基于單片機的數(shù)顯鍵盤設(shè)計與制作

1、摘摘 要要 隨著我國社會科技經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，以及電子信息技術(shù)與機械行業(yè)的發(fā)展和人們生 活水平的提高，數(shù)顯鍵盤在各個領(lǐng)域得到全面地應(yīng)用。它在給我們平時生活以及科研應(yīng) 用帶來方便的同時，也暴露出了很多的問題。現(xiàn)今市場上存在很多數(shù)顯鍵盤的應(yīng)用產(chǎn)品， 要么顯示不穩(wěn)定，要么鍵盤不能及時響應(yīng)，且價格較高等缺點。市場急需要一種能及時 響應(yīng)，顯示穩(wěn)定且性價比可以接受的數(shù)顯鍵盤產(chǎn)品。 本文從數(shù)顯鍵盤的技術(shù)簡介以及國內(nèi)外研究狀態(tài)開始，論述了鍵盤設(shè)計制作方法。 然后由元器件的選擇開始，結(jié)合單片機技術(shù)，就設(shè)計數(shù)顯鍵盤所用技術(shù)進行了全面的介 紹和討論，最后討論了數(shù)顯鍵盤的制作結(jié)果及分析解決問題的方法。 由于好的數(shù)顯鍵盤

2、設(shè)計方案同鍵盤設(shè)計者的實際設(shè)計制作經(jīng)驗有很大關(guān)系，鑒于作 者能力經(jīng)驗的不足，論文中很多論述及設(shè)計制作方案還有疏漏及不完整的地方，相信會 在今后的學(xué)習(xí)工作中改進。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞： 數(shù)顯鍵盤 單片機技術(shù) 硬件設(shè)計 軟件設(shè)計 ABSTRACT Along with our country social science and technology economy of booming development, and electronic information technology and machinery industry development and the improvement of

3、 peoples living standard, digital keyboard in various fields get comprehensive application. It gives us peacetime life bring convenience and research applications at the same time, also exposed a lot of problems. There are many on the market today, the application of digital keyboard or product show

4、ed no stable, or keyboard cannot respond to, and the price higher shortcomings. Markets need a timely response, show stable and cost-effective acceptable digital keyboard products. This article from the technology introduction and keyboard display research at home and abroad, this paper discusses th

5、e state began keyboard design method. Then the components choice, combined with the single chip microcomputer, start designing digital keyboard technology used a comprehensive introduction and discussion, finally discussed the digital keyboard production results and analysis methods to solve the pro

6、blems. Due to good digital keyboard design scheme of actual design with the keyboard designer production experience has the very big relations, given the lack of ability experience, the author in this paper and many designmanufacture plan and omissions and incomplete place, believe in future study i

7、mprove work. Key word: Digital keyboard Microcontroller technology Hardware design Software design 目目 錄錄 1 1 引引言言.1 1.1 研究背影及意義.1 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢.2 2 2 電路總體設(shè)計方案電路總體設(shè)計方案.3 2.1 總體的結(jié)構(gòu)框架圖.3 2.2 總體設(shè)計方案的確定.4 2.3 元器件的選擇.4 2.3.1 AT89S51 單片機芯片功能 .4 2.3.2 7 段數(shù)碼管 .8 3 3 電路設(shè)計相關(guān)技術(shù)分析電路設(shè)計相關(guān)技術(shù)分析.12 3.1 單片機技術(shù).12 3.

8、1.1 單片機介紹 .12 3.1.2 單片機的發(fā)展歷史.14 3.1.3 單片機的應(yīng)用領(lǐng)域.15 3.2 數(shù)碼顯示技術(shù).16 3.2.1 LED 顯示原理 .17 3.2.2 LED 顯示器接口方法 .19 3.2.3 LED 顯示器的顯示方式 .19 4 4 系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)硬件設(shè)計.22 4.1 單片機及其外圍主要電路的設(shè)計.22 4.2 鍵盤電路設(shè)計.24 5 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計.26 5.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計概述.26 5.2 鍵盤控制模塊設(shè)計.27 6 6 實驗結(jié)果及分析實驗結(jié)果及分析.29 6.1 運行情況分析.29 6.2 問題的發(fā)現(xiàn)及分析.29 7 7 結(jié)論和展望結(jié)論和

9、展望.30 7.1 結(jié)論.30 7.2 展望.30 結(jié)束語結(jié)束語.31 致致 謝謝.32 參考文獻參考文獻.33 附錄附錄 1 1 引言引言 1.1 研究背影及意義研究背影及意義1 隨著我國社會經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，以及電子信息技術(shù)與機械行業(yè)的發(fā)展以和人們生活水 平的提高。數(shù)顯鍵盤在各個領(lǐng)域得到全面地應(yīng)用。它在給我們平時生活以及科研應(yīng)用帶 來方便的同時，也暴露出了很多的問題?，F(xiàn)今市場上存在很多數(shù)顯鍵盤的應(yīng)用產(chǎn)品，但 存在著顯示不穩(wěn)定，鍵盤不能及時響應(yīng)，且價格較高等缺點。市場急需要一種能及時響 應(yīng)，顯示穩(wěn)定且性價比可以接受的數(shù)顯鍵盤產(chǎn)品。 目前各種儀表中，通常運用的是 LED 顯示器和小型鍵盤。常見的

10、工作方式有兩種： 一是直接使用系統(tǒng)中的 CPU 對顯示器進行動態(tài)掃描和鍵盤檢測；二是使用專用的顯示鍵 盤芯片。但是這兩種方式存在著不能及時響應(yīng)和性價比低等缺點。于是，作者設(shè)計了一 種性價比更為優(yōu)越的數(shù)顯鍵盤，因此本設(shè)計具有一定的實用意義。 鍵盤顯示接口，是單片機應(yīng)用系統(tǒng)中最常用的基本接口電路。鍵盤即為按有序排列 組成的并帶有相關(guān)輸入功能電路的一組鍵體開關(guān)，CPU 通過對鍵盤輸出信號的高低電平 來識別信息，再通過各種譯碼方式，最后在顯示器上顯示其輸入的信息。數(shù)顯鍵盤是單 片機應(yīng)用系統(tǒng)中的常見應(yīng)運器件，本文主要設(shè)計制作一種基于 MCS-51 單片機的鍵盤控制 及鍵號數(shù)碼顯示電路。設(shè)計制作中運用了最

