單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用實(shí)習(xí)報告基于AT89S52單片機(jī)的44矩陣鍵盤設(shè)計

1、單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用工程實(shí)習(xí)報告單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用工程實(shí)習(xí)報告 選題名稱選題名稱: 基于 at89s52 單片機(jī)的 4*4 矩陣鍵盤設(shè) 計 系（院）系（院）: 專專 業(yè)業(yè): 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)（嵌入式方向） 班班 級級: 姓姓 名名: 學(xué)學(xué) 號號: 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師: 學(xué)年學(xué)期學(xué)年學(xué)期: 2009 2010 學(xué)年 第 2 學(xué)期 2010年 5 月 30 日 摘要： 嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)在現(xiàn)代生活中伴演著越來越重要的角色，單片機(jī)就是一個最典 型的嵌入式系統(tǒng)，單片機(jī)的應(yīng)用也越來越廣泛。目前單片機(jī)功能正日漸完善:單片機(jī) 集成越來越多資源，內(nèi)部存儲資源日益豐富，用戶不需要擴(kuò)充資源就可以完成項(xiàng)目開 發(fā)，不僅是

2、開發(fā)簡單，產(chǎn)品小巧美觀，同時抗干擾能力加強(qiáng),系統(tǒng)也更加穩(wěn)定，使得 它更加適合工業(yè)控制領(lǐng)域，具有更加廣闊的市場前景；提供在線編程能力，加速了產(chǎn) 品的開發(fā)進(jìn)程，為企業(yè)產(chǎn)品上市贏得寶貴時間。此外單片機(jī)具有性能高、速度快、體 積小、價格低、穩(wěn)定可靠、應(yīng)用廣泛、通用性強(qiáng)等突出優(yōu)點(diǎn)。單片機(jī)的設(shè)計目標(biāo)主要 是增強(qiáng)“控制”能力，滿足實(shí)時控制(就是快速反應(yīng)) 的需要。因此，掌握單片機(jī)的 基礎(chǔ)和實(shí)際應(yīng)用來說意義重大。鍵盤作為一種最為普通的輸入工具在單片機(jī)項(xiàng)目應(yīng)用 上顯得尤為重要。 關(guān)鍵詞：鍵盤；單片機(jī)；數(shù)碼管；掃描 目錄目錄 1 設(shè)計目的 .1 2 設(shè)計原理 .1 2.1 設(shè)計電路圖.1 2.2 程序流程圖.1

3、2.3 硬件說明.2 3 程序設(shè)計 .6 3.1 按鍵過程分析.6 3.2 源程序（c 語言）.7 4 程序調(diào)試 .12 5 仿真測試 .12 6 實(shí)物實(shí)現(xiàn) .13 總 結(jié) .14 參考文獻(xiàn) .15 單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用工程實(shí)習(xí)計報告 1 1 1 設(shè)計目的設(shè)計目的 在數(shù)碼管上顯示每個按鍵的 0f.對應(yīng)按鍵的序號如圖 1-1，要實(shí)現(xiàn)按哪個鍵就 在數(shù)碼管上顯示哪個數(shù)字或字母。 圖 1-1 鍵盤正面圖 2 2 設(shè)計原理設(shè)計原理 2.12.1 設(shè)計電路圖設(shè)計電路圖 圖 2-1 電路原理圖 如圖 2-1 所示，把系統(tǒng)中單片機(jī)的 p3.0-p3.7 端口連接到 4*4 行列式鍵盤端口上； 具體為：p3.0

4、-p3.3 接行線，p3.4-p3.7 接列線；把系統(tǒng)中單片機(jī)的 p0.0/ad0- p0.6/ad6 端口連接到共陽數(shù)碼管的 a-g 端口，并一一對映。p0.0/ad 對應(yīng) a,依次對應(yīng)。 整個電路由復(fù)位電路，晶振電路，主控制塊，鍵盤掃描模塊，led 顯示模塊，電源電 路組成。 單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用工程實(shí)習(xí)計報告 2 2.22.2 程序流程圖程序流程圖 圖 2-2 程序流程圖 如圖 2-2 所示，每個按鍵都有他的行值和列值，行值和列值的組合就是識別這個 按鍵的編碼。矩陣的行線和列線通過兩個并行接口和單片機(jī)通信。每個案件的狀態(tài)同 樣需要變成數(shù)字量 0 和 1，開關(guān)的一端（列線）通過電阻接+5v

