按鍵陣列掃描及點(diǎn)陣顯示器控制電路設(shè)計(jì)改版

目錄第一章設(shè)計(jì)指標(biāo)……...…………2TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1.1設(shè)計(jì)指標(biāo) 2硬件環(huán)境……………………2第二章系統(tǒng)概述……..…………2設(shè)計(jì)思想…………..…………2\o"CurrentDocument"2.2可行性論證 42.3各功能的組成 42.4總體工作過程…………………5第三章單元電路設(shè)計(jì)與分析……………………6各單元電路的選擇……………6\o"CurrentDocument"3.2設(shè)計(jì)及工作原理分析 7第四章電路的組構(gòu)與調(diào)試…………………...…16遇到的主要問題…………………..…………16現(xiàn)象記錄及原因分析…………….…………16解決措施及效果……………164.4功能的測(cè)試方法、步驟、設(shè)備、記錄的數(shù)據(jù) 16第五章結(jié)束語……………………17對(duì)設(shè)計(jì)題目的結(jié)論性意見及進(jìn)一步改進(jìn)的意向說明…………..…………17總結(jié)設(shè)計(jì)的收獲與體會(huì)………….…………18附圖（電路總圖） 18參考文獻(xiàn)……………20第一章、設(shè)計(jì)指標(biāo)設(shè)1計(jì)指標(biāo)設(shè)計(jì)一個(gè)按鍵陣列判斷電路，采用發(fā)光二極管點(diǎn)陣顯示器以12個(gè)顯示符標(biāo)識(shí)12個(gè)按鍵。當(dāng)有健按下時(shí)，顯示其標(biāo)識(shí)符，并保持顯示符直到新的按鍵作用。如果多個(gè)按鍵同時(shí)閉合，只響應(yīng)最先作用的按鍵。硬2件環(huán)境設(shè)計(jì)對(duì)象的實(shí)現(xiàn)環(huán)境與采用的 開發(fā)裝置有關(guān)，本節(jié)以一為例，說明采用按鍵陣列掃描和點(diǎn)陣顯示器控制電路的設(shè)計(jì)原理和實(shí)現(xiàn)方法?！_發(fā)裝置上有“”、“”、“”共個(gè)鍵構(gòu)成的行列按鍵陣列以及行列個(gè)點(diǎn)的點(diǎn)陣顯示器。通過端口 讀取鍵陣列的行線狀態(tài)~通過一線譯碼器控制鍵陣列的列線 。 的譯碼輸入由 端口 控制。點(diǎn)陣顯示器各行由 的端口 控制，點(diǎn)陣顯示器各列由端口 通過反相器控制，以滿足電流驅(qū)動(dòng)能力。第二章、系統(tǒng)概述2.1設(shè)計(jì)思想1.按鍵掃描原理數(shù)字電路中，按鍵的閉合和斷開狀態(tài)可以通過其控制的邏輯電平判斷。（1）按鍵狀態(tài)判斷按鍵的閉合斷開可以轉(zhuǎn)換成代表0或1的二值邏輯的低電平和高電平，判斷電路輸出的電平即可了解按鍵的通、斷狀態(tài)。按鍵一般為機(jī)械開關(guān)，其觸點(diǎn)的合、斷有彈性抖動(dòng)。為了保證按鍵動(dòng)作一次，電路只判斷到一次電平狀態(tài)的改變，需要采用消抖動(dòng)措施。采用基本觸發(fā)器可以對(duì)電平信號(hào)整形，實(shí)現(xiàn)消抖。()按鍵陣列判斷若需要判斷的按鍵較多，為節(jié)省信號(hào)端口資源，一般將按鍵分成行、列兩組連接成陣列形式。每個(gè)按鍵跨接在一條行線和一條列線間。當(dāng)按鍵閉合時(shí)，行線與列線接通。每條行線都通過一個(gè)電阻上拉到電位，當(dāng)行線上的所有按鍵都未閉合時(shí)，行線一定為高電平。當(dāng)某條列線為低電平是，根據(jù)各行線的電平可判斷該列線上各鍵的狀態(tài)。