11、基本的理論知識，且設(shè)計簡單，容易實現(xiàn)， 所以這種數(shù)顯鍵盤能廣泛的應(yīng)用于各種智能化儀表中，具有一定實用意義。 此外通過設(shè)計和制作數(shù)顯鍵盤，可以使作者更加熟悉單片機及接口電路的基本原理， 提高自己設(shè)計制作實用電子產(chǎn)品的能力。通過設(shè)計基于 MCS-51 單片機鍵盤控制及鍵號數(shù) 碼顯示電路，希望能降低智能化儀表的制作成本。通過該制作，同時也期望能優(yōu)化智能 化儀表，保證顯示的穩(wěn)定，提高鍵盤的及時響應(yīng)特性。 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 數(shù)顯鍵盤一般包括一個鍵盤主體、顯示模塊以及用于連接的硬件電路，其控制核心是 微處理器（CPU） 。目前微處理器廣泛應(yīng)運于研究高精度、高性能、多

12、功能的測量儀器， 隨著單片機的出現(xiàn)，引發(fā)了儀器儀表行業(yè)的根本性變革，形成了智能化儀器這一新一代 的測量儀器。它解決了很多傳統(tǒng)儀器不能或者不易解決的問題，簡化了電路，降低了成 本，同時也提高儀表的穩(wěn)定性和可靠性。 鍵盤是由機械打字機的操作部分衍生而來，已經(jīng)具有了一個世紀(jì)的歷史。鍵盤的布局 格式形成于電子打字機的時代。近年來，隨著集成電路與大規(guī)模集成電路的發(fā)展，鍵盤 已經(jīng)被廣泛用于辦公自動化設(shè)備，鍵盤操作也已從過去的只適用于少數(shù)專業(yè)人員使用發(fā) 展到現(xiàn)在大多數(shù)人都能使用的簡易操作方式。 顯示裝置可以分為多種類型，由最初的只能顯示單純簡單數(shù)字字符發(fā)展到現(xiàn)在的， 能夠顯示復(fù)雜完整的各種圖形。如今市場上更

13、是出現(xiàn)了種類繁多的產(chǎn)品，如可伸縮式屏 幕、觸控屏幕、超小的媒體播放器以及新型的戶外顯示屏等。 數(shù)顯鍵盤集合二者于一體。目前國內(nèi)外生產(chǎn)研制的鍵盤，主要便于操作方便，拓展 功能，進一步降低生產(chǎn)成本，便于普及等方向發(fā)展。 例如使用無線鍵盤，可遠距離操縱計算機或機械，在諸如手機等產(chǎn)品中嵌入了軟鍵 盤等。 2 2 電路總體設(shè)計方案電路總體設(shè)計方案 2.1 總體的結(jié)構(gòu)框架圖總體的結(jié)構(gòu)框架圖 鍵盤的功能是實現(xiàn)人機對話及實時將控制信號輸入，由此得出的鍵盤結(jié)構(gòu)框架圖如 圖 2.1 所示。由圖可見由矩陣結(jié)構(gòu)鍵盤將輸入控制信號輸入單片機，一方面由單片機輸 出顯示編碼信號，啟動顯示驅(qū)動電路，使 LED 顯示屏顯示相應(yīng)

14、信息，另一方面輸出相應(yīng) 控制信號，驅(qū)動被控器件，完成相應(yīng)的受控功能。本文側(cè)重于前者的研究。 矩陣結(jié)構(gòu)鍵 盤單片機顯示驅(qū)動 2 位 LED 顯 示屏 被控器件 圖圖 2.1 總體結(jié)構(gòu)框架圖總體結(jié)構(gòu)框架圖 2.22.2 總體設(shè)計方案的確定總體設(shè)計方案的確定 系統(tǒng)設(shè)計以 MCS-51 系列單片機中的 ATS51 作為 CPU，它將數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲 器、1/O 口擴展、串行口通訊、等多種功能模塊集成于一體。鍵盤采用行列式矩陣結(jié)構(gòu)， 其行列、列線接入單片機的 P1 口。單片機由 P0 口輸出顯示的 BCD 編碼信號，驅(qū)動 LED 的 7 段碼譯碼器 CD4511，由兩位 LED 顯示管顯示。 2.3

15、2.3 元器件的選擇元器件的選擇 電路設(shè)計中，使用以下各種器件，現(xiàn)分述其功能如下。 2.3.12.3.1 AT89S51AT89S51 單片機芯片功能單片機芯片功能 本設(shè)計選用 AT89S51 單片機芯片作為 CPU，AT89S51 管腳采用雙列直排結(jié)構(gòu)。其管 腳排列及功能如圖 2.2 所示。其主要特性及功能描述如下。 圖圖2.2 AT89S51引腳排列圖引腳排列圖 1.主要特性 (1)與 MCS-51 單片機產(chǎn)品兼容 (2)4K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器 (3)1000 次擦寫周期 (4)全靜態(tài)工作：0Hz33MHz (5) 32 個可編程 I/O 口線 (6) 2 個 16 位

