實驗一矩陣鍵盤檢測

1、實驗一 矩陣鍵盤檢測一、 實驗?zāi)康模?、 學(xué)習(xí)非編碼鍵盤的工作原理和鍵盤的掃描方式。2、 學(xué)習(xí)鍵盤的去抖方法和鍵盤應(yīng)用程序的設(shè)計。二、 實驗設(shè)備： 51/AVR實驗板、USB連接線、電腦三、 實驗原理： 鍵盤接口電路是單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計非常重要的一環(huán)，作為人機(jī)交互界面里最常用的輸入設(shè)備。我們可以通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令來實現(xiàn)簡單的人機(jī)通信。1、 按鍵的分類一般來說，按鍵按照結(jié)構(gòu)原理可分為兩類，一類是觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵，如機(jī)械式開關(guān)、導(dǎo)電橡膠式開關(guān)等；另一類是無觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵，如電氣式按鍵，磁感應(yīng)按鍵等。前者造價低，后者壽命長。目前，微機(jī)系統(tǒng)中最常見的是觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵（如本學(xué)習(xí)板上所采用按鍵）。按鍵按照接

2、口原理又可分為編碼鍵盤與非編碼鍵盤兩類，這兩類鍵盤的主要區(qū)別是識別鍵符及給出相應(yīng)鍵碼的方法。編碼鍵盤主要是用硬件來實現(xiàn)對鍵的識別，非編碼鍵盤主要是由軟件來實現(xiàn)鍵盤的識別。全編碼鍵盤由專門的芯片實現(xiàn)識鍵及輸出相應(yīng)的編碼，一般還具有去抖動和多鍵、竄鍵等保護(hù)電路，這種鍵盤使用方便，硬件開銷大，一般的小型嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)較少采用。非編碼鍵盤按連接方式可分為獨(dú)立式和矩陣式兩種，其它工作都主要由軟件完成。由于其經(jīng)濟(jì)實用，較多地應(yīng)用于單片機(jī)系統(tǒng)中（本學(xué)習(xí)板也采用非編碼鍵盤）。 2、 按鍵的輸入原理在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，通常使用機(jī)械觸點(diǎn)式按鍵開關(guān)，其主要功能是把機(jī)械上的通斷轉(zhuǎn)換成為電氣上的邏輯關(guān)系。也就是說，它能

3、提供標(biāo)準(zhǔn)的TTL 邏輯電平，以便與通用數(shù)字系統(tǒng)的邏輯電平相容。此外，除了復(fù)位按鍵有專門的復(fù)位電路及專一的復(fù)位功能外，其它按鍵都是以開關(guān)狀態(tài)來設(shè)置控制功能或輸入數(shù)據(jù)。當(dāng)所設(shè)置的功能鍵或數(shù)字鍵按下時，計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)完成該按鍵所設(shè)定的功能。因此，鍵信息輸入是與軟件結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的過程。對于一組鍵或一個鍵盤，通過接口電路與單片機(jī)相連。單片機(jī)可以采用查詢或中斷方式了解有無按鍵輸入并檢查是哪一個按鍵按下，若有鍵按下則跳至相應(yīng)的鍵盤處理程序處去執(zhí)行，若無鍵按下則繼續(xù)執(zhí)行其他程序。 3、按鍵的特點(diǎn)與去抖機(jī)械式按鍵再按下或釋放時，由于機(jī)械彈性作用的影響，通常伴隨有一定時間的觸點(diǎn)機(jī)械抖動，然后其觸點(diǎn)才穩(wěn)定下來。其

4、抖動過程如圖1（a）所示，抖動時間的長短與開關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般為5 -10 ms。從圖中可以看出，在觸點(diǎn)抖動期間檢測按鍵的通與斷狀態(tài)，可能導(dǎo)致判斷出錯。即按鍵一次按下或釋放被錯誤地認(rèn)為是多次操作，這種情況是不允許出現(xiàn)的。為了克服按鍵觸點(diǎn)機(jī)械抖動所致的檢測誤判，必須采取去抖動措施，可從硬件、軟件兩方面予以考慮。一般來說，在鍵數(shù)較少時，可采用硬件去抖，而當(dāng)鍵數(shù)較多時，采用軟件去抖。（本學(xué)習(xí)板采用軟件去抖方式）。按鍵抖動狀態(tài)圖 硬件電容去抖按鍵去抖流程圖從按鍵的去抖流程圖我們可以知道，檢測到有鍵按下時，應(yīng)延時等待一段時間（可調(diào)用一個5ms10ms的延遲子程序），然后再次判斷按鍵是否被按下，若此時