5、,而接地時通過程序輸 出數(shù)字 0 實(shí)現(xiàn)的。鍵盤處理程序的任務(wù)是：確定有無鍵按下，判斷哪一個鍵按下，鍵 的功能是什么；還要消除按鍵在閉合或斷開時的抖動。在兩個并行口中，一個輸出掃 描碼，使按鍵逐行動態(tài)接地；另一個并行口輸入按鍵狀態(tài)，由行掃描值和回饋信號共 同行成鍵編碼而識別按鍵，通過軟件查表，查出該鍵的功能。 2.32.3 硬件說明硬件說明 圖 2-3 共陽數(shù)碼管 共陽數(shù)碼管就是把每個 led 燈的陽極接在共同接點(diǎn) com，而每個 led 燈的陰極 分別為 a,b,c,d,e,f,g,dp;通過控制 led 燈的亮滅來顯示數(shù)字。數(shù)碼管跟據(jù)接收到 的字形碼顯示數(shù)字。 單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用工程實(shí)習(xí)計

6、報告 3 圖 2-4 74ls245 芯片 74ls245 是我們常用的芯片，用來驅(qū)動 led 或者其他的設(shè)備，它是 8 路同相三態(tài) 雙向總線收發(fā)器，可雙向傳輸數(shù)據(jù)。74ls245 還具有雙向三態(tài)功能，既可以輸出，也 可以輸入數(shù)據(jù)。當(dāng) 8051 單片機(jī)的 p0 口總線負(fù)載達(dá)到或超過 p0 最大負(fù)載能力時，必 須接入 74ls245 等總線驅(qū)動器。 圖 2-5 at89s52 單片機(jī)實(shí)物圖 at89s52 是一種低功耗、高性能 cmos8 位微控制器，具有 8k 在系統(tǒng)可編程 flash 存儲器。使用 atmel 公司高密度非 易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80c51 產(chǎn) 品指令和引腳完 全兼容

7、。片上 flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于 常規(guī)編 程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 cpu 和在系統(tǒng) 可編程 flash，使得 at89s52 為 眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。 at89s52 具有以下標(biāo)準(zhǔn) 功能： 8k 字節(jié) flash，256 字節(jié) ram， 32 位 i/o 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指 針，三個 16 位 定時器/計數(shù)器，一個 6 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶 振及時鐘電路。另外，at89s52 可降至 0hz 靜態(tài)邏 輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié) 電模式?？臻e模式下，cpu 停止工作，允許 ram、定

8、時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工 作。掉電保護(hù)方式下，ram 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)， 單片機(jī)一切工作停止，直到 下一個中斷或硬件復(fù)位為止。8 位微控制器 8k 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 flash at89s52 單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用工程實(shí)習(xí)計報告 4 圖 2-6at89s52 單片機(jī)引腳圖 p0 口：p0 口是一個 8 位漏極開路的雙向 i/o 口。作為輸出口，每位能驅(qū)動 8 個 ttl 邏 輯電平。對 p0 端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。 當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，p0 口也被作為低 8 位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種 模式下， p0 具有內(nèi)部上拉電阻。 在 flash 編程時，p0 口也用

9、來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時，輸出指令字節(jié)。程 序校驗(yàn) 時，需要外部上拉電阻。 p1 口：p1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū) 動 4 個 ttl 邏輯電平。對 p1 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為 輸入 口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流 （iil） 。 此外，p1.0 和 p1.2 分別作定時器/計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入（p1.0/t2）和時器/ 計數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（p1.1/t2ex） ，具體如下表所示。 在 flash 編程和校驗(yàn)時，p1 口接收低 8 位地址字節(jié)。 引腳號第二功能

10、 p1.0 t2（定時器/計數(shù)器 t2 的外部計數(shù)輸入） ，時鐘輸出 p1.1 t2ex（定時器/計數(shù)器 t2 的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制） p1.5 mosi（在系統(tǒng)編程用） 單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用工程實(shí)習(xí)計報告 5 p1.6 miso（在系統(tǒng)編程用） p1.7 sck（在系統(tǒng)編程用） p2 口：p2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū) 動 4 個 ttl 邏輯電平。對 p2 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為 輸入 口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流 （iil） 。 在訪問外部程序存儲器或用 16

11、 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 movx dptr） 時，p2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，p2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。 在使用 8 位地址（如 movx ri）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，p2 口輸出 p2 鎖存器的內(nèi)容。 在 flash 編程和校驗(yàn)時，p2 口也接收高 8 位地址字節(jié)和一些控制信號。 p3 口：p3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p3 輸出緩沖器能驅(qū) 動 4 個 ttl 邏輯電平。對 p3 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為 輸入 口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流 （iil） 。 p3

12、 口亦作為 at89s52 特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。 在 flash 編程和校驗(yàn)時，p3 口也接收一些控制信號。 端口引腳 第二功能 p3.0 rxd(串行輸入口) p3.1 txd(串行輸出口) p3.2 into(外中斷 0) p3.3 int1(外中斷 1) p3.4 to(定時/計數(shù)器 0) p3.5 t1(定時/計數(shù)器 1) p3.6 wr(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通) p3.7 rd(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通) 單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用工程實(shí)習(xí)計報告 6 此外，p3 口還接收一些用于 flash 閃存編程和程序校驗(yàn)的控制信號。 rst復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時，rst 引腳出現(xiàn)兩個機(jī)

