基于单片机控制的矩阵键盘显示专业系统设计.doc

课程设计阐明书

单片机原理与接口技术

专业
建筑电气与智能化
学生姓名
葛益新
班级
BD电建101
学号

指引教师
吴冬春
完毕日期
1月 17日

目 录
一 理论某些 1
1课题规定与内容 1
2 系统方案设计 1
3 系统硬件设计 1
3.1 STC89C51特性......................................................................2
3.2 STC89C51内部构造框图.............................................................................2
3.3 STC89C51管脚图，实物图.........................................................................3
3.4 I/O口各种不同工作模式及配备简介..............................3
3.5I/O线..............................................................................................................3  
3.6单片机最小系统........................................................................................... 4
3.7矩阵键盘系统设计........................................................................................5
3.8数码管显示电路............................................................................................6
3.9数码管与单片机连接电路.................................................................7
4 系统软件设计..................................................................................................................8
5.仿真图片...........................................................................................................................9
6.设计小结........................10
7.参照文献..........................................................................................................................11
三 附录 ............................................................12

一 理论某些
理论设计课题名称：基于单片机控制矩阵键盘显示系统设计
1课题规定与内容
以51为核心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矩阵键盘，通过单片机解决之后显示在数码管上，当按下键盘上任意一种键时候，数码管上会显示相应数字。由于本系统采用是单位数码管，因此咱们这边用十六进制表达。
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，满足本次课程设计规定。
2 系统方案设计
本设计是由4*4矩阵键盘，晶振电路，8051单片机，复位电路，数码显示电路等构成，矩阵键盘通过软件来控制8051单片机从来变化数码显示屏上数字，其构成框图如下所示：

图1 系统框图
3 系统硬件设计
本次选用是以51为核心STC89C51单片机为主控芯片。此款单片机是STC推出新一代高速/低功耗/超强抗干扰单片机，指令代码完全兼容老式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。
3.1 STC89C51特性
1. 增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机 器周期可任意选取指令代码完全兼容老式8051
2. 工作电压：5.5V - 3.3V (5V单片机) / 3.8V - 2.0V (3V单片机)
3. 工作频率范畴：0～40MHz，相称于普通8051 0～80MHz，实际工作频率可达48MHz.
4. 顾客应用程序空间：4K / 8K / 13K / 16K / 32K / 64K字节
5. 片上集成1280字节􁡆或512字节RAM
6. 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老式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）直接下载顾客程序，数秒即可完毕一片
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如下时，可省外部复位电路。
11.共3个16位定期器/计数器，其中定期器0还可以当成2个8位定期器使用。
12.外部中断4路,下降沿中断或低电平触发中断，Power Down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)，还可用定期器软件实现各种UART
14. 工作温度范畴：-40 ~ +85℃(工业级) / 0 ~ 75℃(商业级)
15. 封装：LQFP-44,PDIP-40,PLCC-44,PQFP-44.
3.2 STC89C51内部构造框图

图2 内部构造图
3.3 STC89C51管脚图，实物图

图3 STC89C51管脚图　 图4 STC89C51实物图
3.4 I/O口各种不同工作模式及配备简介
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（原则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P1/P2/P3/P4上电复位后为准双向口/弱上拉（老式8051I/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+ 5V单片机P0口灌电流最大为12mA,其她I/O口灌电流最大为6mA。
STC89LE51RC/RD+3V单片机P0口灌电流最大为8mA，其她I/O口灌电流最大为4mA。
1. ALE/PROG:地址锁存容许/片内EPROM编程脉冲        
 ① ALE功能：用来锁存P0口送出低8位地址 
 ② PROG功能：片内有EPROM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掉电状况下，接备用电源。  
4. EA/Vpp:内外ROM选取/片内EPROM编程电源。          
① EA功能：内外ROM选取端。  
  ② Vpp功能：片内有EPROM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口还具备第二功能，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，必要提供复位电路和晶体振荡电路，即构成单片机最小应用系统，使其正常工作。采用复位办法是自动复位，单片机复位满足条件为：RST引脚上浮现10ms(T=RC)以上高电平，因此当电容值取C=10UF时，电阻R=10K才会满足规定。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元器件，普通提成有源晶振和无源晶振两个大类，无源晶振普通信号质量和精度较差，需要精准匹配外围电路（电感、电容、电阻等），如需更换晶振时要同步更换外围电路。有源晶振不需要芯片内部振荡器，可以提供高精度频率基准，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
为了保证系统中电路稳定可靠地工作，复位电路是必不可少一某些，复位电路第一功能是上电复位。普通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，它需要稳定期钟信号，因而在电源上电时，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线作为列线构成键盘。在行线和列线每个交叉点上设立一种按键。这样键盘上个数就为*4个。这种行列式键盘构造能有效地提高单片机系统中I/O口运用率。 
独立键盘具备编程简朴但占有I/O口资源特点，不适合在按键较多场合应用。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、电话机键盘等普通都至少有12到16个按键，在这种状况下如果用独立按键话显然太挥霍I/O口资源，为此咱们就有必要使用矩阵键盘了。
普通由16个按键构成在单片机中正好可以用一种P口实现16个按键功能，这也是在单片机系统中最惯用形式，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(Light Emiting Diode)是发光二极管缩写。LED数码管里面有8只发光二极管，与实验板P1端口所接二极管是相似。分别记作a﹑b﹑c﹑d﹑e﹑f﹑g﹑dp其中dp为小数点，每一只发光二极管均有一根电极引到外部引脚上，而此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，其中引脚排列因不同厂商而有所不同。

