ch04單片機(jī)計(jì)時(shí)與鍵盤接口技術(shù)-機(jī)器人計(jì)時(shí)

單片機(jī)計(jì)時(shí)與鍵盤接口技術(shù)——機(jī)器人計(jì)時(shí)新工科建設(shè)之路·機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用系列應(yīng)用型人才創(chuàng)新能力培養(yǎng)機(jī)器人制作與開發(fā)(單片機(jī)技術(shù)及應(yīng)用)(第2版)第四章01用8位八段數(shù)碼管制作簡易秒表8位八段數(shù)碼管顯示模塊可用于開發(fā)時(shí)間或日期的顯示裝置，由兩個(gè)4位八段數(shù)碼管顯示模塊組成，可以通過10Pin扁平電纜直接連接到擴(kuò)展學(xué)習(xí)板的10Pin擴(kuò)展插座上。8位八段數(shù)碼管顯示模塊由MAX7219芯片驅(qū)動(dòng)，對(duì)于MAX7219芯片，這里不做介紹，讀者可以自行上網(wǎng)查找相關(guān)資料。用8位八段數(shù)碼管制作簡易秒表8位八段數(shù)碼管和擴(kuò)展學(xué)習(xí)板簡介用8位八段數(shù)碼管制作簡易秒表圖4.1所示為8位八段數(shù)碼管顯示模塊的原理圖。圖中的P1為8位八段數(shù)碼管10Pin扁平的外接口。8位八段數(shù)碼管顯示模塊具有操作簡單的優(yōu)點(diǎn)，單片機(jī)只需通過模擬SPI三線接口就可以將相關(guān)的指令寫入MAX7219內(nèi)的指令和數(shù)據(jù)寄存器中，同時(shí)允許用戶選擇多種譯碼方式和譯碼位。用8位八段數(shù)碼管制作簡易秒表用8位八段數(shù)碼管制作簡易秒表表4.1給出了8位八段數(shù)碼管顯示模塊各寄存器的說明。用8位八段數(shù)碼管制作簡易秒表MAX7219的譯碼控制寄存器譯碼表如表4.2所示。用8位八段數(shù)碼管制作簡易秒表MAX7219掃描界限控制寄存器設(shè)置如表4.3所示。用8位八段數(shù)碼管制作簡易秒表數(shù)據(jù)讀/寫時(shí)序如圖4.2所示。用8位八段數(shù)碼管制作簡易秒表圖4.3所示為驅(qū)動(dòng)測試程序運(yùn)行效果。用8位八段數(shù)碼管制作簡易秒表圖4.4所示為拓展學(xué)習(xí)板實(shí)物圖。簡易秒表的制作與程序設(shè)計(jì)（1）T2的設(shè)置和中斷說明；（2）簡易秒表的制作；（3）簡易秒表的程序設(shè)計(jì)。用8位八段數(shù)碼管制作簡易秒表用8位八段數(shù)碼管制作簡易秒表把8位八段數(shù)碼管顯示模塊安裝在擴(kuò)展學(xué)習(xí)板上，8位八段數(shù)碼管顯示模塊與C語言教學(xué)板的連接方式如表4.5所示。用8位八段數(shù)碼管制作簡易秒表圖4.6所示為8位八段數(shù)碼管顯示模塊與C語言教學(xué)板的連接實(shí)物圖。用8位八段數(shù)碼管制作簡易秒表圖4.7所示為簡易秒表程序運(yùn)行效果，左邊顯示00的部分是分部分，右邊顯示08的部分是秒部分。02裁判機(jī)器人的制作——測量選手的反應(yīng)時(shí)間本任務(wù)要求利用LED、按鍵、LCD1602測量選手的反應(yīng)時(shí)間。具體要求：選手看到LED亮?xí)r按下按鍵，單片機(jī)計(jì)算從LED開始亮到按鍵被按下的這段時(shí)間的時(shí)長，并將時(shí)長顯示在LCD上。本任務(wù)類似于電視節(jié)目中的搶答器，當(dāng)選手看到LED亮?xí)r便按下按鍵，反應(yīng)時(shí)間最短的選手獲得答題權(quán)。裁判機(jī)器人的制作——測量選手的反應(yīng)時(shí)間裁判機(jī)器人的制作要求裁判機(jī)器人的制作——測量選手的反應(yīng)時(shí)間裁判機(jī)器人的外圍電路原理圖如圖4.8所示。裁判機(jī)器人的制作——測量選手的反應(yīng)時(shí)間圖4.9為完成的電路連接實(shí)物圖。測量選手反應(yīng)時(shí)間的程序（1）T0的設(shè)置和中斷函數(shù)；（2）編寫程序。將這段測量選手反應(yīng)時(shí)間的程序下載到單片機(jī)中進(jìn)行測試。