5、判斷按鍵仍被按下，則認(rèn)為按鍵有效，若此時判斷按鍵沒有被按下，說明為按鍵抖動或干擾，應(yīng)返回重新判斷。鍵盤真正被按下才可進(jìn)行相應(yīng)的處理程序，此時基本就算實現(xiàn)了按鍵輸入，進(jìn)一步的話可以判斷按鍵是否釋放。四、 實驗步驟上面的圖的意思是P3.1P3.3 跟P3.4P3.7不一樣的，他們是相互連接（當(dāng)按下鍵時），組成4*4=16個鍵的。如果給P3一個掃描初值的話：如0x0F ，則沒有鍵按下時為：P3.1P3.3為1P3.4P3.7為0如果有鍵按下，則情況發(fā)生變化：高電平接入低電平：如P3.3與P3.7連接的鍵按下，則P3.3與P3.7為0，即接地了。則P3此時為：0000 0111，這時如果用P3&

6、;0x0F,則高四位為0低四位保留，可以得到低四位的內(nèi)容了。通過去抖操作，即一個delay，可以得到低四位內(nèi)容。這里設(shè)為：h=P3&0x0F; 如果再得到高四位內(nèi)容，則可以組成一個數(shù)，來定位哪個鍵了。程序框圖：P3=FFH,P3.0=0有鍵按下嗎？延時10ms真得有鍵按下嗎？根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)識別按鍵P3=FFH,P3.1=0有鍵按下嗎？延時10ms真得有鍵按下嗎？根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)識別按鍵P3=FFH,P3.2=0有鍵按下嗎？延時10ms真得有鍵按下嗎？根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)識別按鍵P3=FFH,P3.3=0有鍵按下嗎？延時10ms真得有鍵按下嗎？根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)識別按鍵C語言源程序：#include<

7、reg51.h>sbit beep=P23;sbit dula=P26;sbit wela=P27; unsigned char i=100;unsigned char j,k,temp,key;void delay(unsigned char i) for(j=i;j>0;j-) for(k=125;k>0;k-);Unsigned char code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d, 0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;display(unsigned char num

8、) P0=tablenum; dula=1; dula=0; P0=0xc0; wela=1; wela=0;void main() dula=0; wela=0; while(1) P3=0xfe; temp=P3; temp=temp&0xf0; if(temp!=0xf0) delay(10); if(temp!=0xf0) temp=P3; switch(temp) case 0xee: key=0; break; case 0xde: key=1; break; case 0xbe: key=2; break; case 0x7e: key=3; break; while(t

9、emp!=0xf0) temp=P3; temp=temp&0xf0; beep=0; beep=1; display(key); P1=0xfe; P3=0xfd; temp=P3; temp=temp&0xf0; if(temp!=0xf0) delay(10); if(temp!=0xf0) temp=P3; switch(temp) case 0xed: key=4; break; case 0xdd: key=5; break; case 0xbd: key=6; break; case 0x7d: key=7; break; while(temp!=0xf0) te

10、mp=P3; temp=temp&0xf0; beep=0; beep=1; display(key); P3=0xfb; temp=P3; temp=temp&0xf0; if(temp!=0xf0) delay(10); if(temp!=0xf0) temp=P3; switch(temp) case 0xeb: key=8; break; case 0xdb: key=9; break; case 0xbb: key=10; break; case 0x7b: key=11; break; while(temp!=0xf0) temp=P3; temp=temp&

11、;0xf0; beep=0; beep=1; display(key); P3=0xf7; temp=P3; temp=temp&0xf0; if(temp!=0xf0) delay(10); if(temp!=0xf0) temp=P3; switch(temp) case 0xe7: key=12; break; case 0xd7: key=13; break; case 0xb7: key=14; break; case 0x77: key=15; break; while(temp!=0xf0) temp=P3; temp=temp&0xf0; beep=0; bee

12、p=1; display(key); 匯編程序： dula bit P2.0; wela bit P2.1;KEYBUF EQU 30H ORG 00HSTART: MOV KEYBUF,#2WAIT: MOV P3,#0FFH CLR P3.4 MOV A,P3 ANL A,#0FH XRL A,#0FH JZ NOKEY1 LCALL DELY10MS MOV A,P3 ANL A,#0FH XRL A,#0FH JZ NOKEY1 MOV A,P3 ANL A,#0FH CJNE A,#0EH,NK1 MOV KEYBUF,#0 mov p1,#11111110b LJMP DK1NK1

