基于矩阵键盘和LED数码显示器的简易人机界面设计.docx
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基于矩阵键盘和LED数码显示器的简易人机界面设计
基于矩阵键盘和LED数码显示器的简易人机界面设
计
摘要:
本课题的任务是利用单片机以及4X4键盘实现LED显示的简易人机界面。
该系统以4个端口连接控制4*4,并显示在数码管上。
用AT89S52的并行接口P1接4X4矩阵键盘,以Pl.0-P1.3做输入线,以P1.4-P1.7做输出线;为矩阵键盘编写功能,用LED显示。
系统以AT89S52为核心,并带有LED显示器,配合按键提供友好的用户界面,操作简单。
该系统可以对不同的键盘进行实时显示,其核心是单片机和键盘矩阵的电路部分,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。
系统软件设讣包括单片机讣算机两部分的编程。
单片机软件编程主要实现键盘、LED显示等各模块的功能,采用汇编语言编程。
关键字:
AT89S52;LED显示器;矩阵键盘;人机界面
Abstract
Thistaskistheuseofmicrocomputerand4X4keyboardtoachieveLEDdisplaysasimpleman-machineinterface・Inthissystem,the4portisconnectedtocontrol4*4,anddisplayinthedigitaltube・UsingAT89S52parallelinterfaceofPl4X4toPl.0-P1.3matrixkeyboard,inputline,withPl.4一Pl.7outputline;asthematrixkeyboardwritingfunction,withLEDdisplay.ThesystemusedAT89S52asthecore,withLEDdisplay,withkeystoprovideafriendlyuserinterface,simpleoperation.Thesystemcanbeofdifferentkeyboarddisplayinrealtime,thecoreofthemicrocontrollerandthekeyboardmatrixcircuitpart,mainlyonthekeyanddisplaycircuit,therelationofmatrixtechnologyandequipmentsystemhardware,softwaretoachievethevariousparts・Softwaredesignofthesystemcomprisesasinglechipcomputertwopartprogramming・SCMsoftwareprogrammingmainkeyboard,LEDdisplaythefunctionofeachmodule,theuseofassemblylanguageprogramming・
Keyword:
AT89S52;LED;matrixkeyboard;man-machineinterface目录
第1章概述3
第2章总体设计方案3
2.1本设计任务和最主要内容3
2.2设计原理3
2.3功能设计描述4
2.4主要知识点4
2.5程序框图4
2.6电路原理图4
第3章硬件设计方案5
3.1ST89S52单片机开发板介绍5
3.2矩阵键盘介绍8
3.3LED数码管介绍9
第4章软件设计10
4.1程序设计•内容10
4.2程序框图及源程序10
第5章系统调试
5.1
调试过程
16
5.2
结果分析
16
5.3
实物照片
17
结论与体会17
参考文献18
第1章概述
矩阵式键盘模式以N个端口连接控制N*N个键,实时在LED数码管上显示按键信息,降低了成本乂提高了精确度,省下了很多I/O为他用,所以矩阵键盘是很实用的。
随着人们生活水平的不断提高单片机控制无疑是人们追求的U标之一,它所给人带来的方便也是不可否定的,要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从单片机技术入手,一切向着数字化控制,智能化控制方向发展。
LED显示作为人机交互的主流方式,正广泛用于家电、手机、个人电脑等显示终端。
随着电子技术的发展,单片机技术的产品日益增多,研究以单片机作为主控制器的LED显示器控制系统意义重大。
展望未来,急速的响应速度将会成为个性化LED的发展趋势,越来越多的单片机正如雨后春笋般涌现。
第2章总体设计方案
2.1本设讣任务和主要内容
本论文主要研究单片机控制的键盘识别显示系统,分别对按键信息和显示电路以及软、硬件各个部分进行研究。
主要内容如下:
2.1.1根据矩阵式键盘的特点,进行键盘控制系统的整体研究与设汁;
2.1.2LED实时显示按键信息;
2.1.3采用软件编程的方法实现按键信息的提取和显示。
2.2设讣原理:
每个按键有它的行值和列值,行值和列值的组合就是识别这个按键的编码。
矩阵的行线和列线分别通过两并行接口和CPU通信。
键盘处理程序的任务:
确
定有无键按下,判断哪一个键按下,键的功能是什么;还要消除按键在闭合或断
开时的抖动。
两个并行口中,一个输出扫描码,使按键逐行动态接地,另一个并
行口输入按键状态,山行扫描值和回馈信号共同形成键编码而识别按键,通过软
件查表,查出该键的功能。
矩阵式键盘使用于按键数量较多的场合,它山行线与列线组成,按键位于行、列的交义点上,行、列线分别列接到按键开关的两端。
行线通过上拉电阻接到
+5V上。
