G2一体化实验板：矩阵键盘和数码管显示

G2一体化实验板：矩阵键盘和数码管显示
一、实验目的
（1）掌握如何用数码管显示数值或者某些字符；
（2）掌握矩阵键盘的使用方法。

二、实验设备
G2一体化实验板。

三、实验内容及步骤
1、基础实验—检测程序
功能：按下某个按键，则数码管会显示对应的数值，即若按下按键Ki（i取值为0~15），在数码管上显示数值i，如若K0按下，则在数码管上显示数字0，若K15按下，则在数码管上显示数字15等。

各个按键的具体定义见下图1：
图
步骤：
（1）将msp430LaunchPad(芯片型号为G2433)插到实验板主板上；
（2）将矩阵键盘和数码管部分的四个跳线帽连上，这四个跳线帽对应的IO口分别是P2.3、P2.5、P2.6和P2.7；
（3）确保P2.3、P2.5、P2.6和P2.7这4个IO口不被其他部分的电路使用，即是断开这几个IO口与其他部分电路连接的跳线帽；
（4）按下主板上的电源开关；
（5）用USB线连接msp430LaunchPad和电脑；
（6）打开下载软件并添加所给例程，并下载该程序（在下载之前先进行相关设置）；
（7）下载完毕后，退出软件下载模式，即可在矩阵键盘和数码管模块上实现上述功能（注意：在此之前一定先按几下msp430LaunchPad上的复位键RESET）。

2、拓展实验——简易计算器
功能：实现4位（由于数码管只有4位）非负整数的四则运算，即加、减、乘和除法。

各个按键的具体定义见下图2：
图2 计算器键盘盘面
说明：（1）由于数码管的显示能力有限，所以当按下加号键“＋”时，在数码管上并非显示
“＋”，而是在第0位的数码管上显示“”以表示加号；当按下乘号键“×”时，
在数码管上并非显示“×”，而是在第0位数码管上显示以“”表示乘号；当按
下除号键“÷”时，在数码管上并非显示“÷”，而是在第0位数码管上显示以“”
表示除号；按下减号键“－”时，在第0位数码管上显示“－”以表示减号。

（2）若除数为0，则数码管显示E1；若被减数小于减数，则数码管显示E2；若计算结果超出显示范围（由于是4位数码管，故可显示的最大数值为9999），数码管显
示E3。

（3）除法运算为取整除法，不显示小数部分，即1÷2显示结果为0,4÷3显示结果为1等。

步骤：
（1）按照前面实验的7个步骤将程序下载到板子上，退出下载模式，按几下msp430LaunchPad 上的复位键RESET；
（2）输入第一个操作数，即任意按下代表数字0~9的按键（不能超过4位，因为只有4位数码管）；
（3）输入操作符，即按下代表加、减、乘和除法4个按键中的任一个；
（4）输入第二个操作数，即任意按下代表数字0~9的按键（不能超过4位，因为只有4位数码管）；
（5）按下代表等号“=”的按键，则计算结果将显示在数码管上；
（7）若要进行下一次运算，则先按下清零键，再重复步骤（2）~（5）即可。

四、实验原理
核心芯片CH452A是数码管显示驱动和键盘扫描控制芯片。

CH452A采用4线串行连接方式与单片机进行通信。

矩阵键盘原理：
单片机从CH452获取按键代码的过程如下图3所示：
图3 获取按键代码的过程
①输出一位数据，即向DIN输出读取按键代码命令的最低位数据B0，并向DCLK输出低电平脉
冲；
②以同样的方式，输出读取按键代码命令的位数据B1～B11；
③向LOAD 输出低电平脉冲，其中包括一个上升沿使CH452 加载串行数据，CH452 分析出是
读取按键代码命令，立即在DOUT 输出按键代码的最高位数据K6；
④读取一位数据，即从DOUT 输入按键代码的最高位数据K6，并向DCLK 输出低电平冲；
⑤以同样的方式，输入按键代码的位数据K5～K0。

上述获取按键代码的过程转化为软件程序如下：
//输入按键代码子程序，从CH452读取
unsigned char Key_Read( void )
{
unsigned char i;
unsigned char keycode; //定义命令字，和数据存储器
Send_Command(CH452_GET_KEY);
keycode=0; //清除keycode
for(i=0;i!=7;i++)
{
keycode<<=1; //数据移入keycode,高位在前,低位在后
if (P2IN&BIT0) keycode++; //从高到低读入452的数据
DCLK_0; //产生时钟上升沿通知CH452输出下一位
DCLK_1;
}
return(keycode); //返回键值
}
下面举例说明：
（1）由于硬件连接方式如下所示：
DCLK <－－－ P2.3
DIN <－－－ P2.2
LOAD <－－－ P2.1
DOUT －－－> P2.0
所以按键中断用到的是P2口的中断且为下降沿中断，当按下某一按键（如K0）执行任务TASK 时，则只需将上述接收按键代码的函数Key_Read( void )；放置在P2口中断，当接收到的代码为40H时，则说明按键K0被按下，此时执行任务TASK，可参见基础程序——检测程序。

（2）当某一按键按下，具体返回的代码值是多少，取决于该按键的硬件连接，即看该按键与CH452A的哪两个引脚相连接，对应值参见下表1：
表1 按键对应编码表
说明：，CH452 所提供的实际按键代码是表中的按键编码加上40H。

数码管显示原理：
单片机通过4线串行接口向CH452发送12位数据的过程如下图4所示：
图4 单片机向CH452发送数据
①输出一位数据，即向DIN 输出最低位数据B0，并向DCLK输出低电平脉冲（从高电平变为
低电平再恢复为高电平），其中包括一个上升沿使CH452 输入位数据；
②以同样的方式，输出位数据B1～B11；
③向LOAD 输出低电平脉冲，其中包括一个上升沿使CH452 加载串行数据。

上述发送数据的过程转化为软件程序如下：
//发送命令
void Send_Command(unsigned cmd)//MSP430单片机向CH452发送命令，Command为12位数据
{
unsigned char i;
LOAD_0;
for(i=0;i!=12;i++) //送入12位数据，低位在前
{
if (cmd&1) {DIN_1;}
else {DIN_0;} // 输出位数据
DCLK_0 ;
cmd>>=1;
DCLK_1 ; //上升沿有效
}
LOAD_1;
Delay(1000);
}
数码管的显示方式可分为两种：
（1）指定某位数码管显示某一具体数字，如让第0位数码管显示数字0，对应程序为Send_Command(Dis00);可参见基础程序——检测程序。

（2）让数码管显示某一不确定的多位数，可参见拓展程序——简易计算器中的函数void Display(unsigned int data)；
五、实验注意事项
（1）在退出下载环境，对该模块进行操作时，一定要先按一下复位键；
（2）在将矩阵键盘和数码管模块及msp430LaunchPad插到主板上时，一定要确保主板电源断开；
（3）在将模块旁边的拨码开关打开时确保主板电源处于断开状态。

六、思考题
（1）由于本模块只是实验板的一个组成部分，并非用作专门的计算器，所以只进行4位非负整数的四则运算，旨在说明数码管和矩阵键盘的用法，如果想要进行更复杂的小数或正余弦运算，大家可以自己动手尝试。

（2）由于实验板的其他模块用到了液晶，但均未用到数码管，所以在应用实例计算器中用
数码管进行显示，使大家进一步了解数码管的用法，大家可以自己尝试用液晶对计算器进行显示。

图5 矩阵键盘和数码管模块原理图。