16、定時器/計數(shù)器 (7) 6 個中斷源 (8) 全雙工 UART 串行通道 (9) 低功耗空閑和掉電模式 (10) 掉電后中斷可喚醒 (11) 看門狗定時器 (12) 雙數(shù)據(jù)指針 (13) 靈活的 ISP 編程（字或字節(jié)模式） (14) 4.0-5.5V 電壓工作范圍 2.內(nèi)部結(jié)構(gòu) AT89S51 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 2.3 所示 圖圖 2.3 AT89S51 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 由圖可見，它可以劃分為 CPU、存儲器、并行口、串行口、定時/計數(shù)器和中斷邏輯 幾個部分。 （1）CPU 由運算器和控制邏輯構(gòu)成。其中包括若干特殊功能寄存器（SFR） （2）AT89S51 時鐘有兩種方式產(chǎn)生，即內(nèi)部方式

17、和外部方式。 （如圖 2.4 所示） （3）AT89S51 在物理上有四個存儲空間：片內(nèi)/片外程序存儲大路、片內(nèi)/片外數(shù)據(jù)存儲 器。片內(nèi)有 256B 數(shù)據(jù)存儲器 RAM 和 4KB 的程序存儲器 ROM。除此之外，還可以在片 外擴展 RAM 和 ROM，并且和有 64KB 的尋址范圍。 （4）AT89S51 內(nèi)部有一個可編程的、全雙工的串行接口。它串行收發(fā)存儲在特殊功能寄 存器 SFR 的串行數(shù)據(jù)緩沖器 SBUF 中的數(shù)據(jù)。 （5）AT89S51 共有 4 個（P0、P1、P2、P3 口）8 位并行 I/O 端口，共 32 個引腳。P0 口 雙向 I/O 口，用于分時傳送低 8 位地址和 8

18、位數(shù)據(jù)信號；P1、P2、P3 口均為準(zhǔn)雙向 I/O 口；其中 P2 口還用于傳送高 8 位地址信號；P3 口每一引腳還具有特殊功能（圖 2-5） ，用 于特殊信號的輸入輸出和控制信號，如表 2.1 所示。 （6）AT89S51 內(nèi)部有兩個 16 位可編程定時器/計數(shù)器 T0、T1。最大計數(shù)值為 216-1。工 作方式和定時器或計數(shù)器的選擇由指令來確定。 （7）中斷系統(tǒng)允許接受 5 個獨立的中斷源，即兩個外部中斷，兩個定時器/計數(shù)器中斷 以及一個串行口中斷。 圖圖 2.4 AT89S51 的時鐘電路的時鐘電路 表 2.1 P3 口引腳的特殊功能 3.外部特性（引腳功能） AT89S51 的引腳功

19、能如圖 2.2 所示，各腳的功能如下。 AT89S51 芯片有 40 條引腳，雙列直插式封裝引腳圖如圖 2.2 所示： （1）Vcc(40)：電源+5V （2）Vss(20): 接地 （3）XTAL1（19）和 XTAL2（18）：使用內(nèi)部振蕩電路時，用來接石英晶體和電容； 使用外部時鐘時，用來輸入時鐘脈沖。 （4）P0 口（3932）：雙向 I/O 口，既可作地址/數(shù)據(jù)總線口用，也可作普通 I/O 口用。 （5）P1 口（18）：準(zhǔn)雙向通用 I/O 口。 （6）P2 口（2128）：準(zhǔn)雙向口，既可作地址總線口輸出地址高 8 位，也可作普通 I/O 口用。 （7）P3 口（1017）：多用途口

20、，既可作普通 I/O 口，也可按每位定義的第二功能操作。 （8）ALE/PROG（30）：地址鎖存信號輸出端。在訪問片外豐儲器時，若 ALE 為有效 高電平，則 P0 口輸出地址低 8 位，可以用 ALE 信號作外部地址鎖存信號。公式（2 1）fALE=1/6fOSC ,也可作系統(tǒng)中其它芯片的時鐘源。第二功能PROG 是對 EPROM 編程時 的編程脈沖輸入端。 （9）RST/VPD（9）：復(fù)位信號輸入端。AT89S51 接能電源后，在時鐘電路作用下，該腳 上出現(xiàn)兩個機器周期以上的高電平，使內(nèi)部復(fù)位。第二功能是 VPD，即備用電源輸入端。 當(dāng)主電源 Vcc 發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值時，VP

21、D將為 RAM 提供備用電源，發(fā)保證 存儲在 RAM 中的信號不丟失。 （10）EA/Vpp(31):內(nèi)部和外部程序存儲器選擇線。EA=0 時訪問外部 ROM 0000H FFFFH；EA=1 時，地址 0000H0FFFH 空間訪問內(nèi)部 ROM，地址 1000HFFFFH 空間 訪問外部 ROM。 （11）PSEN（29）：片外程序存儲器選通信號，低電平有效。 2.3.22.3.2 7 7 段數(shù)碼管段數(shù)碼管 本設(shè)計采用 7 段數(shù)碼管，結(jié)構(gòu)如圖 2.5 所示。 圖圖 2.5 7 段數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖段數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖 1. LED 器件發(fā)光的基本原理 發(fā)光二極管(light emitting diode

22、，LED)，是一種把電能變成光能的特種器件，當(dāng)電流 通過它的時候，便可以產(chǎn)生可視的光。 發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)主要由 PN 結(jié)芯片，電極和光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成。我們知道，發(fā)光是一種 能量轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。當(dāng)系統(tǒng)受到外界激發(fā)后，會從穩(wěn)定的低能態(tài)躍遷到不穩(wěn)定的高能態(tài)；當(dāng) 系統(tǒng)由不穩(wěn)定的高能態(tài)重新回到穩(wěn)定的低能態(tài)時，能量差以光的形式輻射出來，就會產(chǎn) 生發(fā)光現(xiàn)象。當(dāng)在 PN 結(jié)上加以正向電壓之后，p 區(qū)的空穴注入至 N 區(qū)，N 區(qū)的電子注入 至 P 區(qū)，相互注入的電子與空穴相遇后即產(chǎn)生復(fù)合，這些少數(shù)載流子在結(jié)的注入和復(fù)合 中產(chǎn)生輻射而發(fā)光。它是自發(fā)輻射發(fā)光，不需要較高的注入電流產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布， 也不需要光學(xué)諧振腔，發(fā)射

