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(word完整版)单片机矩阵键盘与数码管课程设计.doc
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(word 完整版)单片机矩阵键盘与数码管课程设计
矩阵键盘与数码管显示
摘要
矩阵式键盘乃是目前使用较为广泛的一种键盘模式,该系统以 N 个端口连接控制 N*N 个按
键,即时在 LED 数码管上。单片机控制的据这是键盘显示系统,该系统可以对不同的按键进行实
时显示,其核心是单片机和键盘矩阵电路部分,主要对按键与显示电路的关系、矩阵式技术及设
备系统的硬件、软件等各个部分进行实现。4*4 矩阵式键盘采用 89C51 单片机为核心,主要由
矩阵式键盘电路、译码电路、显示电路等组成,软件选用 C 语言编程,单片机将检测到的按键信
号 转换成数字量,显示于数码管显示器,系统灵
活性强,易于操作,可靠性能好。
单片机简介及主系统电路
单片机是一种集成电路芯片,是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处
理器 CPU 随机存储器 RAM、只读存储器 ROM、多种 I/O 口和中断系统、定时器/计时器等功能(可
能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D 转换 444 器等电路)集成到一块
硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统,在工业控制领域的广泛应用。从上世纪 80 年代,
由当时的 4 位、8 位单片机,发展到现在的 32 位 300M 的高速单片机。单片机在工业控制领域广
泛应用,它由芯片内仅有 CPU 的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备
和 CPU 集成在一个芯片中,使计算机系统更小,更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设
备当中,本次课程设计我们采用的是 AT89C51 型号的单片机。
AT89C51 单片机是 51 系列单片机的一个成员,是 8051 单片机的简化版。内部自带 2K 字节
可编程 FLASH 存储器的低电压、高性能 COMS 八位微处理器,与 Intel MCS—51 系列单片机的指
令和输出管脚相兼容。由于将多功能八位 CPU 和闪速存储器结合在单个芯片中,因此,AT89C2051
构成的单片机系统是具有结构最简单、造价最低廉、效率最高的微控制系统,省去了外部的
RAM、ROM 和接口器件,减少了硬件开销,提高了系统的性价比。其最小系统电路图如下:
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单片机最小系统电路图
三、矩阵键盘的电路介绍
AT89C51 单片机的并行口 P3 接 4×4 矩阵键盘,以 P3.0-P3。3 作行输入线,以 P3.4-P3。
7 作列输出线;P3 口输出按键信息,在数码管上显示每个按键的“0-F”序号。实际电路图连接
如下图所示.
矩阵式键盘电路
四、数码管显示原理及译码电路
本系统输出结果选用 8 个 LED 数码管显示。数码管有共阴共阳之分,本系统采用 8 段共阴
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型 LED,其原理图如下图所示:
符号和引脚 共阳极 共阴极
LED 数码管结构
数码管内部有 8 个发光二极管,公共端由 8 个发光二极管的阴极并接而成,正常显示时公
共端接低电平(GND),各发光二极管是否点亮取决于 a—dp 各引脚上是否是高电平。
LED 数码管的外部有 10 个引脚,其中 3, 8 脚为公共端也称位选端,其余 8 个引脚称为段选
端,当要使某一位数码管显示某一数字((0-9 中的一个)必须在这个数码管的段选端加上与数字
显示数字对应的 8 位段选码(也称字形码),在位选端加上低电平即可.
由于系统要显示的内容比较简单,显示量不多,所以选用数码管既方便又经济。LED 有共阴
极和共阳极两种,二极管的阴极连接在一起,通常此公共阴极接地,而共阳极则将发光二极管
的阳极连接在一起,接入+5V 的电压.一位显示器由 8 个发光二极管组成,其中 7 个发光二极管构
成字型“8"的各个笔划(段)a~g,另一个小数点为 dp 发光二极管。当在某段发光二极管施加
一定的正向电压时,该段笔划即亮;不加电压则暗。
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五、时钟电路与复位电路
时钟信号用来提供单片机片内各种微操作的时间基准,时钟信号通常用两种电路形式得到:
内部振荡和外部振荡.MCS-51 单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器,引脚
XTALl 和 XTAL2 分别是此放大电器的输入端和输出端,由于采用内部方式时,电路简单,所得的
时钟信号比较稳定,实际使用中常采用这种方式,如图 2—2 所示在其外接晶体振荡器(简称晶
振)或陶瓷谐振器就构成了内部振荡方式,片内高增益反向放大器与作为反馈元件的片外石英
晶体或陶瓷谐振器一起可构成一个自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。电路图中外接晶体以及电
容 C2 和 C3 构成并联谐振电路,它们起稳定振荡频率、快速起振的作用,其值为 30pF 左右,晶
振频率选 11.0592MHz 。
为了初始化单片机内部的某些特殊功能寄存器,必须利用复位电路,复位
后可使 CPU 及系统各部件处于确定的初始状态,并从初始状态开始正常工作。单片机的复位是
靠外电路来实现的,在正常运行情况下,只要 RST 引脚上出现两
个机器周期时间以上的高电平,即可引起系统复位,但如果 RST 引脚上持续为高电平,单片机
就处于循环复位状态。复位后系统将输入/输出(1/0)端口寄存器置为 FFH,堆栈指针 SP 置为 07H,
SBUF 内置为不定值,其余的寄存器全部清 0,内部 RAM 的状态不受复位的影响,在系统上电时 RAM
的内容是不定的。复位操作有两种情况,即上电复位和手动(开关)复位。本系统采用上电复位
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