微處理器程序設(shè)計(jì)-以51單片機(jī)為例 課件 項(xiàng)目1 智慧校園門禁智能控制 任務(wù)1.3-1.4

項(xiàng)目一智慧校園門禁智能控制

馮蓉珍

《微處理器程序設(shè)計(jì)》任務(wù)1.3“活用”獨(dú)立按鍵任務(wù)目標(biāo)

通過本任務(wù)的設(shè)計(jì)和制作，介紹微處理器和獨(dú)立式按鍵、矩陣鍵盤等輸入器件之間的接口和編程應(yīng)用。培養(yǎng)學(xué)生具備利用微處理器的IO口的能力，并能通過按鍵控制簡(jiǎn)單輸出并能利用獨(dú)立鍵盤控制LED燈和數(shù)碼管做不同的顯示。知識(shí)準(zhǔn)備一、獨(dú)立式按鍵

獨(dú)立式按鍵是直接用I/O口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵，其特點(diǎn)是每個(gè)按鍵單獨(dú)占用一根I/O口線，每個(gè)按鍵的工作不會(huì)影響其他I/O口線的狀態(tài)。獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但每個(gè)按鍵必須占用一根I/O口線，因此在按鍵較多時(shí)，I/O口線浪費(fèi)較大，不宜采用。獨(dú)立式按鍵的軟件常采用查詢式結(jié)構(gòu)，先逐位查詢每根I/O口線的輸入狀態(tài)，如某一根I/O口線輸入為低電平，則可確認(rèn)該I/O口線所對(duì)應(yīng)的按鍵已按下，然后再轉(zhuǎn)向該鍵的功能處理程序即可。任務(wù)1.3

“活用”獨(dú)立按鍵知識(shí)準(zhǔn)備二、按鍵去抖動(dòng)

通常的按鍵所用開關(guān)為機(jī)械彈性開關(guān)。由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，按鍵在閉合及斷開的瞬間均伴隨有一連串的抖動(dòng)。鍵抖動(dòng)會(huì)引起一次按鍵被誤讀多次。為了確保CPU對(duì)鍵的一次閉合僅作一次處理，必須去除抖動(dòng)。按鍵的機(jī)械抖動(dòng)可采用硬件電路來消除，也可以采用軟件方法進(jìn)行去抖。軟件去抖編程思路：在檢測(cè)到有鍵按下時(shí)，先執(zhí)行10ms左右的延時(shí)程序，然后再重新檢測(cè)該鍵是否仍然按下，以確認(rèn)該鍵按下不是因抖動(dòng)引起的。同理，在檢測(cè)到該鍵釋放時(shí)，也采用先延時(shí)再判斷的方法消除抖動(dòng)的影響。任務(wù)1.3

“活用”獨(dú)立按鍵任務(wù)實(shí)施

子任務(wù)一奇妙的轉(zhuǎn)向燈控制

獨(dú)立按鍵控制燈光報(bào)警，具體應(yīng)用在汽車轉(zhuǎn)向燈的控制。汽車在轉(zhuǎn)向的時(shí)候需要亮起轉(zhuǎn)向燈，以提醒周圍的車和行人注意。雙閃燈即危險(xiǎn)報(bào)警閃光燈，雙閃燈是一種提醒其他車輛與行人注意本車發(fā)生了特殊情況的信號(hào)燈。在駕車過程中遇到濃霧天氣，能見度低于50m時(shí)，由于視線不好，司機(jī)不僅應(yīng)該開啟前、后霧燈，同時(shí)還應(yīng)該開啟危險(xiǎn)報(bào)警閃光燈，即汽車兩側(cè)的轉(zhuǎn)向燈同時(shí)閃爍，以提醒過往車輛及行人注意。特別是提醒后方行駛的車輛應(yīng)保持應(yīng)有的安全距離和必要的安全車速，避免緊急剎車而引起追尾事故。本任務(wù)中，我們要利用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)前后左右四個(gè)發(fā)光二極管來模擬左右轉(zhuǎn)向及雙閃燈，發(fā)光二級(jí)管的亮滅過程即雙閃燈的閃爍過程，亮滅之間的時(shí)間間隔通過單片機(jī)延時(shí)500ms完成。任務(wù)1.3

“活用”獨(dú)立按鍵任務(wù)實(shí)施1、硬件電路設(shè)計(jì)

