基于单片机的键盘显示系统设计.docx
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基于单片机的键盘显示系统设计
基
于
单
片
机
的
键
盘
显
示
系
统
设
计
摘要：
键盘应用非常广泛，自行研究与设计键盘不仅可以巩固旧知识，而且有助于增强学习电路的兴趣，达到学以致用的目的。
矩阵式键盘乃是当今使用最为广泛的键盘模式，该系统以N个端口连接控制N*N个按键，即时在LED数码管上。
单片机控制的据是该键盘显示系统，该系统可以对不同的按键进行实时显示，其核心是单片机与键盘矩阵电路部分，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。
本文根据人们的生活节奏，设计了一种4*4矩阵式键盘。
4*4矩阵式键盘采用AT89S51单片机为核心，主要由矩阵式键盘电路、译码电路、显示电路等组成，软件选用汇编语言编程。
单片机将检测到的按键信号转换成数字量，显示于LED显示器上。
该系统灵活性强，易于操作，可靠性高，将会有更广阔的开发前景。
关键字：
键盘单片机LED显示器。
第一章键盘显示的概述……………………………………………2
1.1矩阵式键盘系统概述……………………………………21.2本设计任务与主要内容……………………………………4
第二章键盘显示系统的主要设计与分析…………………………4
2.1单片机控制系统原理图及主机系统图……………………4
2.2矩阵式键盘电路……………………………………………5
2.3译码显示电路………………………………………………6
2.4软件流程图…………………………………………………9
2.5系统程序设计………………………………………………10
第一章键盘显示的概述
1.1矩阵式键盘系统概述
矩阵式键盘模式以N个端口连接控制N*N个按键，实时在LED数码管上显示按键信息。
显示按键信息，既降低了成本，又提高了精确度，省下了很多的I/O端口为他用，相反，独立式按键虽编程简单，但占用I/O口资源较多，不适合在按键较多的场合应用。
并且在实际应用中经常要用到输入数字、字母、符号等操作功能，如电子密码锁、电话机键盘、计算器按键等，至少都需要12到16个按键，在这种情况下如果用独立式按键的话，显然太浪费I/O端口资源，为了解决这一问题，我们使用矩阵式键盘。
矩阵式键盘简介：
矩阵式键盘又称行列键盘，它是用N条I/O线作为行线，N条I/O线作为列线组成的键盘。
在行线与列线的每个交叉点上设置一个按键。
这样键盘上按键的个数就为N*N个。
这种行列式键盘结构能有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。
最常见的键盘布局如图1-1所示。
一般由16个按键组成，在单片机中正好可以用一个P口实现16个按键功能，这也是在单片机系统中最常用的形式，本设计就采用这个键盘模式。
图1-1键盘布局
随着21世纪的到来，资源危机接踵而至。
快速席卷整个国家，这一状况还将随着时间的推移与社会的发展而更加严重。
国家提倡资源节约型社会，资源危机已成为全球性的突出问题，利用科技手段缓解这一危机，将是人类主要的出路。
电子信息行业是人类社会的高科技行业之一，是设施现代化的基础，也是人类通往科技巅峰的直通路。
电子行业的发展从长远来看很重要，但最主要的还是科技问题。
国家设施的现代化的根本出路在于全面提高科技水平，现代的社会经营模式由传统模式向现代化、高科技模式转变，由粗放型向集约型方向转变，必须要求科技有一个大的发展，进行一次新的技术革命。
矩阵式键盘提高效率进行按键操作管理有效方法，它可以提高系统准确性，有利于资源的节约，降低对操作者本身素质的要求。
是它能准确、实时、高效地显示按键信息，以提高工作效率与资源利用率。
随着计算机技术与电子科技的迅猛发展，计算机与电子产品的价格日益降
低，可靠性日益提高。
本文旨在设计一套能对按键信息进行自动实时显示的系
统。
1.2本设计任务与主要内容
本论文主要研究单片机控制的键盘识别显示系统，分别对按键信息与显示电路以及软、硬件大的部分进行研究。
主要内容如下：
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计；
②LED实时显示按键信息；
③采用软件编程的方法实现按键信息的提取与显示。
第二章键盘显示系统的主要设计与分析
2.1单片机控制系统原理图及主机系统图
图2-1-1单片机控制系统原理框图
AT89C51单片机是51系列单片机的一个成员，是8051单片机的简化版。
内部自带2K字节可编程FLASH存储器的低电压、高性能COMS八位微处理器，与IntelMCS-51系列单片机的指令与输出管脚相兼容。
由于将多功能八位CPU与闪速存储器结合在单个芯片中，因此，AT89C2051构成的单片机系统是具有结构最简单、造价最低廉、效率最高的微控制系统，省去了外部的RAM、ROM与接口器件，减少了硬件开销，节省了成本，提高了系统的性价比。
