標(biāo)題: 單片機(jī)4*4鍵盤的電路設(shè)計(jì)以及源代碼課程設(shè)計(jì)報(bào)告 [打印本頁(yè)]
作者: 阿慶    時(shí)間: 2017-7-12 20:59
標(biāo)題: 單片機(jī)4*4鍵盤的電路設(shè)計(jì)以及源代碼課程設(shè)計(jì)報(bào)告

單片機(jī)及接口課程設(shè)計(jì)報(bào)告

          專    業(yè)： 電子信息工程

          班    級(jí)：    信息143

          姓    名：      楊榮慶

          學(xué)    號(hào)： 201427187   

          指導(dǎo)教師： 李恩玉、吳則舉、王辛杰

          時(shí)    間： 2017-01-02~2017-01-13

         通信與電子工程學(xué)院


目錄

  • 課程設(shè)計(jì)及任務(wù)要求
1.1設(shè)計(jì)任務(wù)…………………………………………………………………………2
1.2設(shè)計(jì)要求…………………………………………………………………………2
1.3設(shè)計(jì)目的…………………………………………………………………………2
  • 總體方案介紹
2.1鍵盤接口…………………………………………………………………………2
2.2顯示接口…………………………………………………………………………3
  • 硬件設(shè)計(jì)
3.1總體設(shè)計(jì)框圖…………………………………………………………………4
3.2部分硬件設(shè)計(jì)及其原理 …………………………………………………4
  • 軟件設(shè)計(jì)
4.1程序流程圖……………………………………………………………………6
4.2程序源代碼……………………………………………………………………7
  • 調(diào)試
5.1仿真結(jié)果截圖…………………………………………………………………11
5.2實(shí)物圖……………………………………………………………………………12
5.3設(shè)計(jì)及調(diào)試過(guò)程………………………………………………………………12
  • 總結(jié)
6.1在設(shè)計(jì)中遇到的困難………………………………………………………13
6.2課程設(shè)計(jì)總結(jié)…………………………………………………………………13
6.3收獲和體會(huì) ……………………………………………………………………14




一 課程設(shè)計(jì)及任務(wù)要求

1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)

鍵盤接口和顯示設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一4×4鍵盤的接口，并在兩個(gè)數(shù)碼管上顯示鍵盤所在的行與列。

1.2設(shè)計(jì)要求

① 掌握原理圖的畫法，在PROTEUS平臺(tái)上用單片機(jī)完成所選題目的原理圖設(shè)計(jì)；

② 在KEIL C平臺(tái)上使用C語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)編程，并調(diào)試通過(guò)；

③ 在PROTEUS平臺(tái)上利用設(shè)計(jì)好的原理圖和調(diào)試好的程序完成整個(gè)仿真；

④ 在單片機(jī)最小系統(tǒng)板上實(shí)現(xiàn)仿真后軟硬件設(shè)計(jì)；

1.3設(shè)計(jì)目的

    為了進(jìn)一步鞏固學(xué)習(xí)的理論知識(shí)，增強(qiáng)對(duì)所學(xué)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用能力和運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，進(jìn)行本次課程設(shè)計(jì)。通過(guò)設(shè)計(jì)使我在鞏固所學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)之上具有初步的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用能力。

① 通過(guò)本設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用《單片機(jī)技術(shù)原理與應(yīng)用》、《DSP原理與應(yīng)用》《C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》以及《數(shù)字電路》、《模擬電路》等課程的內(nèi)容，為以后從事電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)、軟件編程、系統(tǒng)控制等工作奠定一定的基礎(chǔ)。

② 學(xué)會(huì)使用KEIL C和PROTEUS等軟件，用C語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言編寫一個(gè)較完整的實(shí)用程序，并仿真運(yùn)行，保證設(shè)計(jì)的正確性。

③ 了解單片機(jī)接口應(yīng)用開發(fā)的全過(guò)程：分析需求、設(shè)計(jì)原理圖、選用元器件、布線、編程、調(diào)試、撰寫報(bào)告等。

二 總體方案介紹

2.1鍵盤接口：

    鍵盤可以分為獨(dú)立式和矩陣式兩類，每一類有可根據(jù)對(duì)鍵盤的譯碼方法分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種類型。編碼鍵盤是鍵盤按下直接獲取按鍵的鍵號(hào)，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，能直接得到按下鍵的鍵號(hào)，這種鍵盤使用方便，但硬件電路復(fù)雜，常常不被微型計(jì)算機(jī)采用。在非編碼鍵盤中，利用按鍵直接與單片機(jī)的I/O口線（或外部擴(kuò)展的I/O口線）相連接，鍵盤按下時(shí)不能直接得到按鍵號(hào)，還要通過(guò)編寫程序判斷I/O口線的電平求得鍵號(hào)。因此，非編碼鍵盤硬件電路極為簡(jiǎn)單。

