基于AT89C51单片机键盘控制动态显示器设计.docx

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基于AT89C51单片机键盘控制动态显示器设计

键盘控制动态显示器

目录

摘要-----------------------------------------------------------------------------------------3

关键字--------------------------------------------------------------------------------------3

第一章绪论-------------------------------------------------------------------------------4

1.1课题简介---------------------------------------------------------------------------4

1.2系统功能要求---------------------------------------------------------------------4

1.3技术指标----------------------------------------------------------------------------4

第二章方案论证及硬件设计----------------------------------------------------------5

2.1方案论证---------------------------------------------------------------------------5

2.2单片机简介------------------------------------------------------------------------5

2.2.1MSC-51系列单片机简介-------------------------------------------------------6

2.2.2MSC-51系列单片机内部结构-----------------------------------------------7

2.2.3MSC-51系列单片引脚及其功能----------------------------------------------8

2.3键盘部分--------------------------------------------------------------------------9

2.4LED显示器简介----------------------------------------------------------------10

2.5电路工作过程---------------------------------------------------------------------10

第三章键盘控制电路原理图----------------------------------------------------------11

3.1硬件框图---------------------------------------------------------------------------11

3.2电路原理图------------------------------------------------------------------------12

第四章软件设计-------------------------------------------------------------------------13

4.1键盘扫描、按键判断程序------------------------------------------------------13

4.2显示子程序------------------------------------------------------------------------13

4.3程序框图----------------------------------------------------------------------------15

4.4完整的源程序---------------------------------------------------------------------16

第五章检测与调试--------------------------------------------------------19

5.1硬件调试---------------------------------------------------------------------------19

5.2软件调试---------------------------------------------------------------------------19

第六章元器件清单----------------------------------------------------------------------20

第七章心得体会-------------------------------------------------------------------------21

第八章参考文献-------------------------------------------------------------------------23

键盘控制动态显示器

摘要

随着现代化信息,技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现,单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益的更新。

在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，单片机的发展越来越快，由于单片机具有体积小，重量轻，价格便宜，功耗小，控制能力强及运算速度快等特点，因而在国民经济建设，军事及家用电器等各个领域的到了广泛的运用。

但仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。

在单片机应用系统中，键盘往往是必不可少的输入设备。

键盘已成为人们日常生活中必不可少是必需品，广泛用于电脑、手机以及银行电话等，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。

利用键盘可以输入数据，单片机根据指令来完成指定的功能。

键盘控制动态显示器是利用家盘的简单输入在指定的程序下完成指令的任务。

本产品的主要功能是利用键盘输入在显示器上从左到右依次移位显示指定的数字。

如有输入错误，按S10一位一位删除。

按S12则全部删除。

关键词：

键盘单片机8051位控制8位LED显示器

第一章绪论

1.1课题简介

该产品介绍一个采用8051单片机芯片制作的“键盘控制动态显示器”，该LED数码管显示电路采用动态显示方式，并用八位数码管显示。

该电路采用8051单片机，使用5V电池供电（亦可使用桥式整流电路和变压器将交流电转化为直流电），其具有电路简单、制作容易、设置方便、使用灵活等优点。

1.2系统功能要求

1、本电路采用的内部振荡器方式，晶体振荡频率为6MHz，具有较高的频率稳定性。

2、当按下一个键时，则会在显示器上显示那个键所对应的数字。

3、 本电路允许用户随时改按键输入设置新的参数。

按最后一行的第一个键，则是一位一位删除，最后一个键则是全部删除。

4、本电路的外接电源可用5V直流电池电源，亦可将交流电压转变为直流电，简单方便。

使用中应谨慎，避免硬件设施被烧坏。

1.3技术指标

R0=（5-1.8）V/（5～12）mA=267～640Ω

R1=R2=R3=R4=R5=R6=R7=510Ω

R8=R9=R10=R11=R12=R13=R14=R15=R16=1KΩ

电阻具体位置详见图（3.2）

第二章方案论证及硬件设计

2．1方案论证：

为了达到本次设计的要求，有众多方法可以选择，如：

运用电子电路设计就是其中一种。

采用大量门元件组成显示器电路，但因条件有限，再加上其十分烦琐、焊接复杂、精度不高，达不到本次设计的目的，故不采用。

为了达到实现LED显示器的数字显示，可采用动态显示法和静态显示法。

由于静态显示法需要数据锁存器等硬件，接口又稍微复杂一些，而本身此次设计键盘动态显示只有八位，并且系统本身又没有其它什么繁重的处理任务，所以决定采用动态扫描法实现LED的显示。