顯然，這個(gè)程序與真正能夠作為產(chǎn)品的程序相差甚遠(yuǎn)！因?yàn)槌绦蛟陂_始運(yùn)行后，固定延時(shí)4s后點(diǎn)亮LED，這樣人們就可以預(yù)測LED的點(diǎn)亮?xí)r間，而無須看到LED亮再按下按鍵，測得的時(shí)間并不是選手的真實(shí)反應(yīng)時(shí)間。裁判機(jī)器人的制作——測量選手的反應(yīng)時(shí)間03具有簡單設(shè)置功能的計(jì)時(shí)機(jī)器人制作在任務(wù)4.1中，我們完成了用8位八段數(shù)碼管制作簡易秒表的任務(wù)，但制作的秒表只能計(jì)時(shí)，不能設(shè)置起始時(shí)間。在本任務(wù)中，我們將引入輸入設(shè)備，用于在程序運(yùn)行時(shí)把原始數(shù)據(jù)或待處理數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)中。在日常生活中，常見的人機(jī)交互設(shè)備有鼠標(biāo)、鍵盤、攝像頭、掃描儀、游戲桿等。本任務(wù)將介紹如何利用4×4矩陣鍵盤制作一個(gè)計(jì)時(shí)器的輸入設(shè)備，用于時(shí)間設(shè)置。具有簡單設(shè)置功能的計(jì)時(shí)機(jī)器人制作本任務(wù)所需元器件包括：4×4矩陣鍵盤1個(gè)、1kΩ電阻4個(gè)、8位八段數(shù)碼管1個(gè)、10Pin扁平電纜1根、AT89S52教學(xué)機(jī)器人1套、導(dǎo)線若干。本任務(wù)要求利用4×4矩陣鍵盤完成對(duì)計(jì)時(shí)器的設(shè)置，如設(shè)置計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)的終止時(shí)間。數(shù)碼管能夠進(jìn)行分和秒的實(shí)時(shí)計(jì)時(shí)顯示，其顯示時(shí)間每秒更新一次。當(dāng)計(jì)時(shí)到矩陣鍵盤設(shè)定的終止時(shí)間時(shí)，計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)，數(shù)碼管顯示設(shè)定的終止時(shí)間。具有簡單設(shè)置功能的計(jì)時(shí)機(jī)器人制作4×4矩陣鍵盤簡介鍵盤由一系列按鍵開關(guān)組成，它是一種常見的輸入設(shè)備。用戶可以通過鍵盤向程序輸入數(shù)據(jù)、地址和命令。鍵盤上的每個(gè)按鍵都被賦予了一個(gè)代碼，即鍵碼。比較常見的鍵盤是矩陣式鍵盤，它的按鍵采用矩陣式排列，各鍵處于矩陣行與列的交點(diǎn)處。程序通過對(duì)連在行（列）上的I/O線發(fā)送已知電平信號(hào)，然后讀取列（行）的狀態(tài)信息，逐線掃描，得出鍵碼。矩陣式鍵盤具有按鍵較多且占用I/O線較少的優(yōu)點(diǎn)，但判斷鍵碼的速度較慢，因此只適用于鍵數(shù)不多的場合。具有簡單設(shè)置功能的計(jì)時(shí)機(jī)器人制作具有簡單設(shè)置功能的計(jì)時(shí)機(jī)器人制作4×4矩陣鍵盤實(shí)物圖如圖4.13所示。具有簡單設(shè)置功能的計(jì)時(shí)機(jī)器人制作4×4矩陣鍵盤原理圖如圖4.14所示。具有簡單設(shè)置功能的計(jì)時(shí)機(jī)器人制作圖4.15所示為4x4矩陣鍵盤與C語言教學(xué)板的連接電路圖。從圖中可以看出，矩陣鍵盤的行0~行3的一端分別與C語言教學(xué)板的P00~P03連接，列0~列3分別與C語言教學(xué)板的P04~P07連接。行0~行3的另一端先與10kΩ的電阻連接，再連接到5V的電源上。表4.6給出了4×4矩陣鍵盤與C語言教學(xué)板的引腳連接方式。具有簡單設(shè)置功能的計(jì)時(shí)機(jī)器人制作矩陣鍵盤編碼4×4矩陣鍵盤共有16個(gè)按鍵，矩陣鍵盤的行和列與C語言教學(xué)板的PO端口相連。每個(gè)按鍵有唯一對(duì)應(yīng)的行值和列值。確定被按下按鍵的行值和列值的方法是：首先給予j（j=0，1，2，3）列低電平，其他列高電平，然后輪流檢測4行中是否有哪一行為低電平，若第i（i=0，1，2，3）行為低電平，則被按下的按鍵的行值和列值為i和j。