图2-1-2单片机主机系统图
2.2矩阵式键盘电路
AT89C51单片机的并行口P1接4×4矩阵键盘，以P1.0－P1.3作输入线，以P1.4－P1.7作输出线；P1口输出按键信息，在数码管上显示每个按键的“0－F”序号。
实际电路图连接如图2-2所示。
图2-2矩阵式键盘电路
2.3译码显示电路
译码电路中常用的显示器有LED（数码管）与LCD（液晶显示器）。
这两种显示器都具有线路简单、耗电少、成本低、寿命长等优点。
本系统输出结果选用1个LED显示。
数码管有共阴共阳之分，本系统采用8段共阴型LED，其原理图如图2-3-1所示。
数码管内部有8个发光二极管，公共端由8个发光二极管的阴极并接而成，正常显示时公共端接低电平（GND），各发光二极管是否点亮取决于a-dp各引脚上是否是高电平。
LED数码管的外形结构如图2-3-1，外部有10个引脚，其中3,8脚为公共端也称位选端，其余8个引脚称为段选端，当要使某一位数码管显示某一数字（（0-9中的一个）必须在这个数码管的段选端加上与数字显示数字对应的8位段选码（也称字形码），在位选端加上低电平即可。
由于系统要显示的内容比较简单，显示量不多，所以选用数码管既方便又经济。
LED有共阴极与共阳极两种。
如图2-3-1所示。
二极管的阴极连接在一起，通常此公共阴极接地，而共阳极则将发光二极管的阳极连接在一起，接入+5V的电压。
一位显示器由8个发光二极管组成，其中7个发光二极管构成字型“8”的各个笔划（段）a～g，另一个小数点为dp发光二极管。
当在某段发光二极管施加一定的正向电压时，该段笔划即亮；不加电压则暗。
共阴极共阳极符号与引脚
图2-3-1
图2-3-2LED数码管结构
当无按键闭合时，P1.0--P1.3与P1.4--P1.7之间开路。
当有键闭合时，与闭合键相连的两条I/O口线之间短路。
判断有无按键按下的方法是：
第一步，置列线P1.4--P1.7为输入状态，从行线P1.0--P1.3输出低电平，读入列线数据，若某一列线为低电平，则该列线上有键闭合。
第二步，行线轮流输出低电平，从列线P1.4--P1.7读入数据，若有某一列为低电平，则对应行线上有键按下。
综合一二两步的结果，可确定按键编号。
但是键闭合一次只能进行一次键功能操作，因此须等到按键释放后，再进行键功能操作，否则按一次键，有可能会连续多次进行同样的键操作。
由于本显示电路功能简单，为使编程简单，采用直接输出模式，即把P0.0－P0.7端口用8芯排线连接到数码显示模块区域中的a－h端口上，要求：
P0.0对应着a，P0.1对应着b，……，P0.7对应着h。
表2-3-2LED显示段码
字型
共阳极段
共阴极段
字型
共阳极段
共阴极段
0
C0H
3FH
9
90H
6FH
1
F9H
06H
A
88H
77H
2
A4H
5BH
B
83H
7CH
3
B0H
4FH
C
C6H
39H
4
99H
66H
D
A1H
5EH
5
92H
6DH
E
86H
79H
6
82H
7DH
F
84H
71H
7
F8H
07H
空白
FFH
00H
8
80H
7FH
P
8CH
73H
2.4软件流程图
开始
键盘值
初始化
读列线是否有键按下
N
延时
去抖动
Y
读列是否有
按键按下
N
根据当前状态
识别按键
Y
显示
键值
图2-4软件设计流程图
2.5系统程序设计
KEYBUFEQU30H
ORG00H
START:
MOVKEYBUF,#2
WAIT:
MOVP3,#0FFH
CLRP3.4
MOVA,P3
ANLA,#0FH
XRLA,#0FH
JZNOKEY1
LCALLDELY10MS
MOVA,P3
ANLA,#0FH
XRLA,#0FH
JZNOKEY1
MOVA,P3
ANLA,#0FH
CJNEA,#0EH,NK1
MOVKEYBUF,#0
LJMPDK1
NK1:
CJNEA,#0DH,NK2
MOVKEYBUF,#1
LJMPDK1
NK2:
CJNEA,#0BH,NK3
MOVKEYBUF,#2
LJMPDK1
NK3:
CJNEA,#07H,NK4
MOVKEYBUF,#3
LJMPDK1
NK4:
NOP
DK1:
MOVA,KEYBUF
MOVDPTR,#TABLE
MOVCA,@A+DPTR
MOVP0,A
DK1A:
MOVA,P3
ANLA,#0FH
XRLA,#0FH
JNZDK1A
NOKEY1:
MOVP3,#0FFH
CLRP3.5
MOVA,P3
ANLA,#0FH
XRLA,#0FH
JZNOKEY2
LCALLDELY10MS
MOVA,P3
ANLA,#0FH
XRLA,#0FH
JZNOKEY2
MOVA,P3
ANLA,#0FH
CJNEA,#0EH,NK5
MOVKEYBUF,#4
LJMPDK2
NK5:
CJNEA,#0DH,NK6