對(duì)于4×4鍵盤，共有十六個(gè)按鍵。如果每個(gè)按鍵與單片機(jī)的一個(gè)引腳相連，就會(huì)占用16個(gè)引腳，這樣會(huì)使的單片機(jī)的接口不夠用（即使夠用，也是對(duì)單片機(jī)端口的極大浪費(fèi)）。因此我們應(yīng)該行列式的接法。行列式非編碼鍵盤是一種把所有按鍵排列成行列矩陣的鍵盤。在這種鍵盤中，每根行線和列線的交叉處都接有一個(gè)按鍵，每當(dāng)某個(gè)按鍵被按下時(shí)，與這個(gè)按鍵相連的行線和列線就會(huì)接通，否則是斷開狀態(tài)。。因此4×4行列式非編碼鍵盤只需4條行線和4條列線，總共占用8條I/O端口線。大大減少了I/O端口線的利用。

去除按鍵的抖動(dòng)，當(dāng)判別出可能有鍵按下時(shí)，軟件延時(shí)一段時(shí)間（10ms左右）再判別鍵盤的狀態(tài)，若仍有鍵閉合，則認(rèn)為鍵盤上有確定的鍵按下，否則是鍵抖動(dòng)。

矩陣式鍵盤的線反轉(zhuǎn)法掃描，主要操作步驟為：（1）讓行線編程為輸入線，列線編程為輸出線，并使輸出線輸出為全低電平，則行線中電平由高變低的所在行為按鍵的所在行；（2）再把行線編程為輸出線，列線編程為輸入線，并使輸出線輸出為全低電平，則列線中電平由高變低的所在行為按鍵的所在列。綜合上述兩步的結(jié)果，可確定按鍵所在的行和列，從而識(shí)別出所按的鍵。

2.2顯示接口：

實(shí)現(xiàn)4×4鍵盤的接口需要用到單片機(jī)并編寫相應(yīng)的程序來(lái)識(shí)別鍵盤的十六個(gè)按鍵中哪個(gè)按鍵被按下。要求將被按下的按鍵顯示出來(lái)，因此可以用兩個(gè)數(shù)碼管來(lái)分別顯示被按下的按鍵的行與列。單片機(jī)控制LED數(shù)碼管有兩種顯示方式：靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)掃描顯示。靜態(tài)顯示方式就是指無(wú)論多少位LED數(shù)碼管，都同時(shí)處于顯示狀態(tài)，多位LED數(shù)碼管工作于靜態(tài)顯示方式時(shí)，各位的共陰極（或共陽(yáng)極）連接在一起并接地（或接+5V），每位數(shù)碼管的段碼線分別與一個(gè)單片機(jī)控制的8位I/O口鎖存器輸出相連，如果送往各個(gè)LED數(shù)碼管所顯示的字符的段碼一經(jīng)確定，則相應(yīng)的I/O口鎖存器鎖存的段碼輸出將維持不變，直至送入下一個(gè)顯示字符的段碼。因此，靜態(tài)顯示方式送往顯示無(wú)閃爍，亮度較高，軟件控制比較容易。動(dòng)態(tài)顯示用于顯示位數(shù)較多時(shí)，將所有的LED數(shù)碼管顯示器的段碼線的相應(yīng)段并聯(lián)在一起，由一個(gè)8位I/O端口控制，而各顯示位的公共端分別由另一單獨(dú)的I/O端口線控制。 每隔一段時(shí)間逐位的輪流點(diǎn)亮各數(shù)碼管（掃描），由于數(shù)碼管的余暉和人眼的“視覺暫留”作用，只要控制好每位數(shù)碼管點(diǎn)亮顯示的時(shí)間和間隔，則可造成“多位同時(shí)亮”的假象。發(fā)光二極管從導(dǎo)通到發(fā)光有一定的延時(shí)，如果點(diǎn)亮?xí)r間太短，發(fā)光太弱，人眼無(wú)法看清；時(shí)間太長(zhǎng)，產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象，而且此時(shí)間越長(zhǎng)，占用單片機(jī)的時(shí)間也越多。另外，顯示位數(shù)增多，也將占用單片機(jī)的大量時(shí)間，因此動(dòng)態(tài)現(xiàn)實(shí)的實(shí)質(zhì)是以執(zhí)行程序的時(shí)間來(lái)?yè)Q取I/O端口數(shù)目的減少。因此選用靜態(tài)顯示，并且選擇共陰極數(shù)碼管，直接接地，不需要上拉電阻，方便了電路的連接。


