基于单片机控制的矩阵键盘显示系统设计（附源程序）

盐城工学院本科生毕业设计说明书（****）PAGE0PAGE1课程设计说明书单片机原理与接口技术专业建筑电气与智能化学生姓名班级学号指导教师完成日期盐城工学院课程设计说明书（2010）盐城工学院课程设计说明书（2010）PAGE16PAGE15盐城工学院课程设计说明书（2010）目录一理论部分 11课题要求与内容 12系统方案设计 13系统硬件的设计 13.1STC89C51特性23.2STC89C51内部结构框图23.3STC89C51管脚图，实物图33.4I/O口各种不同的工作模式及配置介绍33.5I/O线3

3.6单片机最小系统43.7矩阵键盘系统设计53.8数码管显示电路63.9数码管与单片机的连接电路74系统软件设计85.仿真图片96.设计小结107.参考文献11三附录 12一理论部分理论设计课题名称：基于单片机控制的矩阵键盘显示系统设计1课题要求与内容以51为核心的STC89C51单片机为控制芯片，设计制作数码管显示电路，矩阵键盘电路，单片机最小系统电路。通过程序控制4*4的矩阵键盘，经过单片机处理之后显示在数码管上，当按下键盘上的任意一个键的时候，数码管上会显示相应的数字。因为本系统采用的是单位数码管，所以我们这边用十六进制表示。设计软件系统和硬件系统，画出硬件系统图和PCB图，最后制作PCB板，满足本次的课程设计要求。2系统方案设计本设计是由4*4的矩阵键盘，晶振电路，8051单片机，复位电路，数码显示电路等组成，矩阵键盘通过软件来控制8051单片机从来改变数码显示器上的数字，其组成框图如下所示： 图1系统框图3系统硬件的设计本次选用的是以51为核心的STC89C51单片机为主控芯片。此款单片机是STC推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可任选，HD版本8051单片机MAX810专用复位电路。3.1STC89C51特性1.增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可任意选择指令代码完全兼容传统80512.工作电压：5.5V-3.3V(5V单片机)/3.8V-2.0V(3V单片机)3.工作频率范围：0～40MHz，相当于普通8051的0～80MHz，实际工作频率可达48MHz.4.用户应用程序空间：4K/8K/13K/16K/32K/64K字节5.片上集成1280字节或512字节RAM6.通用I/O口(35/39个)，复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉(普通8051传统I/O口)；P0口是开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。7.ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片8.有EEPROM功能9.看门狗10.内部集成MAX810专用复位电路(HD版本和90C版本才有)，外部晶体20M以下时，可省外部复位电路。11.共3个16位定时器/计数器，其中定时器0还可以当成2个8位定时器使用。12.外部中断4路,下降沿中断或低电平触发中断，PowerDown模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。13.通用异步串行口(UART)，还可用定时器软件实现多个UART14.工作温度范围：-40~+85℃(工业级)/0~75℃(商业级)15.封装：LQFP-44,PDIP-40,PLCC-44,PQFP-44.3.2STC89C51内部结构框图图2内部结构图3.3STC89C51管脚图，实物图图3STC89C51管脚图图4STC89C51实物图3.4I/O口各种不同的工作模式及配置介绍STC89C51RC/RD+系列单片机所有I/O口均(新增P4口)有3种工作类型：准双向口/弱上拉（标准8051输出模式）、仅为输入（高阻）或开漏输出功能。STC89C51RC/RD+系列单片机的P1/P2/P3/P4上电复位后为准双向口/弱上拉（传统8051的I/O口）模式P0口上电复位后是开漏输出。P0口作为总线扩展用时不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加10K-4.7K上拉电阻。STC89C51RC/RD+的5V单片机的P0口的灌电流最大为12mA,其他I/O口的灌电流最大为6mA。STC89LE51RC/RD+的3V单片机的P0口的灌电流最大为8mA,其他I/O口的灌电流最大为4mA。1.

ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲

①

ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址

②

PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。

2.

PSEN:外ROM读选通信号。3.

RST/VPD:复位/备用电源。

①

RST（Reset）功能：复位信号输入端。②

VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。

4.EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。

①

EA功能：内外ROM选择端。

②

Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp

3.5

I/O线

80C51共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。3.6单片机最小系统要使单片机工作，必须提供复位电路和晶体振荡电路，即组成单片机最小应用系统，使其正常工作。采用的复位方法是自动复位，单片机复位满足的条件为：RST引脚上出现10ms(T=RC)以上的高电平，所以当电容值取C=10UF时，电阻R=10K才会满足要求。晶振选用12MHZ。图5最小系统图⒈

电源:

⑴

单片机40脚接VCC

-

芯片电源，接+5V；

⑵

单片机20脚接地

-

接地端；⒉

时钟:

XTAL1、XTAL2

-

晶体振荡电路反相输入端和输出端。3.晶振电路晶振是为电路提供频率基准的元器件，通常分成有源晶振和无源晶振两个大类，无源晶振通常信号质量和精度较差，需要精确匹配外围电路（电感、电容、电阻等），如需更换晶振时要同时更换外围的电路。有源晶振不需要芯片的内部振荡器，可以提供高精度的频率基准，信号质量也较无源晶振要好。本设计选用有源晶振，晶振电路如图所示图6晶振电路4.复位电路为了确保系统中电路稳定可靠地工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。一般单片机电路正常工作需要供电5V±5%，即4.75～5.25V。由于系统电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，系统电路开始正常工作。复位电路如图所示图7复位电路3.7矩阵键盘系统设计矩阵键盘又称行列键盘，它是四条I/O线作为行线，四条I/O线作为列线组成的键盘。在行线和列线的每个交叉点上设置一个按键。这样键盘上的个数就为*4个。这种行列式键盘结构能有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。

独立键盘具有编程简单但占有I/O口资源的特点，不适合在按键较多的场合应用。在实际应用中经常要用到输入数字、字母等功能，如电子密码锁、电话机键盘等一般都至少有12到16个按键，在这种情况下如果用独立按键的话显然太浪费I/O口资源，为此我们就有必要使用矩阵键盘了。一般由16个按键组成在单片机中正好可以用一个P口实现16个按键功能，这也是在单片机系统中最常用的形式，本设计就采用这个键盘模式。图8矩阵键盘电路3.8数码管显示电路LED(LightEmitingDiode)是发光二极管的缩写。LED数码管里面有8只发光二极管，与实验板P1端口所接的二极管是相同的。分别记作a﹑b﹑c﹑d﹑e﹑f﹑g﹑dp其中dp为小数点，每一只发光二极管都有一根电极引到外部引脚上，而另外一只引脚就连接在一起同样也引到外部引脚上，记作公共端（COM），如图5-8所示，而图5-9为实物图，其中引脚的排列因不同的厂商而有所不同。图9数码管管脚图图10数码管实物图市面上常用的LED数码管有两种，分为共阳极与共阴极。共阳极：当数码管里面的发光二极管的阳极接在一起作为公共引脚，在正常使用时此引脚接电源正极。当发光二极管的阴极接低电平时，发光二极管被点亮，从而相应的数码段显示。而输入高电平的段则不能点亮。相反，共阴极：当数码管里面的发光二极管的阴极接在一起作为公共引脚，在正常使用时此引脚接电源负极。当发光二极管的阳极接高电平时，发光二极管被点亮，从而相应的数码段显示，而输入低电平的段则不能点亮。图11共阳共阴，数码管原理图3.9数码管与单片机的连接电路图12数码管与单片机借口连接电路4系统软件设计图13软件系统图、5.仿真图片图14仿真图（未开始仿真）图15仿真图（开始仿真）6.设计小结课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域，在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握单片机的开发技术是十分重要的。回顾起此次单片机课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在整整两星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多编程问题，最后在梁强老师的辛勤指导下，终于游逆而解。同时，在老师的身上我学得到很多实用的知识，在次我表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢。7.参考文献[1]冯育长.单片机系统设计与实例分析.[M].西安：西安电子科技大学出版社，2007[2]晁阳.单片机MCS-51原理及应用开发教程[M].北京：清华大学出版社，****.[3]黄惟公,邓成中,王燕.单片机原理与应用技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，****[4]张萌,和湘,姜斌.单片机应用系统开发综合实例[M].北京:清华大学出版社，****[5]张大明.单片机控制实训指导及综合应用实例[M].北京：清华大学出版社，2004[6]张齐，朱宁西.单片机应用系统设计技术—基于C51的Proteus仿真[M].北京：化学工业出版社，2004.[7]沈光斌，刘冬，姚志成.单片机系统实用抗干扰设计.[M].北京：人民邮电出版社，20048.附录#include<reg51.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintucharnum,temp;voidDelayM(uintx)//延时子程序{ uchart; while(x--) { for(t=0;t<120;t++); }}kscan(void)//键盘扫描子程序{ uchari,temp,num=16; for(i=0;i<4;i++) {P1=_crol_(0xfe,i);//逐行扫描 temp=P1;//读取键值 temp=temp&0xf0;//屏蔽低4位行值 if(temp!=0xf0)//高四位列值不全为1，说明有键按下，延时去抖动 { DelayM(20); temp=P1; temp=temp&0xf0; if(temp!=0xf0) { temp=P1; switch(temp)//根据按键所在的行与列位置确定键号 { 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)//等待按键释放 { temp=P1;temp