13、器周期以上高電平將是 單片機(jī)復(fù)位。 ale/prog當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ale（地址鎖存允許）輸 出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。一般情況下，ale 仍以時鐘振蕩頻率的 1/6 輸出 固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外 部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ale 脈沖。 對 flash 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（prog） 。 如有必要，可通過對特殊功能寄存器（sfr）區(qū)中的 8eh 單元的 d0 位置位，可禁 止 ale 操作。該位置位后，只有一條 movx 和 movc 指令才能將 ale 激活。此外，該引 腳會被微弱拉高，

14、單片機(jī)執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置 ale 禁止位無效。 psen程序儲存允許（psen）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng) at89c52 由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機(jī)器周期兩次 psen 有效，即輸 出兩個脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次 psen 信號。 ea/vpp外部訪問允許，欲使 cpu 僅訪問外部程序存儲器（地址為 0000h- ffffh） ，ea 端必須保持低電平（接地） 。需注意的是：如果加密位 lb1 被編程，復(fù)位 時內(nèi)部會鎖存 ea 端狀態(tài)。 如 ea 端為高電平（接 vcc 端） ，cpu 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令。 flash 存儲器編程

15、時，該引腳加上+12v 的編程允許電源 vpp，當(dāng)然這必須是該器 件是使用 12v 編程電壓 vpp。 3 3 程序設(shè)計程序設(shè)計 3.13.1 按鍵過程分析按鍵過程分析 行信號（key）接到高電平，當(dāng)沒有鍵按時，行線與列線（keyscan）是斷開的， 且行線都是高電平（1111） ，行信號作為 fpga 的輸入端、列信號作為 fpga 的輸出 端?？梢栽O(shè)置列線初始狀態(tài)為低電平（0000） 。信號為從上到下的順序 當(dāng)有鍵按下時，假如是 k1 按下，行信號與列信號接通，這時相應(yīng)的行線（key0） 變?yōu)榈碗娖剑?1111） ，可以肯定第一行（k1，5，9，13）有鍵按下。 運(yùn)用掃描的原理： 1、因?yàn)?/p>

16、只知道第一行有鍵按下，不知道是那個，可以設(shè)置列信號為 0111，這時行 單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用工程實(shí)習(xí)計報告 7 信號變?yōu)椋?111） （注：假設(shè)時鐘周期很短，手還沒松開，即鍵還在按下的狀態(tài)） 2、設(shè)置列信號為 1011，行信號也變成（1111） 3、設(shè)置列信號為 1101，行信號也變成（1111） 4、設(shè)置列信號為 1110，行信號也變成（0111） ，這時就可以肯定是第一個鍵按下。 3.23.2 源程序（源程序（c c 語言）語言） #include unsigned char code table=0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0, 0 x99,0 x92,0 x82,0 x

17、f8, 0 x80,0 x90,0 x88,0 x83, 0 xc6,0 xa1,0 x86,0 x8e; unsigned char temp; unsigned char key; unsigned char i,j; void main(void) while(1) p3=0 xff; /給 p3 口置 1 p3_4=0; /給 p3.4 這條線送入 0 temp=p3; temp=temp /屏蔽低四位 if (temp!=0 x0f) /看是否有按鍵按下 for(i=50;i0;i-) for(j=200;j0;j-); /延時，消除抖動 temp=p3; temp=temp if

18、(temp!=0 x0f) /再次判斷按鍵是否按下 單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用工程實(shí)習(xí)計報告 8 temp=p3; temp=temp switch(temp) /判斷與 p3.4 相連的哪個鍵按下了 case 0 x0e: key=7; break; case 0 x0d: key=8; break; case 0 x0b: key=9; break; case 0 x07: key=10; break; temp=p3; p0=tablekey; /送數(shù)到 p0 口顯示 temp=temp while(temp!=0 x0f) /松手檢測，否則跳不出循環(huán) temp=p3; temp=temp p

19、3=0 xff; p3_5=0; / /讀 p3.5 這條線 temp=p3; temp=temp /屏蔽低四位 單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用工程實(shí)習(xí)計報告 9 if (temp!=0 x0f) /判斷 p3.5 這條線上是否有按鍵按下 for(i=50;i0;i-) for(j=200;j0;j-); /延時，消除抖動 temp=p3; temp=temp if (temp!=0 x0f) /判斷是否真有按鍵 temp=p3; temp=temp switch(temp) /判斷與 p3.5 相連的哪個鍵按下了 case 0 x0e: key=4; break; case 0 x0d: key=5;