()按鍵掃描判斷若以負(fù)脈沖掃描序列信號(hào)控制鍵陣列的列線，使各列線分時(shí)為低電平，同時(shí)順序判斷各行線電平，就能逐個(gè)確定各鍵狀態(tài)。顯然，每個(gè)按鍵的掃描時(shí)間是列線的低電平時(shí)間，而陣列的掃描周期是按鍵掃描時(shí)間乘以鍵數(shù)。所以，按鍵的閉合時(shí)間必須大于陣列掃描周期，否則閉合狀態(tài)可能會(huì)被遺漏。比如，當(dāng)陣列為個(gè)鍵時(shí)，如果每個(gè)鍵的掃描時(shí)間是 ，則鍵的閉合時(shí)間必須大于 1按鍵的閉合時(shí)間因人的動(dòng)作快慢而異，通常為零點(diǎn)幾秒至一點(diǎn)幾秒。2發(fā).光二極管點(diǎn)陣顯示原理點(diǎn)陣顯示電路是由發(fā)光二極管組成的陣列。每一行發(fā)光二極管的陽極接在一起，由行信號(hào) 控制；每一列發(fā)光二極管的陰陽極接在一起，由列信號(hào)驅(qū)動(dòng)。如果把發(fā)光二極管陣列的每一行看做一個(gè)段共陽顯示器， 為陽極公共端，每一列就是顯示器的一個(gè)段，低電平有效。這樣， 點(diǎn)陣顯示電路與8位動(dòng)態(tài)掃描共陽顯示電路的結(jié)構(gòu)完全相同，當(dāng)行掃描信號(hào)為高電平時(shí)，列信號(hào)的低電平可以控制該行各列的發(fā)光管亮。比如，當(dāng) 為高電平時(shí)，若列信號(hào)為“ ”，則 行第一和最末的發(fā)光管滅，其他個(gè)亮。同理,若把發(fā)光二極管陣列的每一列看做一個(gè)段共陰顯示器，為陰極公共端，點(diǎn)陣顯示電路就與位動(dòng)態(tài)掃描共陰顯示電路的結(jié)構(gòu)相同。由于一 開發(fā)裝置上點(diǎn)陣顯示器的列信號(hào)通過反相器驅(qū)動(dòng)，所以其的列控制邏輯為高電平有效，即當(dāng) 、都為“”時(shí)，第行、第列的發(fā)光二極管亮。根據(jù)動(dòng)態(tài)掃描顯示控制的原理，如果采用一個(gè)計(jì)數(shù)器順序產(chǎn)生8路行掃描信號(hào) ，同時(shí)根據(jù)各行發(fā)光二極管的顯示要求同步控制列信號(hào)，當(dāng)掃描計(jì)數(shù)頻率足夠高時(shí)，點(diǎn)陣顯示的效果為一個(gè)穩(wěn)定的字符?？?行性論證該設(shè)計(jì)方案在理論上是可行的。按鍵掃描部分由狀態(tài)機(jī)提供各個(gè)掃描信號(hào)，用實(shí)現(xiàn)代碼轉(zhuǎn)換功能，發(fā)光二極管點(diǎn)陣顯示電路由位二進(jìn)制數(shù)控制行掃描信號(hào)，同時(shí)控制列顯示碼同步循環(huán)輸出，即可顯示預(yù)設(shè)的字符。各功能的組成根據(jù)按鍵陣列的判斷原理，可采用一個(gè)計(jì)數(shù)器產(chǎn)生按鍵編碼信號(hào)。計(jì)數(shù)器的脈沖周期等于按鍵的掃描時(shí)間，計(jì)數(shù)器的模大于等于被掃描的按鍵數(shù)。本設(shè)計(jì)要求判斷，2個(gè)按鍵的陣列，所以可采用4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器產(chǎn)生按鍵掃描碼。計(jì)數(shù)器輸出控制譯碼器產(chǎn)生列掃描信號(hào) ，并控制數(shù)據(jù)選擇器選擇行線電平i當(dāng)被掃描的按鍵閉合時(shí)，選擇器的輸出信號(hào)控制寄存器保存計(jì)數(shù)器當(dāng)前的鍵碼狀態(tài)，同時(shí)封鎖計(jì)數(shù)器停止鍵掃描，以避免其他按鍵閉合時(shí)產(chǎn)生的影響。發(fā)光二極管點(diǎn)陣電路采用3位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器譯碼后掃描控制其行（列）信號(hào)

