完整word版4X4键盘输入LCD1602输出.docx
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完整word版4X4键盘输入LCD1602输出
物理与电信工程学院
专业课程设计报告
2018～2019学年第2学期
4＊4矩形键盘输入，lcd1602显示
专业：
班级：
学号：
姓名：
指导教师姓名：
年月日
课程设计报告
【课题名称】4＊4矩形键盘输入,lcd1602显示
【摘要】键盘输入与液晶显示系统是单片机应用中最常见的一种形式,几乎涉及到人们日常生产和生活中的各个方面.键盘是用于实现单片机应用系统中的数据和命令的输入，液晶显示器LCD能使人直观的获得需要了解的信息.实现人机的交流互动.本次课程设计作为实践教学的一个重要环节，以4*4矩阵键盘按键输入数据,以1602液晶显示.并使用Proteus软件对所设计的电路进行仿真，仿真结果是在1602液晶上显示所按下的键值。
因此,对液晶显示与键盘系统的研究与应用是很有必要的，对于我们今后的学习有着很强的推动作用.
【关键词】Proteus仿真,AT89C51，lcd1602，4＊4矩阵键盘
一、引言
AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS—51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。
［1]［2]
AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口,同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，2个读写口线,AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程.其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。
AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。
lcd1602:
16字×2行的字符型液晶显示器显示模块可以与8位或4位微处理器直接接口，其内置式字符发生器ROM可提供160种符合工业标准的字符，包括全部英文大小写字母，阿拉伯数字,以及32个特殊字符或符号，其内置的RAM可以根据用户需要，由用户自行设计字符或符号，其指令系统为用户提供了方便的操作指令，点阵字符型液晶显示模块采用了+5V单电源供电，功耗低。
二、总体方案设计
单片机的P1口的P30~P3。
7连接4X4矩阵键盘，P00~P0.7连接lcd1602，当4X4矩阵键盘中的某一按键按下时,lcd1602上显示对应的键号。
例口，1号键按下时，数码管显示“1”；2号键按下时,数码管显示“2”等等。
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计，LED实时显示按键信息，采用软伴扁程的方法实现按键信息的提职和显示。
电子技术应用方向，单片机应用。
可以实现两位数的输入，及修改.每位可以是1—f的任意位输人。
[2］
我们先读懂了书上的参考程序,掌握了LCD液晶显示器的功能及使用方法。
在此基础上，对源程序进行改编,加工，填入了能满足实验要求的子程序。
通过调用这些子程序，最终使我们的程序实现我们要求的功能。
我们对每个子程序进行了详细的分析和编写，在确定方案之后,我们对每个程序进行了单独的调试，并在综合起来之后进行了系统的仿真,解决意料之外的问题比如LCD的显示,4＊4矩阵键盘触碰无反应问题等等，最终实现了基本的操作功能。
三、设计原理分析
AT89C52：
AT89C52为8位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52相同，其主要用于会聚调整时的功能控制.功能包括对会聚主IC内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等.
主要管脚有：
XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）为振荡器输入输出端口,外接12MHz晶振。
RST/Vpd（9脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路.
VCC（40脚）和VSS（20脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。
P0～P3为可编程通用I/O脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0端口（32～39脚）被定义为N1功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接,13脚定义为IR输入端,10脚和11脚定义为I2C总线控制端口,分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12脚、27脚及28脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU的相应功能端,用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。
P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。
作为输出口用时，每位能吸收电流的
方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。
在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。
在Flash编程时，P0口接收指令字节,而在程序校验时，输出指令字节，校验时,要求外接上拉电阻。
P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。
对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口.作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）.
与AT89C51不同之处是，P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX）,
引脚号
功能特性
P1。
0
T2，时钟输出
P1.1
T2EX（定时/计数器2
表2-1P1。
0和P1.1的第二功能
P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路.对端口P2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）.
在访问外部程序存储器或16位地数据存储器（例如执行MOVX@DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据.在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX＠RI指令）时，P2口输出P2锁存器的内容。
Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。
P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口.P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。
对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。
此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。
P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能,P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号.[3］
respack:
排阻接在51单片机的P0口，因为P0口内部没有上拉电阻，不能输出高电平，所以要接上拉电阻.排阻就是好多电阻连载一起，他们有一个公共端.1端为公共端接VCC或地,看是上拉还是下拉,其他接要操作的端口。
.