13、: CJNE A,#0DH,NK2 MOV KEYBUF,#4 mov p1,#11111100b LJMP DK1NK2: CJNE A,#0BH,NK3 MOV KEYBUF,#8 mov p1,#11111000b LJMP DK1NK3: CJNE A,#07H,NK4 MOV KEYBUF,#12 mov p1,#11110000b LJMP DK1NK4: NOPDK1: call display DK1A: MOV A,P3 ;等待釋放 ANL A,#0FH XRL A,#0FH JNZ DK1ANOKEY1: MOV P3,#0FFH CLR P3.5 MOV A,P3 ANL

14、 A,#0FH XRL A,#0FH JZ NOKEY2 LCALL DELY10MS MOV A,P3 ANL A,#0FH XRL A,#0FH JZ NOKEY2 MOV A,P3 ANL A,#0FH CJNE A,#0EH,NK5 MOV KEYBUF,#1 mov p1,#11111110b LJMP DK2NK5: CJNE A,#0DH,NK6 MOV KEYBUF,#5 mov p1,#11111100b LJMP DK2NK6: CJNE A,#0BH,NK7 MOV KEYBUF,#9 mov p1,#11111000b LJMP DK2NK7: CJNE A,#07H,

15、NK8 MOV KEYBUF,#13 mov p1,#11110000b LJMP DK2NK8: NOPDK2: call displayDK2A: MOV A,P3 ;釋放 ANL A,#0FH XRL A,#0FH JNZ DK2ANOKEY2: MOV P3,#0FFH CLR P3.6 MOV A,P3 ANL A,#0FH XRL A,#0FH JZ NOKEY3 LCALL DELY10MS MOV A,P3 ANL A,#0FH XRL A,#0FH JZ NOKEY3 MOV A,P3 ANL A,#0FH CJNE A,#0EH,NK9 MOV KEYBUF,#2 mov

16、p1,#11111110b LJMP DK3NK9: CJNE A,#0DH,NK10 MOV KEYBUF,#6 mov p1,#11111100b LJMP DK3NK10: CJNE A,#0BH,NK11 MOV KEYBUF,#10 mov p1,#11111000b LJMP DK3NK11: CJNE A,#07H,NK12 MOV KEYBUF,#14 mov p1,#11110000b LJMP DK3NK12: NOPDK3: call displayDK3A: MOV A,P3 ANL A,#0FH XRL A,#0FH JNZ DK3ANOKEY3: MOV P3,#0

17、FFH CLR P3.7 MOV A,P3 ANL A,#0FH XRL A,#0FH JZ NOKEY4 LCALL DELY10MS MOV A,P3 ANL A,#0FH XRL A,#0FH JZ NOKEY4 MOV A,P3 ANL A,#0FH CJNE A,#0EH,NK13 MOV KEYBUF,#3 mov p1,#11111110b LJMP DK4NK13: CJNE A,#0DH,NK14 MOV KEYBUF,#7 mov p1,#11111100b LJMP DK4NK14: CJNE A,#0BH,NK15 MOV KEYBUF,#11 mov p1,#1111

18、1000b LJMP DK4NK15: CJNE A,#07H,NK16 mov p1,#11110000b MOV KEYBUF,#15 LJMP DK4NK16: NOPDK4: call displayDK4A: MOV A,P3 ANL A,#0FH XRL A,#0FH JNZ DK4ANOKEY4: LJMP WAITDELY10MS: MOV R6,#10D1: MOV R7,#248 DJNZ R7,$ DJNZ R6,D1 RET display: MOV A,KEYBUF ;查表 MOV DPTR,#TABLE MOVC A,A+DPTR MOV P0,A setb dul

19、a clr dula mov P0,#0c0h setb wela clr wela clr p2.3 acall ds1ms ;延時，以便人眼可以觀察到 setb p2.3 ;acall ds1ms ret ds10ms: mov r1,#1ds1lo: mov r2,#200ds2lo: mov r3,#200 djnz r3,$ djnz r2,ds2lo djnz r1,ds1lo ret ;延時返回TABLE: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H DB 7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H END五、 實驗現(xiàn)象：當(dāng)你按下矩陣

20、鍵盤中的任何一個鍵，蜂鳴器響一聲，并在數(shù)碼管上顯示相應(yīng)的鍵值。圖為實際演示圖片。六、 實驗小結(jié)：本實驗介紹了單片機(jī)鍵盤的工作原理并給出了實例，從中我們可以知道一個完善的鍵盤控制程序應(yīng)具備以下功能：（1）檢測有無按鍵按下，并采取硬件或軟件措施，消除鍵盤按鍵機(jī)械觸點(diǎn)抖動的影響。（2）有可靠的邏輯處理辦法。每次只處理一個按鍵，其間對任何按鍵的操作對系統(tǒng)不產(chǎn)生影響，且無論一次按鍵時間有多長，系統(tǒng)僅執(zhí)行一次按鍵功能程序。（3）準(zhǔn)確輸出按鍵值，以滿足按鍵功能要求。對于矩陣鍵盤而言，必須將行線、列線信號配合起來作適當(dāng)處理，才能確定閉合鍵的位置。實驗二 交通燈一、 實驗?zāi)康模?、 了解單片機(jī)中斷與定時器工作原