（j,同時(shí)控制列（行）顯示碼同步循環(huán)輸出。所以，必須設(shè)計(jì)一個(gè)譯碼邏輯元件，根據(jù)寄存器保存的按鍵編碼輸出鍵符顯示列（行）控制碼。鍵符顯示譯碼器可采用 真值表方式、組合邏輯器件或只讀存儲(chǔ)器 來實(shí)現(xiàn)?？?體工作過程1.按鍵編碼計(jì)數(shù)器輸出位二進(jìn)制碼，每組碼通過譯碼器產(chǎn)生一列低電平有效的列信號(hào)，同時(shí)通過數(shù)據(jù)選擇器選中一個(gè)行線信號(hào)判斷連接該列、該行的按鍵狀態(tài)。當(dāng)數(shù)據(jù)選擇器輸出低電平時(shí)，表示被掃描鍵閉合。所以，計(jì)數(shù)器輸出的二進(jìn)制碼與陣列中的按鍵一一對(duì)應(yīng)。顯然，按鍵的編碼位序與計(jì)數(shù)器的輸出控制有關(guān)。若計(jì)數(shù)器的高兩位輸出、 控制選擇信號(hào)和0低兩位輸出控制譯碼信號(hào)和0控制譯碼信號(hào)和0則計(jì)數(shù)器輸出為“”時(shí)，為低電平，選擇輸出的狀態(tài)，掃描按鍵。因此，“”為的鍵碼。鍵符顯示碼存儲(chǔ)由于的數(shù)據(jù)輸出控制點(diǎn)陣的列信號(hào)，因此 中每個(gè)存儲(chǔ)單元的由于的數(shù)據(jù)輸出控制點(diǎn)陣的列信號(hào)，因此 中每個(gè)存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)就是一行列控制碼，每位數(shù)據(jù)控制一列。一個(gè)顯示符的8行控制需要8個(gè)單元的列碼數(shù)據(jù)，12個(gè)不同的鍵符顯示需要96個(gè)存儲(chǔ)單元，這樣顯示譯碼存儲(chǔ)器至少需要位地址。如果的高位地址 由鍵碼控制，低位地址 由行掃描計(jì)數(shù)器控制，每個(gè)顯示符的行列控制碼被存放在以鍵碼劃分塊的連續(xù)8個(gè)存儲(chǔ)單元中。建立存儲(chǔ)數(shù)據(jù)文件時(shí)要注意數(shù)據(jù)位序與點(diǎn)陣序列的關(guān)系以及存儲(chǔ)單元低3位地址與點(diǎn)陣行序的關(guān)系。比如，若存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)輸出 依序控制 ，則數(shù)據(jù)碼從高至低位分別對(duì)應(yīng)點(diǎn)陣顯示器的從左至右列如果狀態(tài)機(jī)的輸出與譯碼器的輸入及存儲(chǔ)器低位地址的位序?qū)?yīng)相同，當(dāng)譯碼器的輸出依序控制 時(shí)，每個(gè)字符碼的個(gè)存儲(chǔ)單元從低地址到高地址分別對(duì)應(yīng)點(diǎn)陣顯示器從上至下各行。第三章單元電路設(shè)計(jì)與分析各1單元電路的選擇1分.頻器分頻器提供固定的頻率輸出，用以控制整個(gè)電子系統(tǒng)的時(shí)鐘。分頻器由7片二五一十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 組合完成，每級(jí)為十分頻，共輸出 共檔頻率信號(hào)，輸入為 的石英晶振提供的 的頻率。2.狀態(tài)機(jī)整個(gè)系統(tǒng)共包含2個(gè)狀態(tài)機(jī)，即計(jì)數(shù)器，由1片16進(jìn)制計(jì)數(shù)器741構(gòu)6成1。狀態(tài)機(jī)用于按鍵陣列選擇，狀態(tài)機(jī)提供行掃描的頻率。寄存器寄存器用來保存由按鍵陣列選擇的存儲(chǔ)器地址的高4位，由8位鎖存器構(gòu)成。