將單刀三擲開關(guān)的公共端接地，另外三個(gè)端子分別連接P1.0、P1.1和P1.2端口。四個(gè)led燈分別連接在P0.0到P0.3端口。如圖1-75所示。開關(guān)狀態(tài)為低電平或高電平，開關(guān)狀態(tài)作為單片機(jī)的輸入信號(hào)，讀取P1端口開關(guān)狀態(tài)的輸入信號(hào)，控制P0端口上相連的led燈做不同的顯示。圖1-75電路圖

任務(wù)1.3

“活用”獨(dú)立按鍵任務(wù)實(shí)施2、軟件編程當(dāng)SW1打到上端，則P1.0為低電平，P1.1和P1.2為高電平，此時(shí)左側(cè)前后兩個(gè)led燈閃爍，表示汽車左轉(zhuǎn)。當(dāng)SW1打到下端，則P1.2為低電平，P1.0和P1.1為高電平，此時(shí)右側(cè)前后兩個(gè)led燈閃爍，表示汽車右轉(zhuǎn)。當(dāng)SW1打到中間端，則P1.1為低電平，P1.0和P1.2為高電平，此時(shí)前后左右四個(gè)led燈閃爍即汽車燈雙跳，表示汽車處于報(bào)警提醒狀態(tài)。首先利用sbit定義四個(gè)led燈和左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)雙閃開關(guān)所在端口。sbitled1=P0^0;sbitled2=P0^1;sbitled3=P0^2;sbitled4=P0^3;sbitsl=P1^0;sbitsm=P1^1;sbitsr=P1^2;任務(wù)1.3

“活用”獨(dú)立按鍵任務(wù)實(shí)施在主函數(shù)的while循環(huán)中，左轉(zhuǎn)燈的狀態(tài)受左轉(zhuǎn)開關(guān)控制，當(dāng)左轉(zhuǎn)開關(guān)接地，則左轉(zhuǎn)燈亮一段時(shí)間后熄滅一段時(shí)間，可以用下面幾行代碼表示。led1=sl;led2=sl;delay(100);led1=1;led2=1;delay(100);如果左轉(zhuǎn)開關(guān)未被接通，即P1.0為高電平，則左轉(zhuǎn)燈一直是熄滅的。同樣，右轉(zhuǎn)燈閃爍代碼如下：led3=sr;led4=sr;delay(100);led3=1;led4=1;delay(100);雙跳的四個(gè)led燈的狀態(tài)受中間開關(guān)即P1.1的控制，代碼如下：led1=sm;led2=sm;led3=sm;led4=sm;delay(100);led1=1;led2=1;led3=1;led4=1;delay(100);任務(wù)1.3

“活用”獨(dú)立按鍵任務(wù)實(shí)施3、仿真調(diào)試

編譯調(diào)試程序下載到仿真電路，運(yùn)行hex，控制開關(guān)的連接端口狀態(tài)，觀察四個(gè)led燈的狀態(tài)。4、開發(fā)板運(yùn)行

將四個(gè)led發(fā)光二極管和三個(gè)按鍵開關(guān)如圖1-76連接，將hex文件下載到開發(fā)板后，分別按下k1，k2，k3，觀察四個(gè)led的狀態(tài)。圖1-76開發(fā)板運(yùn)行效果圖

任務(wù)1.3

“活用”獨(dú)立按鍵任務(wù)實(shí)施

子任務(wù)二流水燈受控制啦

利用連接在微處理器端口上的按鍵控制8個(gè)led燈做流水燈效果顯示，按下按鍵，8個(gè)燈流水顯示一次，然后全部熄滅，只有再次按下按鍵才流水顯示一次。1、硬件電路設(shè)計(jì)將獨(dú)立按鍵k1連接到P3.6端口，在P1口上連接8個(gè)led燈。如圖1-77圖1-77電路圖及連線圖任務(wù)1.3

“活用”獨(dú)立按鍵任務(wù)實(shí)施2、軟件編程（1）基本功能實(shí)現(xiàn)

將前面做過的流水燈程序編寫成一個(gè)子函數(shù)voidflowled();voidflowled(){s=0xfe;//s的初始值為11111110, //循環(huán)8次for(k=0;k<8;k++){//k=0時(shí);k=1時(shí)；...k=7時(shí)；k=8時(shí)循環(huán)結(jié)束 P1=s;//P1=11111110;P1=11111101...P1=01111111 delay(100);//延時(shí) s=s<<1;//s=11111100; s=11111010... s=11111110 s=s+1;//s=11111101; s=11111011... s=11111111