21、理，掌握中斷與定時器程序結(jié)構(gòu)。2、 理解七段數(shù)碼管的工作原理，并在此基礎(chǔ)上能可以進(jìn)行簡單的數(shù)碼管驅(qū)動操作。3、 可以靈活的用I/O口原理控制LED小燈的亮和滅。二、 實驗設(shè)備： 51/AVR實驗板、USB連接線、電腦。三、 實驗原理：本實驗以P1口作為輸出。程序初始化是綠燈先亮，具體順序為綠-黃-紅-黃-綠-黃-紅，重復(fù)循環(huán)。其中，紅燈與綠燈顯示時間均為50s，中間的黃燈顯示時間為15s。綠燈用八位發(fā)光二極管流動閃爍作代表；紅燈用八位發(fā)光二極管全亮作代表；黃燈用八位發(fā)光二極管全亮全滅閃爍作代表。此外，還用到定時器T0作為倒計時使用，P0口作為LED燈的顯示。在實驗中利用軟件延時的方法來控制紅黃

22、綠燈的亮的時間。考慮到延時時間較長，所以先用T0產(chǎn)生終端然后計數(shù)的方法來實現(xiàn)延時，利用P1口作為紅黃綠燈控制端口。 實驗?zāi)K圖1 實驗?zāi)K圖2四、 實驗步驟：1、 熟悉單片機(jī)內(nèi)部原理圖，掌握各實驗?zāi)K的使用方法。2、 設(shè)計實驗方案，畫出流程圖。3、 根據(jù)流程圖編寫程序。程序如下：#include<reg51.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit dula=P26;sbit wela=P27;sbit beep=P23;unsigned int pp;unsigned char code table=0x

23、3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d, 0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;uchar j,k,l=255;uchar a1,a0;uchar shijian,deng=2;void delay(unsigned int i) for(j=i;j>0;j-) for(k=125;k>0;k-);void display(unsigned char sh_c,unsigned char g_c) dula=0; P0=tablesh_c; dula=1; dula=0; wela=0; P0=0xfe;

24、 wela=1; wela=0; delay(5); P0=tableg_c; dula=1; dula=0; P0=0xfd; wela=1; wela=0; delay(5);void main()TMOD=0x01;TR0=1;TH0=(65536-46080)/256;/ 由于晶振為11.0592,故所記次數(shù)應(yīng)為46080，計時器每隔50000微秒發(fā)起一次中斷。TL0=(65536-46080)%256;/46080的來歷，為50000*11.0592/12ET0=1;EA=1;while(1)if(shijian=0)switch(deng)case 0: shijian=50; /

25、紅燈deng=1;break;case 1: shijian=15; /黃燈deng=2;break;case 2: shijian=50; /綠燈deng=3;break;case 3: shijian=15; /黃燈deng=0;break;if(pp=20)pp=0;shijian-;a0=shijian%10;a1=shijian/10;display(a1,a0);switch(deng)case 1: P1=0X00; /紅燈break;case 2: /黃燈if(shijian%2=0)P1=0x00;if(shijian%2=1)P1=0xff;break;case 3: /綠

26、燈if(shijian%2=0)P1=0x55;if(shijian%2=1)P1=0xaa;break;case 0:if(shijian%2=0) /黃燈P1=0x00;if(shijian%2=1)P1=0xff;break;void time0() interrupt 1TH0=(65536-46080)/256;TL0=(65536-46080)%256;pp+; 4、下載程序到單片機(jī)，觀察實驗現(xiàn)象。五、 實驗現(xiàn)象： 上電后，綠燈（八位發(fā)光二極管流動閃爍）先亮，數(shù)碼管50秒倒計時；黃燈（八位發(fā)光二極管全亮全滅閃爍）亮，數(shù)碼管15秒倒計時；接著紅燈亮（八位發(fā)光二極管全亮），數(shù)碼管50秒