若未發(fā)現(xiàn)任何一行為低電平，則再回到第一步，一直這樣循環(huán)掃描矩陣鍵盤。具有簡單設(shè)置功能的計(jì)時(shí)機(jī)器人制作矩陣鍵盤編碼和掃描程序說明具有簡單設(shè)置功能的計(jì)時(shí)機(jī)器人制作矩陣鍵盤掃描的流程圖如圖4.17所示。由于鍵盤的行和列與C語言教學(xué)板的PO端口相連，鍵盤上的每個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)唯一的行值和列值，因此掃描到的P0端口編碼與行值、列值一樣，和按鍵是一一對(duì)應(yīng)的。為了便于識(shí)別讀取的行值，對(duì)低位編號(hào)做取反處理。具有簡單設(shè)置功能的計(jì)時(shí)機(jī)器人制作具有簡單設(shè)置功能的計(jì)時(shí)機(jī)器人制作表4.8所示為P0端口的鍵碼。矩陣鍵盤掃描程序首先確定鍵盤的行和列與C語言教學(xué)板的連接方式，再定義鍵盤列掃描碼。scanner（函數(shù)用于實(shí)現(xiàn)鍵盤按鍵掃描，首先按照數(shù)組scan的列掃描碼給予第col列低電平，再讀取KEYP低4位的值，并對(duì)讀取的值取反。在獲得行值信息后，判斷行值是否為0。若不為0，則該行按鍵被按下，由此判斷按鍵的位置，并返回按鍵的位置信息；若為0，則繼續(xù)掃描其他行列的按鍵。具有簡單設(shè)置功能的計(jì)時(shí)機(jī)器人制作鍵盤接口程序的實(shí)現(xiàn)（1）程序?qū)崿F(xiàn)功能說明；（2）帶鍵盤接口的機(jī)器人計(jì)時(shí)器程序。具有簡單設(shè)置功能的計(jì)時(shí)機(jī)器人制作04具有簡單設(shè)置功能的時(shí)鐘機(jī)器人制作本任務(wù)所需元器件包括：4×4矩陣鍵盤1個(gè)、lkΩ電阻4個(gè)、8位八段數(shù)碼管1個(gè)、10Pin扁平電纜1根、AT89S52教學(xué)機(jī)器人1套、導(dǎo)線若干。本任務(wù)要求利用8位八段數(shù)碼管顯示時(shí)鐘的時(shí)、分和秒，并用4×4矩陣鍵盤對(duì)時(shí)鐘的起始時(shí)間按照時(shí)、分、秒進(jìn)行設(shè)置。在設(shè)置完成后，按下K15鍵，機(jī)器人從設(shè)置的時(shí)間點(diǎn)開始計(jì)時(shí)，并在數(shù)碼管上顯示每次更新的時(shí)間，時(shí)間每秒更新一次。具有簡單設(shè)置功能的時(shí)鐘機(jī)器人制作時(shí)鐘機(jī)器人的設(shè)計(jì)思路本任務(wù)的硬件連接電路和任務(wù)4.3完全相同。任務(wù)4.3制作的是具有簡單設(shè)置功能的計(jì)時(shí)機(jī)器人，其計(jì)時(shí)功能只有分和秒兩部分。本任務(wù)要制作的是具有起始時(shí)間設(shè)置功能的時(shí)鐘機(jī)器人，包含時(shí)、分和秒三部分。在任務(wù)4.3程序的基礎(chǔ)上，增加時(shí)的顯示功能，數(shù)碼管的顯示由兩部分改為三部分。數(shù)碼管從左到右依次顯示時(shí)、分、秒。具有簡單設(shè)置功能的時(shí)鐘機(jī)器人制作具有簡單設(shè)置功能的時(shí)鐘機(jī)器人制作時(shí)、分、秒之間各由一個(gè)不顯示的數(shù)碼管隔開，數(shù)碼管顯示時(shí)間初始化如圖4.24所示。具有簡單設(shè)置功能的時(shí)鐘機(jī)器人制作設(shè)置時(shí)的操作效果如圖4.25所示。具有簡單設(shè)置功能的時(shí)鐘機(jī)器人制作設(shè)置分的操作效果如圖4.26所示。具有簡單設(shè)置功能的時(shí)鐘機(jī)器人制作設(shè)置秒的操作效果如圖4.27所示。具有簡單設(shè)置功能的時(shí)鐘機(jī)器人制作設(shè)置時(shí)、分和秒完成的效果如圖4.28所示。具有簡單設(shè)置功能的時(shí)鐘機(jī)器人制作開始計(jì)時(shí)的效果如圖4.29所示。05工程素質(zhì)和技能歸納①了解和掌握8位八段數(shù)碼管電路原理圖、顯示