MOVKEYBUF,#5
LJMPDK2
NK6:
CJNEA,#0BH,NK7
MOVKEYBUF,#6
LJMPDK2
NK7:
CJNEA,#07H,NK8
MOVKEYBUF,#7
LJMPDK2
NK8:
NOP
DK2:
MOVA,KEYBUF
MOVDPTR,#TABLE
MOVCA,@A+DPTR
MOVP0,A
DK2A:
MOVA,P3
ANLA,#0FH
XRLA,#0FH
JNZDK2A
NOKEY2:
MOVP3,#0FFH
CLRP3.6
MOVA,P3
ANLA,#0FH
XRLA,#0FH
JZNOKEY3
LCALLDELY10MS
MOVA,P3
ANLA,#0FH
XRLA,#0FH
JZNOKEY3
MOVA,P3
ANLA,#0FH
CJNEA,#0EH,NK9
MOVKEYBUF,#8
LJMPDK3
NK9:
CJNEA,#0DH,NK10
MOVKEYBUF,#9
LJMPDK3
NK10:
CJNEA,#0BH,NK11
MOVKEYBUF,#10
LJMPDK3
NK11:
CJNEA,#07H,NK12
MOVKEYBUF,#11
LJMPDK3
NK12:
NOP
DK3:
MOVA,KEYBUF
MOVDPTR,#TABLE
MOVCA,@A+DPTR
MOVP0,A
DK3A:
MOVA,P3
ANLA,#0FH
XRLA,#0FH
JNZDK3A
NOKEY3:
MOVP3,#0FFH
CLRP3.7
MOVA,P3
ANLA,#0FH
XRLA,#0FH
JZNOKEY4
LCALLDELY10MS
MOVA,P3
ANLA,#0FH
XRLA,#0FH
JZNOKEY4
MOVA,P3
ANLA,#0FH
CJNEA,#0EH,NK13
MOVKEYBUF,#12
LJMPDK4
NK13:
CJNEA,#0DH,NK14
MOVKEYBUF,#13
LJMPDK4
NK14:
CJNEA,#0BH,NK15
MOVKEYBUF,#14
LJMPDK4
NK15:
CJNEA,#07H,NK16
MOVKEYBUF,#15
LJMPDK4
NK16:
NOP
DK4:
MOVA,KEYBUF
MOVDPTR,#TABLE
MOVCA,@A+DPTR
MOVP0,A
DK4A:
MOVA,P3
ANLA,#0FH
XRLA,#0FH
JNZDK4A
NOKEY4:
LJMPWAIT
DELY10MS:
MOVR6,#10
D1:
MOVR7,#248
DJNZR7,$
DJNZR6,D1
RET
TABLE:
DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H;数码管译码表
DB7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H
END
结束语:
通过此次的单片机课程设计，我不仅加深了对单片机理论的理解，深刻懂得了要不断地时间才能掌握知识，而且还学会了如何去加强锻炼创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。
创新，是要我们将理论很好地联系实际，并不断地去开动自己的脑子，从为先到并做到别人没想到没做到的事，不断地超越别人，超越自己；同时，更重要的是，在这一设计过程中，我懂得了坚持不懈，不轻易言弃是每个理工科学子应具备的良好素质。
设计过程，也好比是我们的成长的历程，常有一些不如意的事情发生，这就对我们提出了挑战。
只要自己坚持，坚持，再坚持，再苦再累也值得。
机遇青睐有准备的人。
这个设计过程中，我遇到过许多的考验，给整个设计带来的困扰，真想要就此放弃，然而，我还是挺了过来，回头想想这个设计的过程，我明白了，原来结果并不是那么得重要，我们更应该注重的是过程。
系统以单片机AT89C51为核心部件，单片机系统完成对按键信号识别、检测、处理、显示等功能，用Protel软件绘制电路原理图，利用MCS-51汇编语言编制程序。
这个系统设计能让我们更好地去认识与使用单片机，矩阵式键盘，节约I/O口资源，引脚分配，实时显示，芯片应用，编程实践，还有诸如此类的优点。
然而由于时间有点紧张，本来想设计一个数码管动态扫描电路，或者用液晶屏显示的电路来显示按键信息，这样更加清晰，而且还可以显示其他的东西，比如时间，排序等等。
参考文献
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华中科技大学出版社，2008
[3] 陈小忠.单片机实用接口技术子程序［Ｍ］.人民邮电出版社，2005
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高等教育出版社，2003
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