设计中单片机采用容易购买的8051系列，单片机就具有足够的空余硬件资源实现其它的扩展功能，如果考虑到要采用电池供电的话，则可采用其它适合型号的单片机。

在软件方面，通过程序的编制，可以很快的通过运用伟福软件进行修改，大大的提高了工作效率，程序灌输也很迅速。

单片微型计算机作为微型计算机发展的一个分支，十几年发展十分迅速。

由于单片机具有可靠性高，体积小，功耗低，环境适应性强，成本低和容易产品化等从上面几种方案可以看出，利用单片机所设计的键盘控制显示器要比采用电子电路所设计的显示器有明显的优越性。

利用8051单片机控制的硬件电路比较简单，软件方面程序也不复杂。

因此制作原理简单，可在功能作用上要比电子电路设计的显示器精确广泛，方便小巧又通俗易懂。

现在的产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求单片机除了功能强和功耗低外，还要求其体积要小。

现在的许多单片机都具有多种封装形式，其中SMD（表面封装）越来越受欢迎，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。

单片机在智能仪器，仪表，工业实时控制，智能终端，通信设备，医疗器械，汽车电器，导航系统和家用电器等领域有着广泛的用途。

而数字集成电路，由于系统内部结构复杂，硬件庞大，价格高，功能不灵活，所以在处理速度，应用领域等方面远不及单片机好。

单片机正在取代各种类型的传统电子产品，只要一个单片机就能起到使各类产品升级换代的功效，它不仅能构成简单的应用系统，而且更适合于各类复杂的要求较高的实时应用系统。

MCS-51系列单片机的推广应用进一步促进了我国工业技术的改造以及其他领域的技术更新，向全自动化，小型化，智能化方向方向迈进。

单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。

原来必须由模拟电路，数字电路实现的大部分功能，现在已经通过单片机由软件方法来实现了。

所以，本显示器的核心部件就是单片机在本次设计采用单片机设计中，动态扫描显示法又有静态扫描法无法比拟的优点，故本次设计采用了以8051为核心，利用其外部电路和数码管的动态扫描的设计思想。

随着社会科技文化的发展，电子、电脑技术的不断提高。

许多电路都有了不同的设计方案及连接方法。

相同的产品用不同的也能用不同的原理去制成。

键盘控制显示器的设计方法有多种，例如，可用中小规模集成电路组成芯片配以显示电路及其所需要的外围电路组成显示器；还可以利用单片机来实现显示器等等。

这些方法都各有特点，其中，利用单片机实现的显示器具有编程灵活，便于显示器功能的扩充，即可用该显示器发出各种控制信号，精确度高等优点。

单片机应用于键盘控制显示器的主要优点：

1．电路简单模拟电路为了实现控制逻辑需要许多电子器件，采用微处理器件后，绝大多数逻辑可以通过软件实行。

2．具有灵活性和适应性微处理器的控制方式是由软件完成的，如果需要修改控制规律，一般不必改变系统的硬件电路，只要修改程序即可。

3．能够实现比较复杂的控制微处理器有更强的逻辑功能，运算速度快，精度高，有大容量存储单元，因此，有能力实现复杂的控制。

4．无零漂，控制精度高数字控制不会出现模拟电路中经常遇到的零点漂移问题，可以保证足够的控制精度。

本方案的特点比教明显⑴可靠性高、⑵性能价格比高、⑶操作简便、⑷采用8051单片机系统相对的比其他的集成化程度更高。

用电路方案使得电路的焊接就显得非常困难。

在短期的实践中就会显得比较仓促。

更重要的一点就是当今社会的发展趋势是更趋向于高度的集成化。

所以我选择了单片机控制动态管显示电路。

这个方案不仅电路较简单，也更符合发展的趋势，将高度的集成化融入实践中更具实际意义。

2.2单片机简介

单片微型计算机简称单片机,指集成在一块芯片上的计算机，具有结构简单、控制功能强、可靠性高体积小和价格低等优点，在航空航天地质石油冶金采矿和机械电子等领域都发挥了巨大作用。