23、的是非相干光。 2. LED 器件的驅(qū)動方式 從 LED 器件的發(fā)光機理可以知道，當(dāng)向 LED 器件施加正向電壓時，流過器件的正向 電流使其發(fā)光。因此 LED 的驅(qū)動就是要使它的 PN 結(jié)處于正偏置，同時為了控制它的發(fā)光 強度，還要解決正向電流的調(diào)節(jié)問題。具體的驅(qū)動方式有直流驅(qū)動，恒流驅(qū)動，脈沖驅(qū) 動和掃描驅(qū)動等，本課題 LED 器件的驅(qū)動為掃描驅(qū)動。 其中脈沖驅(qū)動和掃描驅(qū)動原理如下： （1） 脈沖驅(qū)動 e d c h g f a b a b c d e f g 利用人眼的視覺暫留特性，采用向 LED 器件重復(fù)通斷供電的方法使之點燃，就是通 常所說的脈沖驅(qū)動方式。采用這種方式時應(yīng)該注意兩個問題

24、：脈沖電流幅值的確定和重 復(fù)頻率的選擇。首先，要想獲得與直流驅(qū)動方式相當(dāng)?shù)陌l(fā)光強度，脈沖驅(qū)動電流的平均 值。就應(yīng)該與直流驅(qū)動的電流值相同。所以脈沖驅(qū)動時，脈沖電流的幅值應(yīng)該比直流驅(qū) 動電流大 T/t 倍。 其次是脈沖重復(fù)頻率的問題，通過視覺暫留特性的分析，己經(jīng)知道脈沖重復(fù)頻率必 須高于 24Hz，否則會產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象。脈沖驅(qū)動的主要應(yīng)用有兩個方面：掃描驅(qū)動和占空 比驅(qū)動。 （2） 掃描驅(qū)動 現(xiàn)行顯示方式多為掃描方式。掃描顯示的原理是基于人類眼睛的視覺暫留效應(yīng)：要 顯示行輪流顯示，只要刷新頻率不小于 24 幀/秒，人們不會有閃爍的感覺。但由于每行顯 示占有的時間相對的少，所以亮度難于發(fā)揮到最佳值。

25、以每個掃描周期 T 掃描 16 行為例： 首先輸出第一行點陣數(shù)據(jù)到列驅(qū)動寄存器，再發(fā)出行驅(qū)動信號，延時一段時間，關(guān)閉行 驅(qū)動。完成第一行掃描。然后以同樣方式掃描第二行，第三行一直到第 l6 行，完成一幀 的顯示。 掃描驅(qū)動是通過數(shù)字邏輯電路，使若干 LED 器件輪流導(dǎo)通，用以節(jié)省控制驅(qū)動電路。 LED 顯示屏是將發(fā)光燈按行或按列布置的，驅(qū)動時也就按行按列驅(qū)動。在掃描驅(qū)動方式 下可以按行掃描，按列控制；也可以按列掃描，按行控制。所謂“掃描”的含義，就是指一 行一行地循環(huán)接通整行的 LED 器件，而不問這一行的哪一列的 LED 器件是否應(yīng)該點亮， 某一列的 LED 器件是否應(yīng)該點亮，由所謂的列控制

26、電路來完成。 3. 七段譯碼器 CD45112 CD4511 是一個用于驅(qū)動共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼七段碼譯碼器 ，特點：具有 BCD 轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動功能的 CMOS 電路能提供較 大的拉電流?？芍苯域?qū)動 LED 顯示器。 圖圖 2.62.6 CD4511CD4511 管腳排列圖管腳排列圖 CD4511 是一片 CMOS BCD鎖存/7 段譯碼/驅(qū)動器，引腳排列如圖 2-6 所示。其 中 a b c d 為 BCD 碼輸入，a 為最低位。LT 為燈測試端，加高電平時，顯示器正常顯示， 加低電平時，顯示器一直顯示數(shù)碼“8”，各筆段都被點亮，以檢查顯示器

27、是否有故障。BI 為消隱功能端，低電平時使所有筆段均消隱，正常顯示時， B1 端應(yīng)加高電平。另外 CD4511 有拒絕偽碼的特點，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)越過十進制數(shù) 9(1001)時，顯示字形也自行消隱。 LE 是鎖存控制端，高電平時鎖存，低電平時傳輸數(shù)據(jù)。ag 是 7 段輸出，可驅(qū)動共陰 LED 數(shù)碼管。另外，CD4511 顯示數(shù)“6”時，a 段消隱；顯示數(shù)“9”時，d 段消隱，所以顯 示 6、9 這兩個數(shù)時，字形不太美觀。圖 2.7 是 CD4511 的一位計數(shù)顯示電路，可以克服 字形不美的缺陷。若要多位計數(shù)，只需將計數(shù)器級聯(lián)，每級輸出接一只 CD4511 和 LED 數(shù)碼管即可。所謂共陰 LED 數(shù)

28、碼管是指 7 段 LED 的陰極是連在一起的，在應(yīng)用中應(yīng) 接地。限流電阻要根據(jù)電源電壓來選取，電源電壓 5V 時可使用 300 的限流電阻。 各引腳功能綜述如下： BI：4 腳是消隱輸入控制端，當(dāng) BI=0 時，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管 均處于熄滅（消隱）狀態(tài)，不顯示數(shù)字。 LT：3 腳是測試輸入端，當(dāng) BI=1，LT=0 時，譯碼輸出全為 1，不管輸入 DCBA 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來檢測數(shù)碼管是否損壞。 LE：鎖定控制端，當(dāng) LE=0 時，允許譯碼輸出。 LE=1 時譯碼器是鎖定保持狀態(tài)， 譯碼器輸出被保持在 LE=0 時的數(shù)值。 A1、A2、A3、A4、為