}}任務(wù)1.3

“活用”獨(dú)立按鍵任務(wù)實(shí)施

主函數(shù)的while循環(huán)中判斷是否有按鍵按下，只有按鍵按下，才進(jìn)入流水燈子函數(shù)，否則，所有燈熄滅。完整的程序如下：#include<reg51.h>sbitsw=P3^6;bit sw_last;inti,j,k;unsignedchars;//延時(shí)函數(shù)voiddelay(intnum){for(i=0;i<num;i++)for(j=0;j<100;j++)

;}任務(wù)1.3“活用”獨(dú)立按鍵任務(wù)實(shí)施

//流水燈函數(shù)voidflowled(){s=0xfe;//s的初始值為11111110//循環(huán)8次for(k=0;k<8;k++){//k=0時(shí);k=1時(shí)；...k=7時(shí)

k=8,循環(huán)結(jié)束 P1=s;//P1=11111110;P1=11111101...P1=01111111 delay(100);//延時(shí) s=s<<1;//s=11111100; s=11111010... s=11111110 s=s+1;//s=11111101; s=11111011... s=11111111}}任務(wù)1.3“活用”獨(dú)立按鍵任務(wù)實(shí)施//主函數(shù)voidmain(){sw_last=1;//按鍵上次狀態(tài)默認(rèn)為松開，while(1){ if(!sw&&sw_last){//按鍵按下 flowled(); } sw_last=sw;//更新按鍵狀態(tài)P1=0xff;//全部熄滅}}任務(wù)1.3“活用”獨(dú)立按鍵任務(wù)實(shí)施（2）功能拓展

基本功能為按下一次按鍵，流水燈顯示一次后8個(gè)燈全部熄滅。若是按一次按鍵，流水燈循環(huán)顯示6次后熄滅，只需在按鍵按下后讓流水燈子函數(shù)循環(huán)6次即可。部分代碼如下：if(!sw&&sw_last){//按鍵按下 for(n=0;n<6;n++){ flowled();

}

}……3、仿真調(diào)試

編譯調(diào)試程序下載到仿真電路，運(yùn)行hex，按下獨(dú)立按鍵，控制流水燈，觀察8個(gè)led做流水燈的效果。任務(wù)1.3“活用”獨(dú)立按鍵任務(wù)實(shí)施4、開發(fā)板運(yùn)行將八個(gè)led發(fā)光二極管和一個(gè)獨(dú)立按鍵開關(guān)如下圖連接，將hex文件下載到開發(fā)板后，按下k1觀察八個(gè)led的流水燈效果。圖1-78開發(fā)板連線任務(wù)1.3“活用”獨(dú)立按鍵任務(wù)實(shí)施

子任務(wù)三“紀(jì)念日”去哪兒了

利用連接在微處理器端口上的獨(dú)立按鍵控制8個(gè)共陰極數(shù)碼管顯示生日。按下一次按鍵，數(shù)碼管顯示生日，延時(shí)一段時(shí)間后熄滅，只有再次按下按鍵才再次顯示生日。1、硬件電路設(shè)計(jì)

硬件電路在原來的數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示電路基礎(chǔ)上增加獨(dú)立按鍵設(shè)計(jì)。在P1.0端口連接一按鍵接地，同上連接10K電阻后連上電源。圖1-69電路圖任務(wù)1.3“活用”獨(dú)立按鍵任務(wù)實(shí)施2、軟件編程（1）基本功能實(shí)現(xiàn)

將前面做過的多個(gè)數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示的程序編寫成一個(gè)子函數(shù)voiddisplay();voiddisplay(){s=0x00;P3=s;//00000000for(k=0;k<8;k++){

P0=table[bir[k]]; delay(10);

s=s+1;//00000001

P3=s;}}任務(wù)1.3“活用”獨(dú)立按鍵任務(wù)實(shí)施

主函數(shù)的while循環(huán)中判斷是否有按鍵按下，只有按鍵按下，才進(jìn)入數(shù)碼管顯示子函數(shù)，否則，所有數(shù)碼管熄滅。While循環(huán)中按鍵判斷代碼如下：while(1){

if(!sw&&sw_last){//按鍵按下

for(n=0;n<10;n++){//循環(huán)10次用于仿真調(diào)試，下載到開發(fā)板的程序n<100以使人眼能看清數(shù)碼管顯示的內(nèi)容，否則次數(shù)過少，數(shù)碼管顯示一閃而過，還未看清就熄滅?？梢赃m當(dāng)選擇循環(huán)次數(shù)。

