非编码键盘的扫描程序设计.docx

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　　　　　　武汉理工大学《计算机控制技术》课程设计说明书　　目录　　1设计任务及要求......................................................................................1　　初始条件........................................................................................1要求完成的主要任务....................................................................12方案比较及认证......................................................................................13键盘扫描原理..........................................................................................34系统硬件设计..........................................................................................4　　选用元器件....................................................................................4　　8031单片机.........................................................................48155芯片.............................................................................7硬件电路.....................................................................................10　　矩阵式键盘电路................................................................10时钟电路和复位电路........................................................11非编码键盘的总电路........................................................12　　5系统软件设计........................................................................................13　　软件思想......................................................................................13程序流程图.................................................................................14源程序..........................................................................................156调试记录及结果分析...........................................................................18心得体会...................................................................................................19

　　　　　　武汉理工大学《计算机控制技术》课程设计说明书　　下。

　　识别具体按键的方法：

首先逐列置零电平，其余各列置为高电平，然后检查各行线电平的变化，如果某行电平高电平变为零电平，则可确定此行此列交叉点处的按键被按下。

　　4系统硬件设计　　选用元器件　　8031单片机　　8031单片机共有40条引脚，其中有2条专用于主电源的引脚，2条外接晶体的引脚，4条控制或与其它电源复用的引脚，32条输入/输出引脚。

其引脚图如图4-1所示。

　　图4-18031单片机引脚图　　下面按其引脚功能分为四部分叙述这40条引脚的功能。

主电源引脚VCC和VSSVCC——接+5V电压；VSS——接地。

　　外接晶体引脚XTAL1和XTAL2　　XTAL1接外部晶体的一个引脚。

在单片机内部，它是一个反相放大　　4　　武汉理工大学《计算机控制技术》课程设计说明书　　器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。

当采用外部振荡器时，对HMOS单片机，此引脚应接地；对CHMOS单片机，此引脚作为驱动端。

　　XTAL2接外晶体的另一端。

在单片机内部，接至上述振荡器的反相放大器的输出端。

采用外部振荡器时，对HMOS单片机，该引脚接外部振荡器的信号，即把外部振荡器的信号直接接到内部时钟发生器的输入端；对XHMOS，此引脚应悬浮。

　　控制或与其它电源复用引脚RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP①RST/VPD当振荡器运行时，在此脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。

推荐在此引脚与VSS引脚之间连接一个约的下拉电阻，与VCC引脚之间连接一个约10μF的电容，以保证可靠地复位。

　　VCC掉电期间，此引脚可接上备用电源，以保证内部RAM的数据不丢失。

当VCC主电源下掉到低于规定的电平，而VPD在其规定的电压范围内，VPD就向内部RAM提供备用电源。

　　②ALE/PROG：

当访问外部存贮器时，ALE的输出用于锁存地址的低位字节。

即使不访问外部存储器，ALE端仍以不变的频率周期性地出现正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。

然而要注意的是，每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

ALE端可以驱动8个LS型的TTL输入电路。

　　对于EPROM单片机，在EPROM编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

　　③PSEN：

此脚的输出是外部程序存储器的读选通信号。

在从外部程序存储器取指令期间，每个机器周期两次PSEN有效。

但在此期间，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。

PSEN同样可以驱动8个LS型的TTL输入。

　　④EA/VPP：

当EA端保持高电平时，访问内部程序存储器，但在PC值超过0FFFH或1FFFH时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。