顯示碼存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器由自行設(shè)計(jì)的 構(gòu)成，每個(gè)單元存位，共根輸出數(shù)據(jù)線。數(shù)據(jù)選擇器數(shù)據(jù)選擇選用雙片集成4選1數(shù)據(jù)選擇器731，5用3于選擇按鍵陣列的行信號(hào)。6寄譯碼器譯碼器采用3—8線譯碼器741，3配8合狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)逐行掃描功能。7.反相選擇器反相選擇器用來選擇輸出點(diǎn)陣的顏色是否取反相，由組合邏輯門實(shí)現(xiàn)。外接電平控制輸入信號(hào)，用于控制正相或反相。8.顏色選擇器顏色選擇器是用來選擇 的點(diǎn)陣顯示器亮紅燈或綠燈的器件，由片構(gòu)成，外接電平控制輸入信號(hào)，用于選擇顏色。設(shè)2計(jì)及工作原理分析1.分頻器一片10進(jìn)制計(jì)數(shù)器可以完成一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的10分頻，如果使用7片完成級(jí)聯(lián)，即可做到 分頻。為二五一十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其中輸入 ，輸出為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器；輸入，輸出 為進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 ， 為異步復(fù)位端，為異步置端，均為高電平有效。要實(shí)現(xiàn)分頻有兩種接法，第一種是外部輸入時(shí)鐘信號(hào)進(jìn) ，然后輸出接輸入，另一種是外部輸入時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)，然后輸出接輸入，兩種接法的區(qū)別在于：第一種接法使用作為每一級(jí)分頻的輸出端，這種輸出時(shí)鐘的占空比為0而第二種接法使用作為輸出時(shí)鐘信號(hào)，這種時(shí)鐘信號(hào)的占空比為0所以我選擇第二種接法。狀態(tài)機(jī)本系統(tǒng)總共使用了兩個(gè)狀態(tài)機(jī)，狀態(tài)機(jī)然位于分頻器之后，寄存器之前，在分頻器的輸出時(shí)鐘信號(hào)的控制下，不斷改變狀態(tài)，當(dāng)某一狀態(tài)與按鍵陣列某一按鍵所對(duì)應(yīng)的行列控制信號(hào)相同時(shí)，便將該狀態(tài)保持并送入寄存器。

狀態(tài)機(jī)用單片構(gòu)成，復(fù)位端 和置數(shù)端 都接高電平，使之狀態(tài)機(jī)用單片構(gòu)成，復(fù)位端 和置數(shù)端 都接高電平，使之無效，與均由數(shù)據(jù)選擇器的輸出控制，當(dāng)為低電平時(shí)，便保持當(dāng)前狀態(tài)停止計(jì)數(shù)。接分頻器的輸出端，由于無需置數(shù)，所以四端口斷開。狀態(tài)機(jī)也是單片 1由分頻器選擇某一頻率輸入，使能與均接高電平有效，復(fù)位端 和置數(shù)端 都接高電平，使之無效。輸出只取組成的種狀態(tài)控制個(gè)行掃描信號(hào)。寄存器寄存器用于暫時(shí)存放狀態(tài)機(jī)的輸出信號(hào),然后將它傳入存儲(chǔ)器。我用作為寄存器，該芯片共可存位，我只用其中位，其鎖存端為下跳變有效,所以輸入端 需接一反相器再連接到數(shù)據(jù)選擇器的輸出端上。顯示碼存儲(chǔ)器顯示碼存儲(chǔ)器由自定義 完成。由于一共有個(gè)按鍵，每一個(gè)按鍵共包含8*，864位二進(jìn)制數(shù)表示的信息。