29、 8421BCD 碼輸入端。 a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平 1 有效。 CD4511 的內(nèi)部有上拉電阻，在輸入端與數(shù)碼管筆段端接上限流電阻就可工作 用 CD4511 實現(xiàn) LED 與單片機的并行接口方法如下圖： 圖圖 2.72.7 CD4511CD4511 的一位計數(shù)顯示電路的一位計數(shù)顯示電路 3 3 電路設(shè)計相關(guān)技術(shù)分析電路設(shè)計相關(guān)技術(shù)分析 3.1 單片機技術(shù)單片機技術(shù)3 單片機是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力 的中央處理器 CPU 隨機存儲器 RAM、只讀存儲器 ROM、多種 I/O 口和中斷系統(tǒng)、定 時器/計時器等功能（可能還包

30、括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、 A/D 轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。 3.1.13.1.1 單單片片機機介介紹紹 單片微型計算機簡稱單片機，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit） ，常用英文字母的縮寫 MCU 表示單片機，它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單 片機由芯片內(nèi)僅有 CPU 的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計理念是通過將大量外圍 設(shè)備和 CPU 集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復(fù)雜的而對體積 要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。 INTEL 的 Z80 是最早按照這種思想設(shè)計出的處理器，從 此以后，單片機和專用

31、處理器的發(fā)展便分道揚鑣。 早期的單片機都是 8 位或 4 位的。其中最成功的是 INTEL 的 8031，因為簡單 可靠而性能不錯獲得了很大的好評。此后在8031 上發(fā)展出了 MCS51 系列單片機 系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求 的提高，開始出現(xiàn)了 16 位單片機，但因為性價比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。 90 年代后隨著消費電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機技術(shù)得到了巨大提高。隨著INTEL i960 系列特別是后來的 ARM 系列的廣泛應(yīng)用， 32 位單片機迅速取代 16 位單片機 的高端地位，并且進入主流市場。而傳統(tǒng)的8 位單片機的性能也得到了飛速提高，

32、處理能力比起 80 年代提高了數(shù)百倍。目前，高端的32 位單片機主頻已經(jīng)超過 300MHz，性能直追 90 年代中期的專用處理器，而普通的型號出廠價格跌落至1 美元，最高端 的型號也只有 10 美元。當(dāng)代單片機系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機環(huán)境下開 發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機上。而在作為 掌上電腦和手機核心處理的高端單片機甚至可以直接使用專用的Windows 和 Linux 操作系統(tǒng)。 單片機比專用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應(yīng)用。事 實上單片機是世界上數(shù)量最多的計算機?，F(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機 械產(chǎn)品中都會集成有單片機。手機、電話、計算

33、器、家用電器、電子玩具、掌上電 腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有 1-2 部單片機。而個人電腦中也會有為數(shù)不少的單 片機在工作。汽車上一般配備 40 多部單片機，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有 數(shù)百臺單片機在同時工作！單片機的數(shù)量不僅遠超過PC 機和其他計算的總和，甚 至比人類的數(shù)量還要多。 單片機又稱單片微控制器 ,它不是完成某一個邏輯功能的芯片 ,而是把一個計算 機系統(tǒng)集成到一個芯片上。相當(dāng)于一個微型的計算機，和計算機相比，單片機只缺 少了 I/O 設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質(zhì)量輕、價 格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學(xué)習(xí)使用單片機是了解計算 機原理

34、與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。 單片機內(nèi)部也用和電腦功能類似的模塊，比如CPU，內(nèi)存，并行總線，還有和 硬盤作用相同的存儲器件，不同的是它的這些部件性能都相對我們的家用電腦弱很 多，不過價錢也是低的，一般不超過10 元即可.用它來做一些控制電器一類 不是很復(fù)雜的工作足矣了。我們現(xiàn)在用的全自動滾筒洗衣機、排煙罩、VCD 等等 的家電里面都可以看到它的身影！ .它主要是作為控制部分的核心部件。 它是一種在線式實時控制計算機，在線式就是現(xiàn)場控制，需要的是有較強的抗 干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計算機的（比如家用PC）的主要區(qū)別。 單片機是靠程序運行的，并且可以修改。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤 其是

35、特殊的獨特的一些功能，這是別的器件需要費很大力氣才能做到的，有些則是 花大力氣也很難做到的。一個不是很復(fù)雜的功能要是用美國50 年代開發(fā)的 74 系 列，或者 60 年代的 CD4000 系列這些純硬件來搞定的話，電路一定是一塊大PCB 板！但是如果要是用美國 70 年代成功投放市場的系列單片機，結(jié)果就會有天壤之 別！只因為單片機的通過你編寫的程序可以實現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性！ 由于單片機對成本是敏感的，所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級匯編語言， 它是除了二進制機器碼以上最低級的語言了，既然這么低級為什么還要用呢？很多 高級的語言已經(jīng)達到了可視化編程的水平為什么不用呢？原因很簡單，就

36、是單片機 沒有家用計算機那樣的 CPU，也沒有像硬盤那樣的海量存儲設(shè)備。一個可視化高級 語言編寫的小程序里面即使只有一個按鈕，也會達到幾十K 的尺寸！對于家用 PC 的硬盤來講沒什么，可是對于單片機來講是不能接受的。 單片機在硬件資源方面 的利用率必須很高才行，所以匯編雖然原始卻還是在大量使用。一樣的道理，如果 把巨型計算機上的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件拿到家用PC 上來運行，家用 PC 的也是承 受不了的。 可以說，二十世紀(jì)跨越了三個 “電”的時代，即電氣時代、電子時代和現(xiàn)已進 入的電腦時代。不過，這種電腦，通常是指個人計算機，簡稱PC 機。它由主機、 鍵盤、顯示器等組成。還有一類計算機，大多數(shù)人卻