当EA保持低电平时，则只访问外部程序存储器，不管是否有内部程序存储器。

对于常用的8031来说，无内部　　　　5　　武汉理工大学《计算机控制技术》课程设计说明书　　程序存储器，所以EA脚必须常接地，这样才能只选择外部程序存储器。

　　对于EPROM型的单片机，在EPROM编程期间，此引脚也用于施加21V的编程电源。

　　输入/输出引脚P0、P1、P2、P3　　①P0口：

是双向8位三态I/O口，在外接存储器时，与地址总线的低8位及数据总线复用，能以吸收电流的方式驱动8个LS型的TTL负载。

　　②P1口：

是准双向8位I/O口。

于这种接口输出没有高阻状态，输入也不能锁存，故不是真正的双向I/O口。

P1口能驱动4个LS型的TTL负载。

对8052、8032，引脚的第二功能为T2定时/计数器的外部输入，引脚的第二功能为T2EX捕捉、重装触发，即T2的外部控制端。

对EPROM编程和程序验证时，它接收低8位地址。

　　③P2口：

是准双向8位I/O口。

在访问外部存储器时，它可以作为扩展电路高8位地址总线送出高8位地址。

在对EPROM编程和程序验证期间，它接收高8位地址。

P2可以驱动4个LS型的TTL负载。

　　④P3口：

是准双向8位I/O口，在MCS-51中，这8个引脚还用于专门功能，是复用双功能口。

P3能驱动4个LS型的TTL负载。

　　作为第一功能使用时，就作为普通I/O口用，功能和操作方法与P1口相同。

作为第二功能使用时，各引脚的定义如表4-1所示。

P3口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入输出或第二功能。

　　　　表4-1P3各口线的第二功能定义　　　　6　　武汉理工大学《计算机控制技术》课程设计说明书　　口线　　引脚1011121314151617第二功能RXDTXDINT0INT1T0T1WRRD8155芯片　　8155芯片是为8086系列微机开发出的系列通用可编程I/O接口芯片。

8155不仅可以提供三个并行的I/O端口，在其内部还集成有256个字节的RAM存储空间、一个14位的定时/计数器，因此非常适合与MCS-51单片机连接实现系统功能的扩展。

　　8155的引脚图如图4-2所示：

　　图4-28155引脚图　　　　8155各引脚功能说明如下：

　　　　7　　武汉理工大学《计算机控制技术》课程设计说明书　　RST：

复位信号输入端，高电平有效。

复位后，3个I/O口均为输入方式。

　　AD0～AD7：

三态的地址/数据总线。

与单片机的低8位地址/数据总线相连。

单片机与8155之间的地址、数据、命令与状态信息都是通过这个总线口传送的。

　　RD：

读选通信号，控制对8155的读操作，低电平有效。

WR：

写选通信号，控制对8155的写操作，低电平有效。

CE：

片选信号线，低电平有效。

　　IO/M：

8155的RAM存储器或I/O口选择线。

当IO/M＝0时，则选择8155的片内RAM，AD0～AD7上地址为8155中RAM单元的地址；当IO/M＝1时，选择8155的I/O口，AD0～AD7上的地址为8155I/O口的地址。

　　ALE：

地址锁存信号。

8155内部设有地址锁存器，在ALE的下降沿将单片机P0口输出的低8位地址信息及，IO/的状态都锁存到8155内部锁存器。

因此，P0口输出的低8位地址信号不需外接锁存器。

　　PA0～PA7：

8位通用I/O口，其输入、输出的流向可程序控制。

PB0～PB7：

8位通用I/O口，功能同A口。

　　PC0～PC5：

有两个作用，既可作为通用的I/O口，也可作为PA口和PB口的控制信号线，这些可通过程序控制。

　　TIMERIN：

定时/计数器脉冲输入端。

TIMEROUT：

定时/计数器输出端。

VCC：

＋5V电源。

　　8155的地址编码及工作方式　　在单片机应用系统中，8155是按外部数据存储器统一编址的，为16位地址，其高8位片选线提供，CE＝0，选中该片。

　　当CE＝0，IO/M＝0时，选中8155片内RAM，这时8155只能作片外RAM使用，其RAM的低8位编址为00H～FFH；当CE＝0，IO/M＝1时，选中8155的I/O口，其端口地址的低8位AD7～AD0确定，如表4-2所示。

　　8

　　　　　　武汉理工大学《计算机控制技术》课程设计说明书　　这时，A、B、C口的口地址低8位分别为01H、02H、03H。

表4-28155芯片的I/O口地址CE0000000IO/M1111110A7-A3XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXA2A1A0000001010011100101XXX所选端口命令/状态寄存器A口B口C口计数器低8位计数器高8位RAM单元8155的A口、B口可工作于基本I/O方式或选通I/O方式。

