基于單片機(jī)控制的矩陣鍵盤顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)（附源程序）

鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（****）PAGE0PAGE1課程設(shè)計(jì)說明書單片機(jī)原理與接口技術(shù)專業(yè)建筑電氣與智能化學(xué)生姓名班級(jí)學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師完成日期鹽城工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書（2010）鹽城工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書（2010）PAGE16PAGE15鹽城工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書（2010）目錄一理論部分 11課題要求與內(nèi)容 12系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 13系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì) 13.1STC89C51特性23.2STC89C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖23.3STC89C51管腳圖，實(shí)物圖33.4I/O口各種不同的工作模式及配置介紹33.5I/O線3

3.6單片機(jī)最小系統(tǒng)43.7矩陣鍵盤系統(tǒng)設(shè)計(jì)53.8數(shù)碼管顯示電路63.9數(shù)碼管與單片機(jī)的連接電路74系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)85.仿真圖片96.設(shè)計(jì)小結(jié)107.參考文獻(xiàn)11三附錄 12一理論部分理論設(shè)計(jì)課題名稱：基于單片機(jī)控制的矩陣鍵盤顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)1課題要求與內(nèi)容以51為核心的STC89C51單片機(jī)為控制芯片，設(shè)計(jì)制作數(shù)碼管顯示電路，矩陣鍵盤電路，單片機(jī)最小系統(tǒng)電路。通過程序控制4*4的矩陣鍵盤，經(jīng)過單片機(jī)處理之后顯示在數(shù)碼管上，當(dāng)按下鍵盤上的任意一個(gè)鍵的時(shí)候，數(shù)碼管上會(huì)顯示相應(yīng)的數(shù)字。因?yàn)楸鞠到y(tǒng)采用的是單位數(shù)碼管，所以我們這邊用十六進(jìn)制表示。設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)，畫出硬件系統(tǒng)圖和PCB圖，最后制作PCB板，滿足本次的課程設(shè)計(jì)要求。2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)是由4*4的矩陣鍵盤，晶振電路，8051單片機(jī)，復(fù)位電路，數(shù)碼顯示電路等組成，矩陣鍵盤通過軟件來控制8051單片機(jī)從來改變數(shù)碼顯示器上的數(shù)字，其組成框圖如下所示： 圖1系統(tǒng)框圖3系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)本次選用的是以51為核心的STC89C51單片機(jī)為主控芯片。此款單片機(jī)是STC推出的新一代高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)，12時(shí)鐘/機(jī)器周期和6時(shí)鐘/機(jī)器周期可任選，HD版本8051單片機(jī)MAX810專用復(fù)位電路。3.1STC89C51特性1.增強(qiáng)型8051單片機(jī)，6時(shí)鐘/機(jī)器周期和12時(shí)鐘/機(jī)器周期可任意選擇指令代碼完全兼容傳統(tǒng)80512.工作電壓：5.5V-3.3V(5V單片機(jī))/3.8V-2.0V(3V單片機(jī))3.工作頻率范圍：0～40MHz，相當(dāng)于普通8051的0～80MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz.4.用戶應(yīng)用程序空間：4K/8K/13K/16K/32K/64K字節(jié)5.片上集成1280字節(jié)或512字節(jié)RAM6.通用I/O口(35/39個(gè))，復(fù)位后為：P1/P2/P3/P4是準(zhǔn)雙向口/弱上拉(普通8051傳統(tǒng)I/O口)；P0口是開漏輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為I/O口用時(shí)，需加上拉電阻。7.ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器可通過串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片8.有EEPROM功能9.看門狗10.內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路(HD版本和90C版本才有)，外部晶體20M以下時(shí)，可省外部復(fù)位電路。11.共3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，其中定時(shí)器0還可以當(dāng)成2個(gè)8位定時(shí)器使用。12.外部中斷4路,下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷，PowerDown模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒。13.通用異步串行口(UART)，還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)UART14.工作溫度范圍：-40~+85℃(工業(yè)級(jí))/0~75℃(商業(yè)級(jí))15.封裝：LQFP-44,PDIP-40,PLCC-44,PQFP-44.3.2STC89C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖圖2內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3.3STC89C51管腳圖，實(shí)物圖圖3STC89C51管腳圖圖4STC89C51實(shí)物圖3.4I/O口各種不同的工作模式及配置介紹STC89C51RC/RD+系列單片機(jī)所有I/O口均(新增P4口)有3種工作類型：準(zhǔn)雙向口/弱上拉（標(biāo)準(zhǔn)8051輸出模式）、僅為輸入（高阻）或開漏輸出功能。STC89C51RC/RD+系列單片機(jī)的P1/P2/P3/P4上電復(fù)位后為準(zhǔn)雙向口/弱上拉（傳統(tǒng)8051的I/O口）模式P0口上電復(fù)位后是開漏輸出。P0口作為總線擴(kuò)展用時(shí)不用加上拉電阻，作為I/O口用時(shí)，需加10K-4.7K上拉電阻。STC89C51RC/RD+的5V單片機(jī)的P0口的灌電流最大為12mA,其他I/O口的灌電流最大為6mA。STC89LE51RC/RD+的3V單片機(jī)的P0口的灌電流最大為8mA,其他I/O口的灌電流最大為4mA。1.