三 硬件設(shè)計(jì)
3.1總體設(shè)計(jì)框圖

圖3-1總電路圖

3.2部分硬件設(shè)計(jì)及其原理

圖3-2  4*4按鍵硬件圖

每個(gè)按鍵都有它的行值和列值，行值和列值的組合就是識(shí)別這個(gè)按鍵的編碼。矩陣的行線和列線分別通過(guò)兩并行接口和CPU通信。鍵盤的一端（列線）通過(guò)電阻接VCC，而接地是通過(guò)程序輸出數(shù)字“0”實(shí)現(xiàn)的。鍵盤處理程序的任務(wù)是：確定有無(wú)鍵按下，判斷哪一個(gè)鍵按下，還要消除按鍵在閉合或斷開時(shí)的抖動(dòng)。兩個(gè)并行口中，一個(gè)輸出掃描碼，使按鍵逐行動(dòng)態(tài)接地；另一個(gè)并行口輸入按鍵狀態(tài)，由行掃描值和回饋信號(hào)共同形成鍵編碼而識(shí)別按鍵。


圖3-3 數(shù)碼管硬件圖

兩位數(shù)碼管靜態(tài)顯示，并且采用共陰極數(shù)碼管，直接接地，避免采用上拉電阻，與AT89C52的P2、P3口相連，按行列顯示按鍵，靜態(tài)顯示，顯示無(wú)閃爍，亮度較高，軟件控制較容易。

圖3-4 STC89C52芯片

(1)8位CPU

（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（256RAM）程序存儲(chǔ)器（8KB Flash ROM）

（3）4個(gè)八位可編程并行I/O口（P0口、P1口、P2口、P3口）

（4）3個(gè)可編程的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（T0、T1、T2）

（5）1個(gè)全雙工的通用異步收發(fā)串行口（UART）

(6) 中斷系統(tǒng)具有6個(gè)中斷源、6個(gè)中斷向量

  • 特殊功能寄存器（SFR）32個(gè)

（8）1個(gè)看門狗定時(shí)器（WDT）


四 軟件設(shè)計(jì)

4.1程序流程圖

(在51hei附件里面)


  圖4-1 總程序流程圖

                 圖4-3  鍵盤掃描流程圖

4.2程序源代碼

五 調(diào)試

5.1仿真結(jié)果截圖

圖5-1 初始狀態(tài)數(shù)碼管顯示為“00”

圖5-2 第三行第四列按鍵按下，顯示為“34”

5.2實(shí)物圖

圖5-3 第三行第二列按鍵按下，顯示為“32”

圖5-4 第四行第三列按鍵按下，顯示為“43”

5.3設(shè)計(jì)及調(diào)試過(guò)程
  • 首先在keil軟件中編寫設(shè)計(jì)的程序，并通過(guò)編譯調(diào)試使程序能夠完全展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)要求，不斷修改直至沒有錯(cuò)誤，編譯通過(guò)以后生成往單片機(jī)里下載的hex文件。
  • 打開proteus軟件，設(shè)計(jì)硬件電路，根據(jù)自己設(shè)計(jì)的電路原理圖選擇元器件，并按照電路原理圖布局和連線。
  • 電路連接好以后，并且檢查沒有任何錯(cuò)誤，點(diǎn)擊STC89C52芯片，在“Program File”中選擇生成的hex文件，點(diǎn)擊OK，退出以后，點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕，調(diào)試電路是否能夠正常工作，并且檢查按鍵是否對(duì)應(yīng)數(shù)碼管上的數(shù)字。
六 總結(jié)
6.1設(shè)計(jì)中遇到的困難
  • 在編寫程序的時(shí)候，考慮用匯編語(yǔ)言還是C語(yǔ)言編寫，最后選擇了C語(yǔ)言，在之前的各種實(shí)驗(yàn)及設(shè)計(jì)中都是用的C語(yǔ)言進(jìn)行編程，對(duì)C語(yǔ)言的理解比較深刻，匯編語(yǔ)言是單片機(jī)的主要設(shè)計(jì)語(yǔ)言，但由于剛剛接觸到這一語(yǔ)言，對(duì)各種指令、尋址方式的理解不太深刻，用錯(cuò)各種指令，相對(duì)比而言，C語(yǔ)言更加得心應(yīng)手。

在用C語(yǔ)言進(jìn)行編程的時(shí)候，也遇見了許多的問題，各種函數(shù)的調(diào)用，實(shí)體名、變量名的定義，通過(guò)對(duì)C語(yǔ)言課本的查閱，在老師的幫助下都解決了。