20、 break; case 0 x0b: key=6; break; case 0 x07: key=11; break; temp=p3; p0=tablekey; /送入 p0 口顯示 temp=temp while(temp!=0 x0f) /松手檢測，否則跳不出循環(huán) temp=p3; 單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用工程實(shí)習(xí)計報告 10 temp=temp p3=0 xff; p3_6=0; / /讀 p3.6 這條線 temp=p3; temp=temp /屏蔽的低四位 if (temp!=0 x0f) /判斷是否有按鍵按下 for(i=50;i0;i-) for(j=200;j0;j-); /延

21、時，消除抖動 temp=p3; temp=temp if (temp!=0 x0f) /判斷是否真有按鍵按下 temp=p3; temp=temp switch(temp) /判斷與 p3.6 相連的哪個鍵按下了 case 0 x0e: key=1; break; case 0 x0d: key=2; break; case 0 x0b: key=3; break; 單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用工程實(shí)習(xí)計報告 11 case 0 x07: key=12; break; temp=p3; p0=tablekey; /送入 p0 口顯示 temp=temp while(temp!=0 x0f) /松手檢測

22、，否則跳不出循環(huán) temp=p3; temp=temp p3=0 xff; p3_7=0; / /讀 p3.7 這條線 temp=p3; temp=temp /屏蔽的低四位 if (temp!=0 x0f) /判斷是否有鍵按下 for(i=50;i0;i-) for(j=200;j0;j-); /延時，消除抖動 temp=p3; temp=temp if (temp!=0 x0f) /判斷是否真有鍵按下 temp=p3; temp=temp switch(temp) /判斷與 p3.7 相連的哪個鍵按下了 單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用工程實(shí)習(xí)計報告 12 case 0 x0e: key=0; brea

23、k; case 0 x0d: key=13; break; case 0 x0b: key=14; break; case 0 x07: key=15; break; temp=p3; p0=tablekey; /送入 p0 口顯示 temp=temp while(temp!=0 x0f) /松手檢測，否則跳不出循環(huán) temp=p3; temp=temp 4 4 程序調(diào)試程序調(diào)試 程序剛完成調(diào)試后發(fā)現(xiàn)并不能在數(shù)碼管上正常顯示數(shù)字和字母。經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)是程 序當(dāng)中的字型碼表不對，經(jīng)上網(wǎng)查資料后改正，最終能正常顯示數(shù)字和字母。 單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用工程實(shí)習(xí)計報告 13 5 5 仿真測試仿真測試 本次課

24、程設(shè)計在 proteus，keils 上仿真測試通過。仿真結(jié)果如圖 4-1，達(dá)到設(shè) 計要求，能在數(shù)碼管上正常顯示 0-9，a-f。 圖 5-1 仿真結(jié)果圖 6 6 實(shí)物實(shí)現(xiàn)實(shí)物實(shí)現(xiàn) 本次課程設(shè)計做出了 4*4 矩陣鍵盤實(shí)物，并實(shí)現(xiàn)了預(yù)期功能，答辯完后已交給答 老師 單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用工程實(shí)習(xí)計報告 14 總 結(jié) 本次課程設(shè)計，這是我第一次去作硬件實(shí)體。和以往單純作軟件不同，做硬件有 其特有的考慮問題的方式。比如，在焊接電路板時，如何布局合理，對最終作出實(shí)物 來有很重要的影響。我就是開始時布局沒布好，導(dǎo)致后面要多接好多導(dǎo)線，增加了犯 錯和短路的可能性。于是我重頭再來，再第二次作的時候，充分考慮

25、到這些問題，結(jié) 果只用了一個下午的時間就把實(shí)物作了出來，但是數(shù)碼管上 a 線那卻不亮，經(jīng)排查發(fā) 現(xiàn)可能是排針接觸不好，于是用一根導(dǎo)線代替了改排針，最終，數(shù)碼管得以正常顯示， 看到自己做出的鍵盤能實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能，著實(shí)讓自己興奮了一把。單片機(jī)功能正日漸完 善:單片機(jī)集成越來越多資源，內(nèi)部存儲資源日益豐富，用戶不需要擴(kuò)充資源就可以 完成項(xiàng)目開發(fā)，不僅是開發(fā)簡單，產(chǎn)品小巧美觀，同時抗干擾能力加強(qiáng),系統(tǒng)也更加 穩(wěn)定，使得它更加適合工業(yè)控制領(lǐng)域，具有更加廣闊的市場前景；通過這次課程設(shè)計， 我總算對入何作硬件以及以些單片機(jī)的知識有了更接近于實(shí)際的認(rèn)識，知道了怎么燒 錄程序，怎么插芯片，杜邦線的使用等。同時還溫習(xí)了 protel 軟件，畫出