我們將8位二進(jìn)制數(shù)作為一個(gè)內(nèi)存單元，則共需要個(gè)單元，所以采用 的。其輸入為位地址信號(hào)，輸出為位數(shù)據(jù)信號(hào)。A0A1A2A3A4addr[O]Iaddr[1]~)INPH^~A0A1A2A3A4addr[O]Iaddr[1]~)INPH^~VCCaddr[2]~3-^nput-k―VCCaddr[3]HNP^^( vcCaddr[4]A5A6IHNPUVGCaddr[5]□ZHNPU^-XVGCaddr⑹UTPUT；：D1ITPUTD2UTPUTD3OUTPUTD4out[_—— OUTPUTD5OUt[! —— OUTPUTD6out[6] OUTPUTD7out[: OUTPUTD8out|+b——OUout[2*out[\ 下為 中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù):5寄數(shù)據(jù)選擇器數(shù)據(jù)采選擇器用雙片集成4選1數(shù)據(jù)選擇器741，5但3只使用其中一片。選擇信號(hào)和分別接狀態(tài)機(jī)的A,數(shù)據(jù)選擇信號(hào)01分別接，C，由于當(dāng)無按鍵按下時(shí)，，為高電平，所以剩余的引腳需接高電平。譯碼器譯碼器的連接時(shí)就按正常的連接方式使用，輸入為狀態(tài)機(jī),的三個(gè)輸出信號(hào)，輸出為點(diǎn)陣顯示器的行選擇信號(hào)。7譯反相選擇器反相選擇器通過外接電平按鈕的高或低來選擇正相或反相。在設(shè)計(jì)時(shí)先列出真值表：原信號(hào)輸入信號(hào)輸出信號(hào)由此得出原信號(hào)與電平控制信號(hào)時(shí)同或關(guān)系，所以用組合邏輯元件設(shè)計(jì)了一個(gè)進(jìn)出的同或門器件。輸入信號(hào)為個(gè)電平按鍵信號(hào)與個(gè)從中輸入的原信號(hào)。8譯顏色選擇器為了能夠通過電平按鍵選擇輸出顯示紅色或綠色，所以設(shè)計(jì)這個(gè)器件。該器件用8片譯碼器741構(gòu)3成8，每一片用1個(gè)輸入信號(hào)從2個(gè)輸出信號(hào)中選擇一個(gè)輸出，電平按鍵信號(hào)進(jìn)入 引腳，用來選擇燈。而所有的使能信號(hào)均由每一片對(duì)應(yīng)的一位從 中輸入的二進(jìn)制數(shù)控制。第四章電路的組構(gòu)與調(diào)試4.1遇到的主要問題在剛剛連接完電路并傳輸至單片機(jī)上進(jìn)行測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)顯示碼錯(cuò)亂，與原先設(shè)計(jì)的顯示字符不符。4.2現(xiàn)象記錄及原因分析遇到這種問題，一般會(huì)首先懷疑中的問題。按照自己的設(shè)計(jì)，按數(shù)字“”應(yīng)該顯示“”，按數(shù)字“”應(yīng)該顯示“”，其他依次類推。查看后，發(fā)現(xiàn)是我沒把軟件的編排方式弄明白，以致顯示碼不符合設(shè)計(jì)要求。4.3解決措施及效果我把 做了些修改，在理解軟件的編排規(guī)則后，把 的一些順序調(diào)換了位置。結(jié)果實(shí)驗(yàn)達(dá)到了要求，理想的實(shí)現(xiàn)鍵盤作用。功能的測(cè)試方法、步驟、設(shè)備、記錄的數(shù)據(jù)開始測(cè)試時(shí)，在未按按鍵時(shí)顯示的是綠色字符“1”，當(dāng)我按下一個(gè)按鍵時(shí)，便顯示與之對(duì)應(yīng)的字符，按其他按鍵對(duì)應(yīng)其他字符，且都為綠色。例如：按數(shù)字鍵“”后，點(diǎn)陣顯示器上出現(xiàn)的圖案第五章結(jié)束語5.對(duì)1設(shè)計(jì)題