C口可工作于基本I/O方式，也可作为A口、B口在选通工作方式时的状态控制信号线。

当C口作为状态控制信号时，其每位线的作用如下：

PC0：

AINTRPC1：

ABFPC2：

ASTBPC3：

BINTRPC4：

BBFPC5：

BSTB8155的I/O工作方式选择是通过对8155内部命令寄存器设定控制字实现的。

命令寄存器只能写入，不能读出，命令寄存器的格式如图4-3所示。

TM2TM1IEBIEAPC2PC1PBPA图4-38155命令寄存器的格式PB、PA:

A、B口工作方式：

0输入；1输出。

PC2、PC1:

C口工作方式：

00ALT1；01ALT2；10ALT3；11ALT4。

　　9　　武汉理工大学《计算机控制技术》课程设计说明书　　IEBIEA:

A、B口中断允许位：

0禁止中断；1允许中断。

　　TM2TM1:

计数器工作方式：

00无操作；01停止计数；10计满后停止；11开始计数。

　　在ALT1～ALT4的不同方式下，A口、B口及C口的各位工作方式如下：

ALT1：

A口，B口为基本输入/输出，C口为输入方式。

ALT2：

A口，B口为基本输入/输出，C口为输出方式。

　　ALT3：

A口为选通输入/输出，B口为基本输入/输出。

PC0为AINTR，PC1为ABF，PC2为，PC3～PC5为输出。

　　ALT4：

A口、B口为选通输入/输出。

PC0为AINTR，PC1为ABF，PC2为，PC3为BINTR，PC4为BBF，PC5为。

　　8155内还有一个状态寄存器，用于锁存输入/输出口和定时/计数器的当前状态，供CPU查询用。

状态寄存器的端口地址与命令寄存器相同，低8位也是00H，状态寄存器的内容只能读出不能写入。

所以可以认为8155的I/O口地址00H是命令/状态寄存器，对其写入时作为命令寄存器；而对其读出时，则作为状态寄存器。

　　硬件电路　　　　矩阵式键盘电路　　矩阵式键盘将按键设置在行列线的交叉点上，行列线分别连接到按键的两端。

行线通过上拉电阻接至+5V电压，即行线的输出被钳位到高电平状态；判断有无按键按下时通过列线送出扫描信号，然后行线读取状态得到。

其方法是依次给列线送低电平，检查行线的输入。

若行线为高电平，则代表所在行无按键被按下，如果行线出现低电平，则低电平所在的行和出现低电平的列的交叉点处有按键按下。

矩阵式键盘电路如图4-4所示。

　　10　　武汉理工大学《计算机控制技术》课程设计说明书　　图4-4矩阵式键盘电路　　时钟电路和复位电路　　时钟振荡器是单片机工作节奏的原始动力，单片机的所有工作时序都是靠时钟振荡信号来控制的，没有时钟振荡，单片机就无法工作。

8031的内部时钟电路实际上仅是一个可以构成振荡器的电路。

使用时还要外接元件才能变成振荡器。

　　外部连接的晶振电路如图4-5所示。

　　　　11　　武汉理工大学《计算机控制技术》课程设计说明书　　图4-5晶振电路　　复位的目的是对单片机的片内电路重新进行初始化，使有关部件都恢复到原先规定的初始工作状态。

8031的外接复位电路如图4-6所示。

　　图4-6复位电路　　非编码键盘的总电路　　图4-7为总电路图。

总电路是用8031单片机控制，通过8155扩展I/O口组　　12　　武汉理工大学《计算机控制技术》课程设计说明书　　成的6×6行列式键盘电路。

其中8031的P0口与8155的AD0～AD7相连，传递地址、数据、命令与状态信息。

PA0～PA5作为列线输出，PC0～PC5作为行线输入。

PC0～PC5通过上拉电阻接到+5V上，而当有按键按下时，行线电平状态与此行线相连的列线电平决定。

列线电平如果为低，则行线电平为低；列线电平如果为高，则行线电平亦为高。

进行扫描时，先令PA0～PA5均输出0，确定有没有键被按下，若有键被按下，则令PA0～PA5逐个输出为0，其它输出为1，然后读入PC口的数据，看哪一行为零电平，则此行与此列的交叉处的键被按下。