  • 另外一個(gè)最大的難點(diǎn)就是在proteus中對(duì)原理圖的繪制，由于是第一次使用這個(gè)軟件，之前都是用的Multisim進(jìn)行仿真，這次進(jìn)行的是基于單片機(jī)的設(shè)計(jì)，所以在進(jìn)行軟件仿真的時(shí)候有很大的困難，本次設(shè)計(jì)的大部分時(shí)間都用在了系統(tǒng)的仿真上，器件的選取、參數(shù)值的改動(dòng)，還有最后下載完hex文件后的各種錯(cuò)誤的修改。這些問題都對(duì)設(shè)計(jì)造成了很大的影響，通過(guò)對(duì)《單片機(jī)原理及應(yīng)用》附帶光盤的觀看，對(duì)proteus軟件的介紹及實(shí)際操作，使我對(duì)這個(gè)軟件有了一定的了解，通過(guò)上網(wǎng)查閱資料，了解了各種元器件的名稱及在軟件中的位置，通過(guò)不懈的努力，終于完成了設(shè)計(jì)的系統(tǒng)仿真。

6.2課程設(shè)計(jì)總結(jié)

通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，我運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，完成了整個(gè)課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容，從電路原理圖的設(shè)計(jì)到硬件電路圖的連接，再到程序的編寫、電路原理圖的仿真，最后通過(guò)焊接完成了實(shí)物的設(shè)計(jì)，在這次課程設(shè)計(jì)中，運(yùn)用了許多課程的內(nèi)容，通過(guò)查閱資料，以及與同學(xué)的探討，最終完成了4×4鍵盤的設(shè)計(jì)及按鍵的顯示。  

通過(guò)本次單片機(jī)與接口課程設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了使用proteus軟件和keil軟件，基本上完成了所設(shè)計(jì)的課題，設(shè)計(jì)出了4×4鍵盤的接口，并且在兩個(gè)數(shù)碼管上能夠顯示鍵盤所在的行值與列值。通過(guò)本次課設(shè)，首先，使我能夠綜合運(yùn)用《單片機(jī)技術(shù)原理與應(yīng)用》、《DSP原理與應(yīng)用》《C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》以及《數(shù)字電路》、《模擬電路》等課程中學(xué)到的知識(shí)做一些電路的仿真，其次，使我對(duì)C語(yǔ)言有了更好的掌握和運(yùn)用，用其進(jìn)行軟件編程更加得心應(yīng)手。初步掌握了keil 和proteus等軟件，可以用C語(yǔ)言編寫一個(gè)完整的程序，并且能夠在proteus中完成電路圖的設(shè)計(jì)，且能夠使程序與電路圖吻合，達(dá)到設(shè)計(jì)的目的，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的要求，本次課設(shè)使我了解單片機(jī)接口應(yīng)用開發(fā)的全過(guò)程：分析需求、設(shè)計(jì)原理圖、選用元器件、布線、編程、調(diào)試、撰寫報(bào)告等。

6.3收獲和體會(huì)

這次課設(shè)，使我認(rèn)識(shí)到：無(wú)論是設(shè)計(jì)硬件電路還是編寫相應(yīng)的軟件程序，我們應(yīng)該極其認(rèn)真的進(jìn)行設(shè)計(jì)，在這個(gè)過(guò)程中哪怕是出現(xiàn)一個(gè)小小的錯(cuò)誤，都會(huì)導(dǎo)致不能仿真出正確的結(jié)果甚至根本不會(huì)出結(jié)果。本專業(yè)要求我們應(yīng)該有基本的專業(yè)知識(shí)和較強(qiáng)的動(dòng)手操作能力。因此能夠熟練使用proteus和keil等軟件對(duì)于我們未來(lái)的就業(yè)非常重要。本次課設(shè)僅僅使我們對(duì)proteus和keil等軟件有了一個(gè)簡(jiǎn)單的了解，我們應(yīng)該利用業(yè)余時(shí)間了解一些對(duì)我們專業(yè)有用的軟件，做到能夠掌握并熟練使用。課余時(shí)間多多做一些電路的仿真，這對(duì)我們將來(lái)找工作有很大的方便。

通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)我發(fā)現(xiàn)了自己有很大的不足，書本上的知識(shí)固然重要，但是真正應(yīng)用到實(shí)際當(dāng)中才是最主要的�，F(xiàn)在學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)，只是為運(yùn)用到實(shí)際中打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，我們應(yīng)該多鍛煉自己的動(dòng)手能力，多練習(xí)自己的焊接技術(shù)、排版能力、接線技巧等，這對(duì)以后的工作將會(huì)是一個(gè)巨大的幫助，通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，對(duì)我各方面都具有一定的影響，在以后的學(xué)習(xí)生活中，我會(huì)更加努力的去學(xué)習(xí)各種關(guān)于專業(yè)的知識(shí)，充實(shí)自己，使自己有充分的的提高。