单片机是把中央处理器CPU、存储器、定时器I/O端口电路等一些计算机的主要功能部件集成在一块电路芯片上的微型计算机。

单片机的应用主要基于其控制功能，由于单片机具有集成度高、体积小、可靠性高、价格低和易实现产品化等特点，特别适合应用于测量和控制领域，可分为单片应用和多机应用，归纳其来可分为以下机方面：

1智能化仪器仪表中的应用

2工业测量控制中的应用

3在交通、军事、计算机网络和通信技术领域中的应用

4保安报警、办公自动化领域的应用

5日常生活和家用电器领域的应用

2.2.1MSC-51系列单片机简介

MSC-51系列单片机是英特尔公司于1980年起推出的第二代产品。

与8084相比，8051的硬件结构和指令系统均有很大改进，可支持更大的存贮空间，扩充了更多的硬件功能I/O功能，速度提高了2-5倍，可完成逻辑运算等。

近年来推出的一些增强的MSC-51系统单片机，片内还集成了许多特殊功能单元，只需要加一些扩展电路及必要的通道接口即可构成各种计算机应用系统。

因此，MSC-51系统单片机在智能仪表、智能接口、功能模块等领域得到了非常广泛的应用。

主要技术特性：

①适于控制应用的8位CPU。

②扩展的逻辑处理能力。

③64K程序存贮器空间和64K数据存贮器空间。

④4KB片内程序存贮器。

⑤128B片内数据RAM。

⑥32根双向和可单独寻址的输入输出线。

⑦2个16位定时/计数器，片内时钟发生器。

⑧全双工异步发送/接收器。

⑨6源5向量中断结构，具有两个优先级。

2.2.2MCS-51单片机内部结构

在MCS-51系列里，所有产品都是以8051为核心电路发展起来的，它们都具有8051基本结构和软件特征。

从制造工艺来看，MCS-51系列中的器件基本上可分为HMOS和CMOS两类。

CMOS器件的特点是电流小和功耗低但对电平要求高，HMOS对电平要求低，但功耗大。

8051单片机内部包含了作为微型计算机所必须的基本功能部件，各部件相互独立融为一体，集成在同一块芯片上。

8051内部结构划分为CPU、存储器、I/O端口、定时器/计数器、中断系统和时钟电路。

1.CPU结构

8051内部CPU是两个字长为2进制8位的中央处理单元，也就是说它对数据的处理是按字节为单元进行的。

和微机计算机CPU类似，8051内部CPU也是由算术逻辑部件、控制器和专用寄存器组三部分电路组成。

2.片内ROM存储器

8031内部没有ROM存储器，只有8051才有4KBROM存储器，地址范围为0000H~0FFFFH。

无论是8031还是8051，都可以外接外部ROM，但片内和片外之和不能超过64KB，8051有64KBROM的寻址区，其中0000~0FFFH的4KB地址区可以为片内ROM和片外ROM公用，1000H~FFFFH的60KB地址区为片外ROM所专用。

在0000H~0FFFH的4KB地址区，片内ROM可以占用，片外ROMROM可以占用，但不能为两者同时占用。

为了指示机器的这种占用，器件设计者为用户提供了一条专用的控制引脚EA。

若EA接+5V，则机器使用片内4KBROM；若EA接低电平，则机器自动使用片外ROM，由于8031内无ROM，古它EA应接地。

3.片内RAM存储器

RAM存储器主要用来存放数据，故它又称为数据存储器。

MCS-51的RAM存储器有片内和片外之分：

片内RAM共128个，地址范围为00H~7FH；片外RAM共有64KB，地址范围为0000H~FFFFH。

因此，MCS-51的RAM的实际存储容量超过64KB，片内RAM的地址范围00H~FFH和片外RAM的地址范围0000H~00FFH实际上是同一个地址范围的两种不同表示方法。

