfd: num= 2; break; case 0 xfb: num= 3; break; case 0 xf7: num= 4; break; case 0 xef: num= 5; break; case 0 xdf: num= 6; break; case 0 xbf: num= 7; break; case 0 x7f: num= 8; break; default: num= 0; break; ,if(num=0) TR0=0; SPK=0; /在未按键时，喇叭低电平，防止长期高电平损坏喇叭 else High=freqnum-11; Low =freqnum-10; TR0=1; ,/定时器0初始化子程序 void Init_Timer0(void) TMOD = 0 x01; /使用模式1，16位定时器 EA=1; /总中断打开