參考文獻(xiàn)

[1] 張毅剛. 單片機(jī)原理及應(yīng)用 [M]. 北京：高等教育出版社，2016

[2] 陳峰. DSP原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì) [M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2010

[3] 張敏霞. C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)教程 [M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2013

[4] 閆石. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) [M]. 北京： 高等教育出版社，1998

[5] 童詩(shī)白. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) [M]. 北京： 高等教育出版社，2015                                                                                                                                      

教師評(píng)語(yǔ)：

單片機(jī)源程序如下:
  1. #include
  2. #define uint unsigned int
  3. #define uchar unsigned char
  4. uchar num,temp;
  5. uchar keyscan();
  6. void delay(uint z);
  7. void display(uchar aa);
  8. uchar code table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,
  9.                     0x66,0x6d,0x7d,0x07,
  10.                     0x7f,0x6f};
  11. //****************主函數(shù)*****************//
  12. void main()
  13. {
  14. while(1)
  15. {
  16. keyscan();
  17. display(num);
  18. }
  19. }
  20. //***************延時(shí)函數(shù)***************//
  21. void delay(uint z)
  22. {
  23. uint x,y;
  24. for(x=z;x>0;x--)
  25. for(y=100;y>0;y--);
  26. }
  27. //***************鍵盤掃描***************//
  28. uchar keyscan()
  29. {
  30. P1=0xfe;
  31. temp=P1;
  32. temp=temp&0xf0;
  33. while(temp!=0xf0)
  34. {
  35. delay(2);
  36. temp=P1;
  37. temp=temp&0xf0;
  38. while(temp!=0xf0)
  39. {
  40. temp=P1;
  41. switch(temp)
  42. {
  43. case 0xee:num=11;
  44. break;
  45. case 0xde:num=12;
  46. break;
  47. case 0xbe:num=13;
  48. break;
  49. case 0x7e:num=14;
  50. break;
  51. }
  52. while(temp!=0xf0)
  53. {
  54. temp=P1;
  55. temp=temp&0xf0;
  56. }
  57. }
  58. }
  59. P1=0xfd;
  60. temp=P1;
  61. temp=temp&0xf0;
  62. while(temp!=0xf0)
  63. {
  64. delay(2);
  65. temp=P1;
  66. temp=temp&0xf0;
  67. while(temp!=0xf0)
  68. {
  69. temp=P1;
  70. switch(temp)
  71. {
  72. case 0xed:num=21;
  73. break;
  74. case 0xdd:num=22;
  75. break;
  76. case 0xbd:num=23;
  77. break;
  78. case 0x7d:num=24;
  79. break;
  80. }
  81. while(temp!=0xf0)
  82. {
  83. temp=P1;
  84. temp=temp&0xf0;
  85. }
  86. }
  87. }
  88. P1=0xfb;
  89. temp=P1;
  90. temp=temp&0xf0;
  91. while(temp!=0xf0)
  92. {
  93. delay(2);
  94. temp=P1;
  95. temp=temp&0xf0;
  96. while(temp!=0xf0)
  97. {
  98. temp=P1;
  99. switch(temp)
  100. {
  101. case 0xeb:num=31;
  102. break;
  103. case 0xdb:num=32;
  104. break;
  105. case 0xbb:num=33;
  106. break;
  107. case 0x7b:num=34;
  108. break;
  109. }
  110. while(temp!=0xf0)
  111. {
  112. temp=P1;
  113. temp=temp&0xf0;
  114. }
  115. }
  116. }
  117. P1=0xf7;
  118. temp=P1;
  119. temp=temp&0xf0;
  120. while(temp!=0xf0)
  121. {
  122. delay(2);
  123. temp=P1;
  124. temp=temp&0xf0;
  125. while(temp!=0xf0)
  126. {
  127. temp=P1;
  128. switch(temp)
  129. {
  130. case 0xe7:num=41;
  131. break;
  132. case 0xd7:num=42;
  133. break;
  134. case 0xb7:num=43;
  135. break;
  136. case 0x77:num=44;
  137. break;
  138. }
  139. ……………………

  141. …………限于本文篇幅 余下代碼請(qǐng)從51黑下載附件…………
復(fù)制代碼


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作者: yuanhang1001    時(shí)間: 2017-7-13 09:43
編程有誤



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