　　图4-7非编码键盘总电路图　　5系统软件设计　　软件思想　　编程的依据是键盘扫描的原理。

在程序里，先将PA口置零输出，然后读取PC口的值，看PC口有没有为低电平的位，如果有，则表示有按键按下，接下来将PA0～PA5逐位置零，读取PC口的值，看哪一位为零，则改行与该列交点处的按键被按下，计算键值入栈保存。

　　13

　　　　　　武汉理工大学《计算机控制技术》课程设计说明书　　本次选择使用编程扫描的方法，所以在一开始的时候就要通过初始化程序定义8155PA、PB、PC口的工作方式。

　　本次选用软件方法去抖动，所以要编写去抖动延时程序。

　　程序流程图　　程序流程图如图5-1所示。

　　　　　　图5-1键盘扫描流程图　　开始否有键闭合？

是调用去抖动延时子程序否有键闭合？

是计算键值并入栈保护否闭合键释放？

是键号A，出栈返回14　　武汉理工大学《计算机控制技术》课程设计说明书　　　　源程序　　ORG0000HAJMPMAINORG0100HMAIN:

NOP;8155控制字　　KD1:

MOVDPTR,#7F00H　　;PA,PBMOVA,#03HMOVX@DPTR,A　　LCALLKEY1　　　　;KEY1:

ACALLKS1　　　　;JNZ　　LK1　　　　;　　AJMPKEY1　　　　;LK1:

ACALLDELA12　　;12msACALLKS1　　　　;JNZ　　LK2　　　　;　　AJMPKEY1　　　　;LK2:

MOVR2,#0FEH　　;R2=11111110B　　MOV　　R4,#00H　　LK4:

MOVDPTR,#7F01HMOVA,R2MOVX@DPTR,A　　INCDPTR　　　　;INCDPTRMOVX　　A,@DPTR　　JB,LONE　　;　　口为输出，PC口为输入调用扫描子程序有无键按下子程序有键按下，转去抖延时程序　　无键按下，继续扫描　　延时程序调用判断键是否真正按下有键按下，转逐列扫描　　无键按下，继续扫描　　存放键值　　使PA0=0　　指向PC口　　读入行状态　　第0行无键按下，转LONE　　15　　　　;R4　　;　　;武汉理工大学《计算机控制技术》课程设计说明书　　MOVA,#00H　　　　;有键按下，设置行首键号AJMP　　LKP　　　　;转求键号　　;第1行无键按下，转LTWO　　　　LONE:

JB,LTWO　　MOV　　A,#06H　　;有键按下，设置行首键号　　AJMPLKP　　　　;转求键号　　　　LTWO:

JB,LTHRMOV　　A,#0CH　　;　　AJMPLKP　　LTHR:

JB,LFOR　　MOVA,#012H　　LFOR:

JB,LFIV　　MOVA,#18HLFIV:

JB，NEXT　　MOVA,#1EH　　LKP:

ADDACC,R4　　;　　PUSHACC　　　　;LK3:

ACALLKS1　　　　;JNZLK3　　　　;POP　　ACC　　　　;　　AJMPOVER　　　　;NEXT:

INCR4　　　　;MOV　　A,R2　　　　;JNB,KND　　RLA　　　　;MOVR2,A　　　　;　　AJMPLK4　　　　;LTHR:

JB,NEXT　　MOVA,#18H　　;LKP:

ADDA,R4　　　　;　　;第2行无键按下，转LTHR　　有键按下，设置行首键?