display();}

}

sw_last=sw;//更新按鍵狀態(tài)}任務(wù)1.3“活用”獨(dú)立按鍵任務(wù)實(shí)施

（2）能力拓展

基本功能為按下一次按鍵，數(shù)碼管顯示生日后熄滅。若是按一次按鍵，數(shù)碼管可以顯示另外一組數(shù)據(jù)，比如20210214，重寫定義一個(gè)數(shù)組bir2，只需在第二次按鍵按下后顯示bir2數(shù)組里的內(nèi)容。第三次按下按鍵回到第一次按鍵的狀態(tài)?？梢栽O(shè)置為奇數(shù)次和偶數(shù)次按鍵，奇數(shù)次按鍵顯示bir1數(shù)組的內(nèi)容，偶數(shù)次按鍵顯示bir2數(shù)組內(nèi)容。先定義位變量key_count，表示按鍵奇偶次，重寫定義顯示的兩個(gè)數(shù)組bir1和bir2：部分代碼如下：bitkey_count=0;//定義按鍵次數(shù)位變量，默認(rèn)為偶數(shù)次unsignedcharbir1[8]={2,0,0,1,0,9,1,1};unsignedcharbir2[8]={2,0,2,1,0,2,1,4};用if語句判斷按鍵是否按下，如果按下，則按鍵次數(shù)變量取反，原來是偶數(shù)次的，現(xiàn)在為奇數(shù)次，反之亦然。任務(wù)1.3“活用”獨(dú)立按鍵任務(wù)實(shí)施

if(!sw&&sw_last){//按鍵按下 key_count=!key_count;//按鍵次數(shù)取反for(n=0;n<3;n++){ display(); }}……修改display（）函數(shù)，增加按鍵奇偶次判斷。voiddisplay(){if(key_count){ //奇數(shù)次按鍵s=0x00;P3=s;//00000000for(k=0;k<8;k++){ P0=table[bir1[k]]; //P0=~table[bir[k]]; delay(10);

s=s+1;//00000001 P3=s;}

}任務(wù)1.3“活用”獨(dú)立按鍵任務(wù)實(shí)施else{ //偶數(shù)次按鍵

s=0x00;

P3=s;//00000000

for(k=0;k<8;k++){ P0=table[bir2[k]]; //P0=~table[bir[k]]; delay(10);

s=s+1;//00000001 P3=s;

}}}任務(wù)1.3“活用”獨(dú)立按鍵任務(wù)實(shí)施3、仿真調(diào)試

上述程序編譯調(diào)試程序下載到仿真電路，運(yùn)行hex，控制獨(dú)立按鍵按下次數(shù)，觀察八個(gè)數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示效果。

發(fā)現(xiàn)顯示子函數(shù)運(yùn)行完畢后，第一個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示最后一個(gè)數(shù)字，如果需要熄滅所有的數(shù)碼管，改如何修改程序呢？

只要在按鍵按下后if語句成立的符合語句最后一行增加一個(gè)數(shù)碼管全部熄滅的子函數(shù)display_off()。while(1){

if(!sw&&sw_last){//按鍵按下

key_count=!key_count;//取反 for(n=0;n<100;n++){

display(); } display_off(); //熄滅所有數(shù)碼管

}

sw_last=sw;}//while任務(wù)1.3“活用”獨(dú)立按鍵任務(wù)實(shí)施熄滅所有的數(shù)碼管的子函數(shù)如下：輪流選中8個(gè)數(shù)碼管，熄滅每個(gè)數(shù)碼管中的八段led。voiddisplay_off(){

s=0x00;

P3=s;//00000000for(k=0;k<8;k++){P0=0xff; //共陽極數(shù)碼管熄滅 //P0=~0xff; //共陰極數(shù)碼管熄滅 delay(10);

s=s+1;//00000001

P3=s;}}任務(wù)1.3“活用”獨(dú)立按鍵任務(wù)實(shí)施4、開發(fā)板運(yùn)行

仿真電路中是共陽極數(shù)碼管，開發(fā)板中八個(gè)是共陰極數(shù)碼管，因此需要將共陽極的碼值取反后變?yōu)楣碴帢O的碼值，即P0=~table[bir[k]];并且縮短延時(shí)時(shí)間，增減顯示的循環(huán)次數(shù)。重新編譯程序下載到開發(fā)板，按仿真圖中按鍵和數(shù)碼管與單片機(jī)的端口連接開發(fā)板上對(duì)應(yīng)的端口。如圖1-79。按下k1奇數(shù)次和偶數(shù)次，觀察八個(gè)數(shù)碼管的顯示狀態(tài)。圖1-79開發(fā)板連線及運(yùn)行效果