27、倒計時；接著，再黃燈（八位發(fā)光二極管全亮全滅閃爍）亮，數(shù)碼管15秒倒計時，如此循環(huán)。 六、 實驗總結(jié)：通過此次實驗，使我更加扎實的掌握了中斷、LED驅(qū)動、數(shù)碼管顯示的知識，過程中遇到了一些問題，如中斷初值的設(shè)定，如何讓小燈發(fā)光，通過向老師及同學(xué)請教，慢慢了解了其中的奧妙。學(xué)習(xí)單片機(jī)一定要注重實踐，邊學(xué)邊練，發(fā)現(xiàn)問題及時解決。不可拖延怠慢，你怎樣對它，它就怎樣對你。實驗三 串口調(diào)試 直接返回數(shù)據(jù)一、 實驗?zāi)康模?、 了解單片機(jī)串行口的結(jié)構(gòu)、使用方法，學(xué)習(xí)串行口應(yīng)用程序的編寫方法。2、 熟悉單片機(jī)串行口接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的實現(xiàn)方法。3、 熟悉單片機(jī)串行通信的格式規(guī)定。4、 掌握Vision環(huán)境中調(diào)試串

28、行口應(yīng)用程序的方法。二、 實驗設(shè)備： 51/AVR實驗板、USB連接線、電腦軟件：Keil Vision、串口調(diào)試助手v2.2、STC-ISP-V480三、 實驗原理：通信是人們傳遞信息的方式。計算機(jī)通信是將計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合，完成計算機(jī)與外部設(shè)備或計算機(jī)與計算機(jī)之間的信息交換。這種信息交換可以分為兩大類：并行通信與串行通信。并行通信通常是將數(shù)據(jù)字節(jié)的各位用多條數(shù)據(jù)線同時進(jìn)行傳送，如圖所示： 由圖可見，并行通信除了數(shù)據(jù)線外還有通信聯(lián)絡(luò)控制線。數(shù)據(jù)發(fā)送方在發(fā)送數(shù)據(jù)前，要詢問數(shù)據(jù)接收方是否“準(zhǔn)備就緒”。數(shù)據(jù)接收方收到數(shù)據(jù)后，要向數(shù)據(jù)發(fā)送方回送數(shù)據(jù)已經(jīng)接收到的“應(yīng)答”信號。并行通信的特點(diǎn)是：

29、控制簡單，傳輸速度快。由于傳輸線較多，長距離傳送時成本高且接收方的各位同時接收存在困難。串行通信是將數(shù)據(jù)字節(jié)分成一位一位的形式在一條傳輸線上逐個地傳送，串行通信時，數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備先將數(shù)據(jù)代碼由并行形式轉(zhuǎn)換成串行形式，然后一位一位地放在傳輸線上進(jìn)行傳送。數(shù)據(jù)接收設(shè)備將接收到的串行形式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行形式進(jìn)行存儲或處理。 串行通信的特點(diǎn)是：傳輸線少，長距離傳送時成本低，且可以利用電話網(wǎng)等現(xiàn)成的設(shè)備。但數(shù)據(jù)的傳送控制比并行通信復(fù)雜。異步通信是指通信的發(fā)送與接收設(shè)備使用各自的時鐘控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收過程。為使雙方的收發(fā)協(xié)調(diào)，要求發(fā)送和接收設(shè)備的時鐘盡可能一致。為了實現(xiàn)異步傳輸字符的同步，采用的辦法是使傳送

30、的每一個字符都以起始位“0”開始，以停止位“1”結(jié)束。這樣，傳送的每一個字符都用起始位來進(jìn)行收發(fā)雙方的同步。停止位和間隙作為時鐘頻率偏差的緩沖，即使雙方時鐘頻率略有偏差，總的數(shù)據(jù)流也不會因偏差的積累而導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯位。傳送開始后，接收設(shè)備不斷檢測傳輸線，看是否有起始位到來。當(dāng)收到一系列的“1”（空閑位或停止位）之后，檢測到一個“0”，說明起始位出現(xiàn)，就開始接收所規(guī)定的數(shù)據(jù)位和奇偶校驗位以及停止位。經(jīng)過處理將停止位去掉，把數(shù)據(jù)位拼成一個并行字節(jié)，并且經(jīng)校驗無誤才算正確地接收到一個字符。一個字符接收完畢后，接收設(shè)備又繼續(xù)測試傳輸線，監(jiān)視“0”電平的到來（下一個字符開始），直到全部數(shù)據(jù)接收完畢。異步通信的特點(diǎn)是不要求收發(fā)雙方時鐘的嚴(yán)格一致，實現(xiàn)容易，設(shè)備開銷較小，但每個字符要附加23 位用于起止位，各幀之間還有間隔，因此傳輸效率不高。 計算機(jī)的通信要求傳送的是數(shù)字信號。在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信時，通常要借用現(xiàn)存的公用電話網(wǎng)。但是電話網(wǎng)是為30