37、不怎么熟悉。這種計算機就是 把智能賦予各種機械的單片機（亦稱微控制器） 。顧名思義，這種計算機的最小系 統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進行簡單運算和控制。因為它體積小，通常都藏在被 控機械的“肚子”里。它在整個裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病， 整個裝置就癱瘓了?，F(xiàn)在，這種單片機的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實時 工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機，就能起到 使產(chǎn)品升級換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞“智能型” ，如智能型洗 衣機等。現(xiàn)在有些工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞出來的某些產(chǎn)品，不是 電路太復(fù)雜，就是功能太簡單且極易被仿制。究其原因，可能

38、就卡在產(chǎn)品未使用單 片機或其它可編程邏輯器件上。 3.1.23.1.2 單片機的發(fā)展歷史單片機的發(fā)展歷史 1、976-1978 初級 8 位單片機 Intel MCS-48 系列 2、978-1983 高檔 8 位單片機 Intel MCS-51 系列： 51 子系列：8031/8051/8751 52 子系列：8032/8052/8752 低功耗型 80C31 高性能型 80C252 廉價型 89C2051/1051 3、983- 90 年代初 16 位單片機 Intel MCS-96 系列 8098/8096、80C198/80C196 4、0 年代初-至今 16 位單片機高檔 32 位單

39、片機 單片機作為微型計算機的一個重要的分支，應(yīng)用面很廣，發(fā)展也很快，1971 年 Intel 公司首次宣布 4004 的 4 位微處理器，1974 年 12 月仙童(Fair Child)公司即推出 8 位單片機 F8（需另加一塊 3851 芯片，還不能真正稱的上為單片機）。隨后， Mostek 公司和仙童公司一起推出了與 F8 兼容的 3870 單片機系列。Intel 公司在 1976 年 9 月推 出了 MCS-48 單片機系列（包括 8048/8748/8035 等）；GI（General Instrument Crop）公 司在 1977 年 10 月宣布了 PIC1650 單片機系列

40、；在 1978 年 Rockwell 公司也推出了 R6500/1 系列（與 6502 微處理器兼容）。這些單片機都有 8 位 CPU、若干個并行 I/O 口、 8 位定時器/計數(shù)器、容量有限的 RAM 和 ROM，以及簡單中斷處理等功能。Motorola 公司和 Zilog 公司的單片機問世稍晚一些，但產(chǎn)品性能較高，單片機還有串行 I/O、多 極中斷處理等功能，片內(nèi)的 RAM 和 ROM 容量較大，有的還帶有 A/D 轉(zhuǎn)換接口。 Motorola 公司在 1978 年下半年宣布了與 6800 微處理器兼容的 6801 單片機（在此之前， 先推出了雙片式的 6802）；Zilog 公司在同年

41、10 月也推出了 Z8 單片機系列（包括 8051/8751/8031 等）。到 1982 年 Mostek 公司和 Intel 公司先后推出了 16 位單片機 MK68200（與 68000 微處理器兼容）和 MCS-96 系列。1987 年 Intel 公司又推出了性能 是 8096 的 2.5 倍新型單片機 80296。 綜上所述，可以把單片機的發(fā)展劃分為四個階段： 第一階段（1974 年開始）：單片機初級階段。因工藝限制，單片機采用雙片的形 式，而且功能比較簡單，如仙童公司的 F8 實際上只包括了 8 位 CPU、64 字節(jié) RAM 和 2 個并行 I/O 口，因此，還需加一塊 385

42、1（由 1K ROM、定時/計數(shù)器和 2 個并行 I/O 口構(gòu)成）才能組成一臺完整微型計算機。 第二階段（1976 年開始）：低性能單片機階段。以 Intel 公司的 MCS-48 為列，采 用了單片結(jié)構(gòu)。即在一塊芯片內(nèi)就含有 8 位 CPU、并行 I/O 口、8 位定時/計數(shù)器、 RAM 和 ROM 等，但無串行 I/O 口，中斷處理也比較簡單，片內(nèi) RAM 和 ROM 容量較 小，且尋址范圍有限，一般都不大于 4K 字節(jié)。 第三階段（1978 年開始）：高性能單片機階段。這一類單片機帶有串行 I/O，有多 極中斷處理，定時/計數(shù)器為 16 位，片內(nèi)的 RAM 和 ROM 相對增大，且尋址范

43、圍可達 64K 字節(jié)，有的片內(nèi)還帶有 A/D 轉(zhuǎn)換接口。這類單片機有 Intel 公司的 MCS- 51，Motorola 公司的 6801 和 Zilog 公司 Z8 等。由于這類單片機應(yīng)用的領(lǐng)域較廣，目前 還在不斷改進和發(fā)展著。 第四階段（1982 年開始）：16 位單片機階段。16 位單片機除了 CPU 位 16 位外， RAM 和 ROM 容量進一步增大，實時處理的能力更強。如 Intel 公司的 MCS-96，其集 成度已為管子/片，主振幅 12MHZ，片內(nèi) RAM 為 232 字節(jié)，ROM 為 8K 字節(jié)，中斷處 理為 8 級，而且片內(nèi)帶有多通道 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換和高速輸入/

44、輸出部件（HSIO），實時 處理的能力很強。 根據(jù) 1989 年 5 月的統(tǒng)計，包括單片信號處理機在內(nèi)，單片機有 70 幾個系列 463 個 機種。 3.1.33.1.3 單片機的應(yīng)用領(lǐng)域單片機的應(yīng)用領(lǐng)域 目前單片機滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機的蹤跡。 導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化 過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能 IC 卡，民用豪華轎車的安全保障系 統(tǒng)，錄象機、攝象機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離 不開單片機。更不用說自動控制領(lǐng)域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。因此，單片機 的