无键按下时,行线处于低电平状态,而当有按键按下时,行线电平状态将山与此行线相连的列线电平一样为高电平。
这是识别矩阵键盘按键是否被按下的关键所在。
一个4x4的行列可以构成一个16按键的键盘。
本次以扫描法来识别按键。
在扫描法中分两步处理按键,首先是判断有无键按下,让所有的列线置高电平,检查各行线电平是否有变化,如行线有一个为高,则有键按下。
当判断有键按下时,使列线依次变低,其余各列为高电平,读行线,进而判断出具体哪个键被按下。
2.3功能设计•描述
1114x4组成16个按钮矩阵式键盘
按键成功会在7段LED显示该按键的键号
2.4主要知识点
KeiluVision3的使用及调试
proteus7的使用及调试
键盘接口、LED显示接口、模拟电路的相关知识
2.5程序框图
2.6电路原理图
开始
褪值~p2
返冋
第3章系统硬件设计•方案
3.1st89S52单片机开发板绍
AT89S52为ATMEL所生产的一种低功耗、高性能CM0S8位微控制器,具有8K在系统可编程Flsah存储器。
3.1.1、AT89S52主要功能列举:
(1)拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash
(2)晶片内部具时钟振荡器(传统最高工作频率可至12MHz)
(3)内部程序存储器(ROM)为8KB
(4)内部数据存储器(RAM)为256字节
(5)32个可编程I/O口线
(6)8个中断向量源
(7)三个16位定时器/计数器
(8)三级加密程序存储器
(9)全双工UART串行通道
3.1.2、AT89S52各引脚功能介绍:
vcc:
AT89S52电源正端输入,接+3V。
VSS:
电源地端。
XTAL1:
单芯片系统时钟的反相放大器输入端。
XTAL2:
系统时钟的反相放大器输出端,一般在设计上只要在XTAL1和XTAL2上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了,此外可以在两引脚与地之间加入一20PF的小电容,可以使系统更稳定,避免噪声干扰而死机。
RESET:
AT89S52的重置引脚,高电平动作,当要对晶片重置时,只要对此引脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间,AT89S51便能完成系统重置的各项动作,使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态,并且至地址0000H处开始读入程序代码而执行程序。
EA/Vpp:
"EY为英文ExternalAccess"的缩写,表示存取外部程序代码之意,低电平动作,也就是说当此引脚接低电平后,系统会取用外部的程序代码(存于外部EPROM中)来执行程序。
因此在8031及8032中,EA引脚必须接低电平,因为其内部无程序存储器空间。
如果是使用8751内部程序空间时,此引脚要接成高电平。
此外,在将程序代码烧录至8751内部EPROM时,可以利用此引脚来输入21V的烧录高压(Vpp)。
ALE/PROG:
ALE是英文AddressLatchEnable"的缩写,表示地址锁存器启用信号。
AT89S52可以利用这支引脚来触发外部的8位锁存器(如74LS373),将端口0的地址总线(A0〜A7)锁进锁存器中,因为AT89S52是以多工的方式送出地址及数据。
平时在程序执行时ALE引脚的输出频率约是系统工作频率的1/6,因此可以用来驱动其他周边晶片的时基输入。
此外在烧录8751程序代码时,此引脚会被当成程序规划的特殊功能来使用。
PSEN:
此为"ProgramStoreEnable,/的缩写,其意为程序储存启用,半8031被设成为读取外部程序代码工作模式时(EA二0),会送出此信号以便取得程序代码,通常这支脚是接到EPROM的0E脚。
AT89S52可以利用PSEN及RD引脚分别启用存在外
部的RAM与EPROM,使得数据存储器与程序存储器可以合并在一起而共用64K的定址范围。
PORTO(P0.0〜P0.7):
端口0是一个8位宽的开路汲极(OpenDrain)双向输出入端口,共有8个位,P0.0表示位0,P0.1表示位1,依此类推。
其他三个I/O端口(Pl、P2、P3)则不具有此电路组态,而是内部有一提升电路,P0在当做I/O用时可以推动8个LS的TTL负载。
如果当EA引脚为低电平时(即取用外部程序代码或数据存储器),P0就以多工方式提供地址总线(A0〜A7)及数据总线(D0〜D7)。
设计者必须外加一锁存器将端口0送出的地址栓锁住成为A0〜A7,再配合端口2所送出的A8〜A15合成一完整的16位地址总线,而定址到64K的外部存储器空间。
P0RT2(P2.0〜P2.7):
端口2是具有内部提升电路的双向I/O端口,每一个引脚可以推动4个LS的TTL负载,若将端口2的输出设为高电平时,此端口便能当成输入端口来使用。
P2除了当做一般I/O端口使用外,若是在AT89S52扩充外接程序存储器或数据存储器时,也提供地址总线的高字节A8〜A15,这个时候P2便不能当做I/O来使用了。
P0RT1(P1.0〜P1.7):
端口1也是具有内部提升电路的双向I/O端口,其输出缓冲器可以推动4个LSTTL负载,同样地若将端口1的输出设为高电平,便是曲此端口来输入数据。
如果是使用8052或是8032的话,P1.0乂当做定时器2的外部脉冲输入脚,而Pl.1可以有T2EX功能,可以做外部中断输入的触发脚位。
P0RT3(P3.0〜P3.7):
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