任務(wù)1.4

“巧用”矩陣鍵盤任務(wù)目標(biāo)通過本任務(wù)的設(shè)計(jì)和制作，培養(yǎng)學(xué)生具備利用微處理器矩陣式鍵盤進(jìn)行控制顯示的能力。

由16（4×4）個(gè)按鍵組成的4行4列矩陣式鍵盤連接微處理器的I/O端口，每個(gè)按鍵代表的數(shù)值分別為0～15，數(shù)碼管顯示按鍵的值。

任務(wù)1.4

“巧用”矩陣鍵盤知識(shí)準(zhǔn)備

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，若使用按鍵較多時(shí)，通常采用矩陣式(也稱行列式)鍵盤。矩陣鍵盤由行線和列線組成，按鍵位于行、列線的交差點(diǎn)上，其結(jié)構(gòu)如圖1-80。4×4的行、列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成含有16個(gè)按鍵的鍵盤。顯然，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，矩陣式鍵盤較之獨(dú)立式鍵盤要節(jié)省很多I/O口。矩陣式鍵盤中，行、列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端。識(shí)別矩陣式鍵盤常用掃描法，按鍵按下時(shí)，與此鍵相連的行線與列線導(dǎo)通，其影響該鍵所在行線和列線的電平。

識(shí)別矩陣式鍵盤按鍵可采用逐列掃描法或行列反轉(zhuǎn)法。圖1-80矩陣式鍵盤結(jié)構(gòu)圖

任務(wù)1.4“巧用”矩陣鍵盤任務(wù)實(shí)施1、硬件電路設(shè)計(jì)

硬件電路在最小電路基礎(chǔ)上，通過P2端口連接300歐姆限流電阻后連接共陽極數(shù)碼管的7段碼。P1端口低4位分別連接矩陣鍵盤的四列，高4位分別連接矩陣鍵盤的四行。4行4列分別連接上拉電阻后接電源。圖1-81電路圖

任務(wù)1.4

“巧用”矩陣鍵盤任務(wù)實(shí)施2、軟件編程

基本功能如下：16個(gè)按鍵，分別代表數(shù)字0~9和英文字符A~F。系統(tǒng)上電時(shí)，數(shù)碼管不顯示。

逐列掃描法按鍵識(shí)別過程如下：先讓行輸出全部為1，列全部為0，以P1為例，則語句為“P1=0xF0；”，用變量temp保存P1口值，假設(shè)S0按下，則temp不等于0xF0，接著再延時(shí)消抖，再去讀P1口的值，若temp仍不等于0xF0，則有按鍵按下；接著讓第一列為0(P1.0為低電平)，其它行為1，即P1=0xFE；接著讀P1的值，即“temp=P1；”，若“0”號(hào)鍵按下，則P1.4和P1.0接通，P1.4引腳為低電平，此時(shí)temp值為0xee；若按下“1”號(hào)鍵，則temp值為0xde，通過判斷temp值即可判斷按下了哪個(gè)鍵。接著讓第二列為0(P1.1為低電平)，其它行為1，用同樣的方法可判斷是否有鍵“4”、“5”、“6”或“7”按下；接著讓第三列為0(P1.2為低電平)，其它行為1，用同樣的方法可判斷是否有鍵“8”、“9”、“A”或“B”任務(wù)1.4

“巧用”矩陣鍵盤任務(wù)實(shí)施接著讓第四列為0(P1.3為低電平)，其它行為1，用同樣的方法可判斷是否有鍵“C”、“D”、“E”或“F”按下。voidmain()//主函數(shù){unsignedchardisp[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e};//0～9、A～F的共陽極顯示碼

P2=0x00;//讓共陽極數(shù)碼管亮一下后熄滅，驗(yàn)證數(shù)碼管工作正常delay(100);P2=0xff;

while(1){

keynum=scan_key();//讀取按鍵值

P2=disp[keynum];//顯示按鍵值

}任務(wù)1.4

“巧用”矩陣鍵盤任務(wù)實(shí)施//函數(shù)名：scan_key//函數(shù)功能：判斷是否有鍵按下，如果有鍵按下，逐列掃描法得到鍵值//形式參數(shù)：無//返回值：鍵值0～15，charscan_key(){//第一列輸出低電平，讀取第一列的四行中是否有按鍵按下P1=0xfe;//11111110

temp=P1;//xxxx1110

temp=temp&0xf0;//11110000

if(temp!=0xf0){//有按鍵按下

temp=P1;//11101110->0//11011110->1//10111110->2//01111110->3

switch(temp){ case0xee://11101110 keynum=0; break; case0xde://11011110 keynum=1; break; case0xbe://10111110