图9 数码管管脚图 图10 数码管实物图
市面上惯用LED数码管有两种，分为共阳极与共阴极。共阳极：当数码管里面发 光二极管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。当发光二极管阴极接低电平时，发光二极管被点亮，从而相应数码段显示。而输入高电平段则不能点亮。相反，共阴极：当数码管里面发光二极管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。当发光二极管阳极接高电平时，发光二极管被点亮，从而相应数码段显示，而输入低电平段则不能点亮。

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,锻炼实践能力重要环节,是对学生实际工作能力详细训练和考察过程.随着科学技术发展日新日异，单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃领域， 在生活中可以说得是无处不在。因而作为21世纪大学来说掌握单片机开发技术是十分重要。回顾起本次单片机课程设计，至今我仍感触颇多，确，从选题到定稿，从理论到实践，在整整两星期日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到诸多诸多东西，同步不但可以巩固了此前所学过知识，并且学到了诸多在课本上所没有学到过知识。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，只有理论知识是远远不够，只有把所学理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才干真正为社会服务，从而提高自己实际动手能力和独立思考能力。在设计过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做，难免会遇到过各种各样问题，同步在设计过程中发现了自己局限性之处对此前所学过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，一定把此前所学过知识重新温故。 这次课程设计终于顺利完毕了，在设计中遇到了诸多编程问题，最后在梁强教师辛勤指引下，终于游逆而解。同步，在教师身上我学得到诸多实用知识，在次我表达感谢！同步，对给过我协助所有同窗和各位指引教师再次表达忠心感谢。

7.参照文献
[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，
[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. 单片机控制实训指引及综合应用实例[M].北京：清华大学出版社，
[6] 张齐，朱宁西. 单片机应用系统设计技术—基于C51Proteus仿真 [M].北京：化学工业出版社，.
[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，

8.附录
#include <reg51.h>
#include
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
uchar num,temp;
void DelayM(uint x)//延时子程序
{
uchar t;
while(x--)
{
for(t=0;t<120;t++);
}
}
kscan(void)//键盘扫描子程序
{
uchar i,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，阐明有键按下，延时去抖动
{
DelayM(20);
temp=P1;
temp=temp & 0xf0；
if(temp!=0xf0)
{
temp=P1;
switch(temp)//依照按键所在行与列位置拟定键号
{
case 0xee:num=0;break;
case 0xde:num=1;break;
case 0xbe:num=2;break;
case 0x7e:num=3;break;

case 0xed:num=4;break;
case 0xdd:num=5;break;
case 0xbd:num=6;break;
case 0x7d:num=7;break;

case 0xeb:num=8;break;
case 0xdb:num=9;break;
case 0xbb:num=10;break;
case 0x7b:num=11;break;

case 0xe7:num=12;break;
case 0xd7:num=13;break;
case 0xb7:num=14;break;
case 0x77:num=15;break;
default:break；
}
while((temp & 0xf0)!=0xf0) // 等待按键释放
{
temp=P1;temp=temp & 0xf0;

}
}
}
}
return num;
}
void main()
{
int num;
P2=0x00； //关闭数码管段选
while(1)
{
num=kscan();
switch(num)//依照按键号进行显示
{
case 0： P2=0x3F;break;
case 1： P2=0x06;break;
case 2： P2=0x5B;break;
case 3： P2=0x4F;break;
case 4： P2=0x66;break;
case 5： P2=0x6D;break;
case 6： P2=0x7D;break;
case 7： P2=0x07;break;
case 8： P2=0x7F;break;
case 9： P2=0x6F;break;
case 10： P2=0x77;break;
case 11： P2=0x7C;break;
case 12： P2=0x39;break;
case 13： P2=0x5E;break;
case 14： P2=0x79;break;
case 15： P2=0x71;break;
default：break;
}
}
}