排阻通常都有一个公共端,在封装表面用一个小白点表示.其颜色通常为黑色或黄色。
排阻一般应用在数字电路上，比如:
作为某个并行口的上拉或者下拉电阻用。
使用排阻比用若干只固定电阻更方便。
［3]
Lcd1602：
1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。
它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义CGRAM,显示效果也不好）。
［4]
1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。
［5］
1602采用标准的16脚接口，其中：
第1引脚：
GND为电源地。
第2引脚:
VCC接5V电源正极.
第3引脚：
V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱,接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。
第4引脚：
RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。
第5引脚：
RW为读写信号线，高电平
（1）时进行读操作,低电平（0）时进行写操作。
第6引脚：
E（或EN）端为使能（enable）端,高电平
（1）时读取信息，负跳变时执行指令.
第7~14引脚：
D0~D7为8位双向数据端。
第15～16脚：
空脚或背灯电源。
第15引脚背光正极，第16引脚背光负极.
四、具体电路实现
把一个多功能的复杂程序划分为若干简单的，功能单一的程序模块，各程序模块完成明确的任务,实现某个具体功能，再具体需要时调用相应的模块即可。
4、1.矩阵键盘
矩阵键盘又称为行列式键盘，它是用4条I/O线作为行线，4条I/O线作为列线组成的键盘。
在行线和列线的每一个交叉点上，设置一个按键。
这样键盘中按键的个数是4×4个。
这种行列式键盘结构能够有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。
图4—1矩阵键盘
4、2.AT89C52
AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。
其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起,特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本.
图4—2AT89C52引脚图
4、3.LCD1602液晶
1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：
阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号等，显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，下图为功能令.
RS
R/W
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
说明
清显示
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
将DDRAM填满"20H",并且设定DDRAM的地址计数器（AC）到"00H”
归位
0
0
0
0
0
0
0
0
1
*
设定DDRAM的地址计数器（AC）到"00H”，并且将游标移到开头原点位置；这个指令不改变DDRAM的内容
进入模式设置指令
0
0
0
0
0
0
0
1
I/D
S
I/D=1，光标或闪烁向右移动，AC增加1.I/D=0，光标或闪烁向左移动，AC减少1，S整个显示移动
显示开关控制指令
0
0
0
0
0
0
1
D
C
B
[D=1:
整体显示ON]，［C=1：
游标ON]，[B=1:
游标位置反白允许］
光标或显示移位指令
0
0
0
0
0
1
S/C
R/L
＊
*
光标或显示移位指令可使光标或显示在没有读写数据的情况下，向左或向右移动,指令不改变DDRAM的内容
功能设定
0
0
0
0
1
DL
N
F
＊
*
[DL=0/1:
4/8位数据］,[N=0/1,单行/双行显示],[F=0/1，5*8/5*10点阵显示模式]
设置CGRAM地址
0
0
0
1
AC5
AC4
AC3
AC2
AC1
AC0
CGRAM地址设置指令设置CGRAM地址指针,
设定DDRAM地址
0
0
1
0
AC5
AC4
AC3
AC2
AC1
AC0
DDRAM地址设置指令设置DDRAM地址。
一行地址范围00H～4FH，两行DDRAM地址第一行00H~27H，第二行40H～67H，加上高2位，[一行：
80H－A7H]，［二行：
C0H－E7H］
读忙标志和地址
0
1
BF
AC6
AC5
AC4
AC3
AC2
AC1
AC0
BF：
忙标志位,BF=1，模块正在进行内部操作,此时模块不接受任何外部指令和数据。
BF=0,模块可以接受外部的指令和数据;同时可以读出地址计数器（AC）的值。
写RAM指令
1
0
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
将数据D7-D0写入到内部的RAM（DDRAM/CGRAM/IRAM/GRAM），将用户自定义的字符写入CGRAM中，D7~D5为000,D4～D0为5点的字模数据
表4-1指令码
实验流程图如下
N
Y
五、总结和体会
通过了本次的课程设计，我们成功的将课堂上学习的知识通过软件仿真出来，通过运用课堂上学习到的分析元器件的方法,我们学会了LCD的使用。
我们也学会如何使用proteus和keil联合进行单片机系统的程序调试及仿真开发。
这些实践大大地加深了我们对单片机使用过程的理解,也让我们对单片机程序的编程更加熟悉。
虽然在这个过程中也遇到了一些无法预料到的的困难，但是经过学习和讨论，我们都将其一一克服。