ALE/PROG:地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖

①

ALE功能：用來鎖存P0口送出的低8位地址

②

PROG功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。

2.

PSEN:外ROM讀選通信號(hào)。3.

RST/VPD:復(fù)位/備用電源。

①

RST（Reset）功能：復(fù)位信號(hào)輸入端。②

VPD功能：在Vcc掉電情況下，接備用電源。

4.EA/Vpp:內(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源。

①

EA功能：內(nèi)外ROM選擇端。

②

Vpp功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，施加編程電源Vpp

3.5

I/O線

80C51共有4個(gè)8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32個(gè)引腳。P3口還具有第二功能，用于特殊信號(hào)輸入輸出和控制信號(hào)（屬控制總線）。3.6單片機(jī)最小系統(tǒng)要使單片機(jī)工作，必須提供復(fù)位電路和晶體振蕩電路，即組成單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，使其正常工作。采用的復(fù)位方法是自動(dòng)復(fù)位，單片機(jī)復(fù)位滿足的條件為：RST引腳上出現(xiàn)10ms(T=RC)以上的高電平，所以當(dāng)電容值取C=10UF時(shí)，電阻R=10K才會(huì)滿足要求。晶振選用12MHZ。圖5最小系統(tǒng)圖⒈

電源:

⑴

單片機(jī)40腳接VCC

-

芯片電源，接+5V；

⑵

單片機(jī)20腳接地

-

接地端；⒉

時(shí)鐘:

XTAL1、XTAL2

-

晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。3.晶振電路晶振是為電路提供頻率基準(zhǔn)的元器件，通常分成有源晶振和無源晶振兩個(gè)大類，無源晶振通常信號(hào)質(zhì)量和精度較差，需要精確匹配外圍電路（電感、電容、電阻等），如需更換晶振時(shí)要同時(shí)更換外圍的電路。有源晶振不需要芯片的內(nèi)部振蕩器，可以提供高精度的頻率基準(zhǔn)，信號(hào)質(zhì)量也較無源晶振要好。本設(shè)計(jì)選用有源晶振，晶振電路如圖所示圖6晶振電路4.復(fù)位電路為了確保系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠地工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位。一般單片機(jī)電路正常工作需要供電5V±5%，即4.75～5.25V。由于系統(tǒng)電路是時(shí)序數(shù)字電路，它需要穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)，因此在電源上電時(shí)，只有當(dāng)VCC超過4.75V低于5.25V以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時(shí)，復(fù)位信號(hào)才被撤除，系統(tǒng)電路開始正常工作。復(fù)位電路如圖所示圖7復(fù)位電路3.7矩陣鍵盤系統(tǒng)設(shè)計(jì)矩陣鍵盤又稱行列鍵盤，它是四條I/O線作為行線，四條I/O線作為列線組成的鍵盤。在行線和列線的每個(gè)交叉點(diǎn)上設(shè)置一個(gè)按鍵。這樣鍵盤上的個(gè)數(shù)就為*4個(gè)。這種行列式鍵盤結(jié)構(gòu)能有效地提高單片機(jī)系統(tǒng)中I/O口的利用率。