45、學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計算機應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。 單片機廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化 管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個范疇： 1.在智能儀器儀表上的應(yīng)用 單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點， 廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、 溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片 機控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強 大。例如精密的測量設(shè)備（功率計，示波器，各種分析儀） 。 2.在工業(yè)控制中

46、的應(yīng)用 用單片機可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化 管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。 3.在家用電器中的應(yīng)用 可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機控制，從電飯褒、洗衣機、電 冰箱、空調(diào)機、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無所不在。 4.在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用 現(xiàn)代的單片機普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機進行數(shù)據(jù)通信，為在計算 機網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實現(xiàn)了單 片機智能控制，從手機，電話機、小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線 通信、

47、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機等。 5.單片機在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用 單片機在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機，各種分析儀，監(jiān)護儀， 超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。 此外，單片機在工商，金融，科研、教育，國防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。 3.23.2 數(shù)碼顯示技術(shù)數(shù)碼顯示技術(shù)4 單片機應(yīng)用系統(tǒng)中的顯示器通常有 LED 顯示器、LCD 顯示器及 CRT 顯示器三種類 型。 LED（Light Emiting Diode）是發(fā)光二極管的縮寫， LED 顯示器是由發(fā)光二極管構(gòu) 成的，俗稱數(shù)碼管。 3.2.13.2.1 LEDLED 顯示原理顯示原理

48、LED 顯示器由七個發(fā)光二極管組成，稱七段 LED 顯示器，排列形狀如圖 3.1 所示。 此外，顯示器中還有一個圓點發(fā)光二極管（dp） ，用于顯示小數(shù)點。通過七段發(fā)光二極 管亮暗的不同組合，可以顯示多種數(shù)字（09） ，字母（af、AF）及其它符號。另 外，在使用數(shù)碼管時必須增加限流電阻，以保護數(shù)碼管。 圖圖 3.13.1 7 7 段段 LEDLED 顯示器及共陽極共陰極接法顯示器及共陽極共陰極接法 LED 顯示器中的發(fā)光二極管共有兩種連接方法： 1、陽極接法： 各發(fā)光二極管的陽極連接在一起，接到數(shù)碼管的位控端（公共端） ，再接+5V；各 發(fā)光二極管的陰極分別連接到數(shù)碼管的段控端（ag、dp）

49、。兩種接法見圖 3.1。 2、陰極接法 ： 各發(fā)光二極管的陰極連接在一起，接到數(shù)碼管的位控端（公共端） ，再接地；各發(fā) 光二極管的陽極分別連接到數(shù)碼管的段控端（ag、dp） 。 為了顯示數(shù)字或符號，要為 LED 顯示器提供代碼，由于這些代碼是為顯示字形的， 因此稱之為字形代碼。 七段發(fā)光二極管，再加上一個小數(shù)點位，共計段。因此，提供給 LED 顯示器的 字形代碼正好為一個字節(jié)。各代碼位的對應(yīng)關(guān)系如表 3.1 所示。 表 3.13.1 代碼為與顯示段關(guān)系 代碼位代碼位D7D6D5D4D3D2D1D0 顯示段顯示段dpgfedcba 用 LED 顯示器顯示十六進制數(shù)字形代碼如表 3.2、3.3 所

50、示： 表 3.23.2 十六進制數(shù)字形代碼 表 3.33.3 十六進制數(shù)字形代碼 顯示顯示 字符字符 字字 型型 共共 陽陽 極極共共 陰陰 極極 d p gfedcba字型字型 碼碼 d p Gfedcba字型字型 碼碼 0011000000C0H001111113FH 1111111001F9H0000011006H 2210100100A4H010110115BH 3310110000B0H010011114FH 441001100199H0110011066H 551001001092H011011016DH 661000001082H011111017DH 7711111000F8H

51、0000011107H 881000000080H011111117FH 991001000090H011011116FH AA1000100088H0111011177H BB1000001183H011111007CH CC11000110C6H0011100139H 顯示顯示 字符字符 字字 型型 共共 陽陽 極極共共 陰陰 極極 d p gfedcba字型字型 碼碼 d p Gfedcba字型字型 碼碼 DD10100001A1H010111105EH EE1000011086H0111100179H FF100011108EH0111000171H HH1000100189H0111

52、011076H LL11000111C7H0011100038H PP100011008CH0111001173H RR11001110CEH0011000131H UU11000001C1H001111103EH YY1001000191H011011106EH 10111111BFH0100000040H .011111117FH1000000080H 熄熄 滅滅 滅滅11111111FFH0000000000H 3.2.23.2.2 LEDLED 顯示器接口方法顯示器接口方法 1、硬件為主的接口方法 必須使用地址譯碼器、鎖存器或 I/O 接口電路，還需專用的譯碼驅(qū)動器，通過譯碼 器把一位

53、十六進制數(shù)（四位二進制）譯碼為相應(yīng)的字形代碼，然后由驅(qū)動器提供足夠的 功率去驅(qū)動 LED。 電路圖如圖 3.2 所示。 圖圖 3.23.2 LEDLED 顯示器以硬件為主的接口方法顯示器以硬件為主的接口方法 2、軟件為主的接口方法 主要以軟件查表來代替硬件譯碼，也需簡單的硬件電路配合。電路圖如圖 3.3 所示。 圖圖 3.33.3 LEDLED 顯示器以軟件為主的接口方法顯示器以軟件為主的接口方法 3.2.33.2.3 LEDLED 顯示器的顯示方式顯示器的顯示方式 1、ED 靜態(tài)顯示方式 LED 顯示器各位數(shù)碼管的位控線（公共端）連接在一起并接地（共陰極）或 +5V（共陽極） ；各位數(shù)碼管的