总之，经过这次的研究性教学，我们不仅加深了Proteus仿真软件的了解和使用,还学到了许多课本上没有涉及知识,练习了电路原理图的设计和仿真运行，同时对本学期学习的单片机课程进行了一次全面的复习和巩固，收益很大。
【参考文献】
[1]赵嘉蔚，张家栋，霍凯,肖燕彩.单片机原理与接口技术。
清华大学出版社
[2]朱大奇，李念强。
单片机原理、接口及应用。
南京大学出版社
[3]胡汉才。
单片机原理及其接口技术（第二版）。
清华大学出版社
[4]张家田。
液晶显示器件应用技术.机械工业出版社，
[5]刘法治。
常用电子元器件及典型芯片的应用技术。
机械工业出版社
【附件】实验程序:
#include〈REG51.h>
＃defineucharunsignedchar
＃defineuintunsignedint
sbitrs=P2^4;
sbitlcden=P2^5;
sbitsetting=P3^0;
ucharlocation=0;
ucharnum,NUM1；
charKEY;
ucharcodetable[]="DISPLAY”;
ucharcodetable1［]="";
unsignedcharcodea［］={0xFE，0xFD,0xFB,0xF7｝;
voiddelay（uintz）
{
uintx，y；
for（x=z;x>0；x--）
for（y=110；y>0；y-—）;
}
voidwrite_com（ucharcom）
{
rs=0;
lcden=0；
P0=com；
delay（5）；
lcden=1;
delay（5）;
lcden=0；
}
voidwrite_date（uchardate）
｛
rs=1；
lcden=0;
P0=date；
delay（5）；
lcden=1；
delay（5）；
lcden=0；
}
voidinit（）
｛
write_com（0x38）;
write_com（0x0c）;
write_com（0x06）;
write_com（0x01）；
write_com（0x80）;
for（num=0；num<15；num++）
｛
write_date（table［num］）；
delay（5）；
}
write_com（0x80+0x40）；
for（num=0；num〈12;num++）
{
write_date（table1[num］）；
delay（5）;
}
write_com（0x80）;
write_date（’'）；
}
unsignedcharcoding（unsignedcharm）
{
unsignedchark;
switch（m）
｛
case（0x18）：
k='f';break;
case（0x28）：
k=’e';break；
case（0x48）:
k='d'；break；
case（0x88）:
k=’c’;break;
case（0x14）：
k=’b';break;
case（0x24）:
k='a’；break;
case（0x44）:
k='9’;break；
case（0x84）：
k=’8';break;
case（0x12）：
k='7’;break；
case（0x22）:
k=’6'；break；
case（0x42）:
k='5’;break;
case（0x82）:
k=’4';break；
case（0x11）:
k='3';break;
case（0x21）:
k=’2’;break；
case（0x41）:
k=’1'；break；
case（0x81）：
k='0';break；
｝
return（k）；
}
//=====================按键检测并返回按键值==========================
unsignedcharkeynum（void）
{
unsignedcharrow，col，i；
P1=0xf0;
setting=1；
if（（P1&0xf0）！
=0xf0）
｛
delay（20）;
if（（P1＆0xf0）!
=0xf0）
{
row=P1^0xf0;//确定行线
i=0;
P1=a［i］；//精确定位
while（i<4）
｛
if（（P1&0xf0）!
=0xf0）
｛
col=～（P1&0xff）;//确定列线
break;//已定位后提前退出
}
else
｛
i++；
P1=a[i］；
｝
}
｝
else
{
return0；
}
while（（P1＆0xf0）！
=0xf0）；
return（row|col）；//行线与列线组合后返回
｝
elseif（setting==0）
{
delay（150）；
if（setting==0）
｛
if（location==0）
｛
write_com（0x0f）;//开闪烁
write_com（0x80+0x46）；
}
elseif（location==1）
{
write_com（0x0f）；//开闪烁
write_com（0x80+0x47）；
｝
elseif（location==2）
{
write_com（0x80+0x47）；
write_com（0x0c）；//开闪烁
｝
location++；
if（location〉=3）
location=0；
}
return0;
}
else
return0；//无键按下时返回0
｝
voidmain（void）
{
init（）;
while
（1）
｛
KEY=keynum（）;
if（KEY!
=0）
{
NUM1=coding（KEY）；
if（location==1）
{
write_com（0x80+0x46）；
write_date（NUM1）;
write_com（0x80+0x46）；
}
elseif（location==2）
{
write_com（0x80+0x47）；
write_date（NUM1）;
write_com（0x80+0x47）；
｝
｝
}
}
仿真图：
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