獨(dú)立鍵盤具有編程簡單但占有I/O口資源的特點(diǎn)，不適合在按鍵較多的場合應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常要用到輸入數(shù)字、字母等功能，如電子密碼鎖、電話機(jī)鍵盤等一般都至少有12到16個(gè)按鍵，在這種情況下如果用獨(dú)立按鍵的話顯然太浪費(fèi)I/O口資源，為此我們就有必要使用矩陣鍵盤了。一般由16個(gè)按鍵組成在單片機(jī)中正好可以用一個(gè)P口實(shí)現(xiàn)16個(gè)按鍵功能，這也是在單片機(jī)系統(tǒng)中最常用的形式，本設(shè)計(jì)就采用這個(gè)鍵盤模式。圖8矩陣鍵盤電路3.8數(shù)碼管顯示電路LED(LightEmitingDiode)是發(fā)光二極管的縮寫。LED數(shù)碼管里面有8只發(fā)光二極管，與實(shí)驗(yàn)板P1端口所接的二極管是相同的。分別記作a﹑b﹑c﹑d﹑e﹑f﹑g﹑dp其中dp為小數(shù)點(diǎn)，每一只發(fā)光二極管都有一根電極引到外部引腳上，而另外一只引腳就連接在一起同樣也引到外部引腳上，記作公共端（COM），如圖5-8所示，而圖5-9為實(shí)物圖，其中引腳的排列因不同的廠商而有所不同。圖9數(shù)碼管管腳圖圖10數(shù)碼管實(shí)物圖市面上常用的LED數(shù)碼管有兩種，分為共陽極與共陰極。共陽極：當(dāng)數(shù)碼管里面的發(fā)光二極管的陽極接在一起作為公共引腳，在正常使用時(shí)此引腳接電源正極。當(dāng)發(fā)光二極管的陰極接低電平時(shí)，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，從而相應(yīng)的數(shù)碼段顯示。而輸入高電平的段則不能點(diǎn)亮。相反，共陰極：當(dāng)數(shù)碼管里面的發(fā)光二極管的陰極接在一起作為公共引腳，在正常使用時(shí)此引腳接電源負(fù)極。當(dāng)發(fā)光二極管的陽極接高電平時(shí)，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，從而相應(yīng)的數(shù)碼段顯示，而輸入低電平的段則不能點(diǎn)亮。圖11共陽共陰，數(shù)碼管原理圖3.9數(shù)碼管與單片機(jī)的連接電路圖12數(shù)碼管與單片機(jī)借口連接電路4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)圖13軟件系統(tǒng)圖、5.仿真圖片圖14仿真圖（未開始仿真）圖15仿真圖（開始仿真）6.設(shè)計(jì)小結(jié)課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程.隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新日異，單片機(jī)已經(jīng)成為當(dāng)今計(jì)算機(jī)應(yīng)用中空前活躍的領(lǐng)域，在生活中可以說得是無處不在。因此作為二十一世紀(jì)的大學(xué)來說掌握單片機(jī)的開發(fā)技術(shù)是十分重要的?；仡櫰鸫舜螁纹瑱C(jī)課程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到實(shí)踐，在整整兩星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識(shí)。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會(huì)遇到過各種各樣的問題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，通過這次課程設(shè)計(jì)之后，一定把以前所學(xué)過的知識(shí)重新溫故。這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多編程問題，最后在梁強(qiáng)老師的辛勤指導(dǎo)下，終于游逆而解。同時(shí)，在老師的身上我學(xué)得到很多實(shí)用的知識(shí)，在次我表示感謝！同時(shí)，對(duì)給過我?guī)椭乃型瑢W(xué)和各位指導(dǎo)老師再次表示忠心的感謝。7.參考文獻(xiàn)[1]馮育長.單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)例分析.[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2007[2]晁陽.單片機(jī)MCS-51原理及應(yīng)用開發(fā)教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，****.[3]黃惟公,鄧成中,王燕.單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，****[4]張萌,和湘,姜斌.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)綜合實(shí)例[M].北京:清華大學(xué)出版社，****[5]張大明.單片機(jī)控制實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)及綜合應(yīng)用實(shí)例[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004[6]張齊，朱寧西.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)—基于C51的Proteus仿真[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.[7]沈光斌，劉冬，姚志成.單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)用抗干擾設(shè)計(jì).[M].北京：人民郵電出版社，20048.附錄#include<reg51.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintucharnum,temp;voidDelayM(uintx)//延時(shí)子程序{ uchart; while(x--) { for(t=0;t<120;t++); }}kscan(void)//鍵盤掃描子程序{ uchari,temp,num=16; for(i=0;i<4;i++) {P1=_crol_(0xfe,i);//逐行掃描 temp=P1;//讀取鍵值 temp=temp&0xf0;//屏蔽低4位行值 if(temp!=0xf0)//高四位列值不全為1，說明有鍵按下，延時(shí)去抖動(dòng) { DelayM(20); temp=P1; temp=temp&0xf0; if(temp!=0xf0) { temp=P1; switch(temp)//根據(jù)按鍵所在的行與列位置確定鍵號(hào) { case0xee:num=0;break; case0xde:num=1;break; case0xbe:num=2;break; case0x7e:num=3;break; case0xed:num=4;break; case0xdd:num=5;break; case0xbd:num=6;break; case0x7d:num=7;break; case0xeb:num=8;break; case0xdb:num=9;break; case0xbb:num=10;break; case0x7b:num=11;break; case0xe7:num=12;break; case0xd7:num=13;break; case0xb7:num=14;break; case0x77:num=15;break; default:break; } while((temp&0xf0)!=0xf0)//等待按鍵釋放 { temp=P1;temp