54、段選線（adp）分別與一位的鎖存器輸出相連。 LED 靜態(tài)顯示方式中，顯示器的各位相互獨立，而且各位的顯示字符一經(jīng)確定，相應(yīng)鎖 鎖鎖存存器器 I I/ /O O接接口口 譯譯碼碼 驅(qū)驅(qū)動動器器 + +5 5V V 地地址址譯譯碼碼器器 a a d dp p g g f f e e d d c c b b A A0 0A A7 7 . . . . D D3 3 D D2 2 D D1 1 D D0 0 P P0 0. .0 0 譯譯碼碼 驅(qū)驅(qū)動動器器 + +5 5V V a a d dp p g g f f e e d d c c b b P P0 0. .7 7 P P0 0. .6 6 P

55、P0 0. .5 5 P P0 0. .4 4 P P0 0. .3 3 P P0 0. .2 2 P P0 0. .1 1 8 80 0C C5 51 1 存器輸出將維持不變，直到顯示另一個字符為止，其亮度較高。 缺點：占有較多 I/O 口線及較多鎖存器。六位 LED 數(shù)碼管共陽與共陰接法靜態(tài)顯 示方式如圖 3.4 所示。 圖圖 3.43.4 六位六位 LEDLED 數(shù)碼管靜態(tài)顯示方式數(shù)碼管靜態(tài)顯示方式 2、LED 動態(tài)顯示方式 將 LED 顯示器各位數(shù)碼管的所有段控端（adp）相應(yīng)地并聯(lián)在一起，由一個 位 I/O 口控制，形成段選線多路復(fù)用，而各位數(shù)碼管的共陽極或共陰極要分別由相應(yīng)的 I/

56、O 口線控制，實現(xiàn)各位的分時選通。 由于各位數(shù)碼管的段選線并聯(lián)，段選碼的輸出對各位數(shù)碼管的來說都是相同的。因 此，同一時刻，如果各位的位選線都處于選通狀態(tài)的話，6 位 LED 將顯示相同的字符。 若需要各位數(shù)碼管顯示出與本位相應(yīng)的顯示字符，就必須采用掃描顯示方式，即在 C5C4C3C2C1C0 LED5LED0LED1LED2LED3LED4 六六位位L LE ED D數(shù)數(shù)碼碼管管靜靜態(tài)態(tài)顯顯示示方方式式( (共共陽陽極極) ) a ad dp p I/O5 (07 7) a ad dp pa ad dp pa ad dp pa ad dp pa ad dp p I/O0 (07 7) I/O

57、1 (07 7) I/O2 (07 7) I/O3 (07 7) I/O4 (07 7) +5V C5C4C3C2C1C0 LED5LED0LED1LED2LED3LED4 六六位位L LE ED D數(shù)數(shù)碼碼管管靜靜態(tài)態(tài)顯顯示示方方式式( (共共陰陰極極) ) a ad dp p I/O5 (07 7) a ad dp pa ad dp pa ad dp pa ad dp pa ad dp p I/O0 (07 7) I/O1 (07 7) I/O2 (07 7) I/O3 (07 7) I/O4 (07 7) 某一時刻，只讓某一位數(shù)碼管的位選線處于選通狀態(tài)，而其它各位數(shù)碼管的位選線處于 關(guān)閉

58、狀態(tài)，同時，段選線上輸出相應(yīng)位要顯示字符的字型碼。這樣，在同一時刻，6 位 LED 中只有選通的那一位數(shù)碼管顯示出字符，而其它各位數(shù)碼管則是熄滅的，如此循 環(huán)下去，就可以使各位數(shù)碼管顯示出將要顯示的字符。 特點：硬件電路簡化，但由于 LED 導(dǎo)通時間太短，亮度不足，應(yīng)增加驅(qū)動器已提 高驅(qū)動能力，而且顯示位數(shù)控制在位以內(nèi)。動態(tài)顯示六位 LED 的電路圖如圖 3.5 所 示。 圖圖 3.53.5 六位六位 LEDLED 數(shù)碼管動態(tài)顯示方式數(shù)碼管動態(tài)顯示方式 4 4 系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)硬件設(shè)計 4.1 單片機及其外圍主要電路的設(shè)計單片機及其外圍主要電路的設(shè)計 圖圖 4.14.1 5151 單片機鍵盤控

59、制及鍵號數(shù)碼顯示硬件電路單片機鍵盤控制及鍵號數(shù)碼顯示硬件電路 51 單片機鍵盤控制及鍵號數(shù)碼顯示硬件電路如圖 4.1 所示，51 單片機的 P1 口控制 鍵盤，其中 P1.0，P1.1，P1.2，P1.3 為列線，P1.4，P1.5，P1.6，P1.7 為行線。四根行 線各接 1 只 5.1K 電阻，再與電源 VCC（+5V）相連。四根行線同時也與 74HC21（四 輸入與門）的輸入端口相連，其輸出端與 51 單片機的外中斷 0 輸入端 P3.2 相連。因為 P1 口通過指令設(shè)置為 0 xF0,即“” ，四列線均為“0” ，如果沒有鍵按下，則四個行線均 為高電平?；蜷T 74HC21 輸出為高電

60、平。當(dāng)有任意一個鍵被按下時， 74HC21 的四個輸 入端總有一個輸入為低電平。此時的 74HC21 的功能為：只要有一個輸入端為低電平， 則其輸出端為低電平。此下降沿觸發(fā) 51 單片機的外中斷 0 而引發(fā)中斷服務(wù)（搜索中斷 鍵號） ，所以對鍵盤控制方式采用的是中斷搜索方式。 鍵號的數(shù)碼顯示方式采用 P0 口輸出，輸出的兩位 BCD 碼分別由 P0.1P0.3 和 P0.4P0.7 送入到兩片 4511 譯碼器的 ABCD 端，如圖 4.2 所示。DC4511 為四位 BCD 碼輸入，譯碼后產(chǎn)生 7 段數(shù)碼管顯示信號驅(qū)動數(shù)碼管進行鍵號顯示。如圖 4.2 所示。 P0.0 P0.1 P0.2 P