为了指示机器到片内RAM寻址还是到片外RAM寻址，单片机期间设计者为用户提供了两类不同的传送指令：

MOV指令用于片内00H~FFH范围内的寻址，MOVX指令用于片外0000H~FFFFH范围内的寻址。

片内RAM共有128字节，分为工作寄存器区（00H~1FH）、位寻址区（20H~2FH）和便笺区（30H~7FH）。

4.定时器/计数器

8051内部有两个16位可编程序的定时器/计数器，命名为T0和T1。

T0由两个8位寄存器TH0，和TL0拼装而成，其中TH0为高8位，TL0为低8位。

和T0相同，T1也由TH1和TL1拼装而成，其中TH1为高8位，TL1为低8位。

TH0、TL0、TH1、TL1均为特殊功能寄存器中的一个，用户可以通过指令对它们存取数据。

5.I/O端口

MCS-51单片机共有4个8位的I/O端口（P0、P1、P2和P3），I/O端口是MCS-51单片机对外部实现控制和信息交换的必经之路，是一个过渡的集成电路，用于信息传送过程中的速度匹配和增强它的负载能力。

I/O端口有串行和并行之分，串行I/O口一次只能传送一位二进制信息，并行I/O口一次可以传送一组二进制信息。

（1）并行I/O端口

8051有4个8位的I/O端口（P0、P1、P2和P3），在这四个并行I/O端口中，每个端口都有双向I/O口功能，即CPU既可以从四个并行I/O端口中的任何一个输出数据，又可以从那里输入数据。

每个I/O端口内部都有一个8位数据输出锁存器和一个8位数据输入缓冲器，四个数据输出锁存器和端口号P0、P1、P2、P3同名，皆为特殊功能寄存器SFR中的一个。

因此，CPU数据从并行I/O端口输入时可以得到琐存，数据输入时可以得到缓冲。

（2）串行I/O端口

8051有一个全双工的串行口，实现单片机和其它设备之间的串行数据传送。

5.中断系统

计算机中的中断是指CPU暂停原程序执行转而为外部设备服务，并在服务完后到原程序执行的过程。

中断系统是指能够处理上述中断过程所需要的那部分电路。

6.时钟电路

MCS-51单片机内部有时钟电路，但石英晶体和微调电容需外接。

时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列，系统的晶振频率一般为6MHZ或12MHZ。

2.2.3MCS-51单片机引脚及其功能

MCS-51单片机共有40个信号引脚,有双列直插式封装和方型封装（44个引脚,其中4个引脚不用）两种封装方式,下面以标准的40引脚双列直插式集成电路芯片（8051）为例介绍引脚及其功能.

1电源引脚

VCC（40脚）:

电源端,为+5V。

VSS（20脚）:

接地端。

2时钟电路引脚

XTAL2（18脚）：

接外部晶体和微调电容的一端，是单片机内部震荡电路反相放大器的输出端，其震荡频率为晶体固有频率。

若采用外部时钟电路时，该引脚输入外部时钟脉冲。

XTAL1（19脚）：

接外部晶体和微调电容的另一端，是单片机内部震荡电路反相放大器的输入端。

在采用外部时钟时，该引脚必须接地。

3控制信号引脚

RST（9脚）：

RST是复位信号输入端，高电平有效。

当RST引脚保持两个机器周期（24个时钟震荡周期）的高电平时，就可以完成复位操作。

RST引脚的地二功能是备用电源的输入端，当主电源发生故障，降低到规定的低电平时，+5V电源自动接入RST端，为系统提供备用电源，保证复位后能继续正常运行。

ALE（30脚）：

地址锁存允许信号端。

当系统正常工作后，ALE引脚不断输出脉冲信号，CPU访问片外存储器时，ALE输出信号做为锁存低8位地址的控制信号。

ALE端负载驱动能力为8个LS型TTL负载。

此引脚的第二个功能PROG在对片内带有4KBEPROM的8751写入编程（固化程序）时，作为编程脉冲输入端。

PSEN（29脚）：

程序存储允许输出信号端。

在访问片外程序存储器时，此引脚定时输出脉冲作为片外程序存储器的选通信号。

PSEN端同样可驱动8个LS型TTL负载。

EA（31脚）：

外部程序存储器地址选通信号端。

当EA引脚接高电平时，CPU访问片内程序存储器，当PC（程序计数器）值超过0FFFH（4KB）时，将自动转去访问片外程序存储器。

当EA引脚接低电平时，CPU访问外部程序存储器。

对于片内程序存储器的8031等，需外扩EPROM。

4.输入/输出端口

P0端口（P0.0~P0.7，39~32脚）

P1端口（P1.0~P1.7，1~8脚）

P2端口（P2.0~P27，21~28脚）

P3端口（P3.0~P3.7，10~17脚）

2.3键盘部分：

1．键盘输入原理：

当所设置的功能或数字键按下时，计算机应用系统应该完成按键所设定的功能。

键的相信输入是与软件结构密切相关的过程。

对于一个讲盘，总有一个接口电路与CPU相连。

CPU可以采用查询中断的方式了解有无键输入并检查是哪一个键按下。

将键号送入累加器A，然后通过数据指令转入执行该键的功能程序，执行完后又转回到原始状态。

2．键盘消抖：

由于弹性作用，机械触点在键闭合及断开时会产生抖动，使键输入电压也产生抖动。

为了让系统认定键的一次键输入处理，必须进行消抖。

消抖有硬件消抖和软件消抖两种方法。

其中硬件消抖包括双稳态消抖和滤波消抖。

在第一次检测到有键按下时，执行一段延时10ms的子程序后，再确认键电平是否保持闭合状态，电平如果保持闭合状态，则确认真正有键按下，从而消除了抖动的影响。

2.4LED显示器简介

LED是发光二极管的缩写，LED显示器由若干个发光二极管构成的，当发光二极管导通时，显示对应的字符。

LED显示器由于结构简、单价格便宜、体积小、宽度高、电压低、可靠性高、寿命长、响应速度快、颜色鲜艳（有红、黄、绿、蓝等）、配置灵活、与单片机接口方便而得到广泛使用。

LED显示器由7个发光二极管组成，也成为7段显示器，排列形状如图a所示。

LED显示器还有一个圆点型的发光二极管，用于显示小数点，有时也成为8段LED显示器。

LED显示器的发光二极管有共阴极和共阳极两种接法。

共阴极接法，各发光二极管的阴极连在一起并接地，当某一发光二极管的阳极输入高电平时，则该段发光；图b为共阳极接法，各发光二极管的阳极连在一起并接+5V，当阴极输入低电平时，该段发光二极管发光。

（a）（b）

图（2.4）

本次设计采用LED动态显示方式，所谓动态显示是一位一位轮流点亮每位显示器，在同一时刻只有一位显示器在工作（点亮），但由于人眼的视觉暂留效应和发光二极管熄灭时的余辉，将出现多个字符“同时”显示的现象。

为了实现LED显示器的动态显示，通常将所有位的字型控制线并联在一起，由一个8位I/O接控制，将每一位LED显示器是字位控制线分别由相应的I/O接口控制，实现各位的分时选通。

2.5电路工作过程：

本电路采用的是8051单片机，八位LED显示数码管，故采用LED显示器的动态显示方式（为了简化电路）。

P0口输出段码数据，P0.0~P0.6口作为扫描输出，P1口为输入口。

P2口控制位。

为了给LED数码管提供足够的驱动电流，用三极管9012作电源的驱动输出。

SET为复位操作键,在此接10UF电解电容，按键开关和10K电阻，实现复位操作。

外接晶体引脚XTAL1和XTAL2分别接石英晶体6MHz两端，再并联2个30Pf电容接地，它是单片机的反相放大器的输入和输出端，构成了片内振荡器。

访问片内程序存储器的控制信号时需在EA/VP上接上+5V电源，因为当它为高电平时，单片机访问片内