　　;转求键号　　;第3行无键按下，查下一列　　;有键按下，设置行首键　　求键号，键号=行首键号+列号保护键号　　等待键释放键未释放，继续等待键释放，键号送A　　键扫描结束　　列号加1，指向下一列　　　　判断8列扫描完否　　;8列扫描完，继续　　扫描字左移一位送扫描字转下一列扫描　　　　;第3行无键按下，查下一列　　有键按下，设置行首键　　求键号，键号=行首键号+列号　　16　　武汉理工大学《计算机控制技术》课程设计说明书　　PUSHACC　　　　;保护键号　　LK3:

ACALLKS1　　　　;等待键释放　　　　JNZLK3　　　　;键未释放，继续等待POPACC　　　　;键释放，键号送AAJMP　　OVER　　　　;键扫描结束　　NEXT:

INCR4　　　　　　;列号加1，指向下一列　　　　MOVA,R2JNB,KND　　;8列扫描完，继续　　RLA　　　　;字左移一位MOVR2,A　　　　;送扫描字AJMPLK4　　　　;下一列扫描　　　　KND:

AJMPKEY1　　OVER:

RET　　　　;扫描结束KS1:

MOVDPTR,#7F01H　　;向PA口　　　　MOVA,#00H　　　　;扫描字MOVX　　@DPTR,A　　;描字送PA口　　INCDPTRINCDPTRMOVX　　　　;向PC口　　A,@DPTR　　;入PC口状态　　CPL　　　　;高电平表示有键按下ANLA,#0FH　　　　;蔽高4位RET　　;晶振为6MHz时的12ms延时子程序DELL:

MOVR7,#12DEL:

MOVR6，#250NN:

DJNZR6，NN　　DJNZR7，DELRET　　　　17　　武汉理工大学《计算机控制技术》课程设计说明书　　END　　6调试记录及结果分析　　程序调试，是将编制的程序投入实际运行前，用手工或编译程序等方法进行测试，修正语法错误和逻辑错误的过程。

这是保证计算机信息系统正确性的必不可少的步骤。

编完计算机程序，必须送入计算机中测试。

　　在调试过程中，会发现程序中的错误，例如分号不是在英文输入状态下输入的，为使程序正常运行，要对这些错误进行改正。

　　编写的程序能够完成按键识别和去抖动的功能。

　　　　　　18

　　　　　　武汉理工大学《计算机控制技术》课程设计说明书　　心得体会　　通过这次课程设计，我对计算机控制技术这门课程的知识有了更深的理解。

这次的课设是关于键盘扫描的，这方面的知识在课堂上涉及得很少，所以需要去查阅很多资料，这在无形中提高我查阅资料和自学的能力。

这次画电路图用的是proteus，通过电路图的绘制，我初步掌握了proteus的使用方法。

通过编程，进一步了解了单片机的指令。

　　这次课程设计，我首先去学习一些初级原理。

例如为什么按键会产生抖动、去抖动有哪些方法、键盘扫描的原理是什么，有哪几种方式以及它们的区别。

理解后，通过比较，选择了编程扫描法和编程去抖动法。

　　然后，我进一步学习了8031单片机和8155芯片的工作原理以及引脚的功能，然后用proteus绘制出了电路图。

　　最后，我通过一些例子弄懂了如何编程来控制键盘扫描的过程。

自己绘制了流程图，编写出了源程序，经过修改，最后的到正确的源程序。

　　在课程设计的过程中，我认识到了理论与实践结合的重要性。

感觉在理论上已经理解的知识，当应用到实践中去的时候，还是会出现各种各样的问题，通过学习解决了之后才是对知识真正的掌握。

我们应该把学到的知识应用到实践中去，这样才能不断加深理解，使各方面的知识融会贯通。

　　这次我做的设计达到了任务书上的要求，但仍然有美中不足的地方，在以后的学习中我将进一步提高和完善自己。

　　　　19　　武汉理工大学《计算机控制技术》课程设计说明书　　

　　　　　　武汉理工大学《计算机控制技术》课程设计说明书　　LFIV:

JB，NEXT　　MOVA,#