矩阵键盘控制数码管

专业综合设计报告

项目名称：基于矩阵键盘和LED数码管显示器的简易

人机界面设计

学生姓名：

同组同学：

专业名称：

班级：

指导教师：

项目起止日期：2012年03月12日至2012年03月30日

目录

摘要 (3)

1、概述 (3)

2、总体设计方案 (3)

2.1总体设计要求 (3)

2.2系统框图 (4)

3、系统硬件设计 (4)

3.1单片机的最小系统 (5)

3.1.1电源电路 (5)

3.1.2复位电路 (5)

3.1.3晶振电路 (6)

3.2 LED数码管显示部分 (6)

3.3矩阵键盘 (7)

3.3.1键盘的工作原理 (7)

3.3.2键盘检测原理 (7)

4、系统软件设计 (9)

4.1 软件设计思想 (9)

4.2 主程序设计 (10)

4.3 子程序设计 (11)

4.3.1 数码管显示程序设计 (11)

4.3.2 键盘检测程序设计 (11)

4.3.3延时函数程序设计 (14)

5、系统调试 (14)

6.设计体会 (15)

参考文献 (15)

摘要

单片机自20世纪70年代以来，以其极高的性价比，以及方便小巧受到人们极大的重视和关注。本设计选用AT89S52芯片作为控制芯片，来实现矩阵键盘对LED数码管显示的控制。通过单片机的内部控制实现对硬件电路的设计,从而实现对4*4矩阵键盘的检测识别。用单片机的P3口连接4×4矩阵键盘，并以单片机的P3.0－P3.3口作键盘输入的列线，以单片机的P3.4－P3.7口作为键盘输入的行线，然后用P0.0－P0.7作输出线，通过上拉电阻在显示器上显示不同的字符“0－F”。在硬件电路的基础上加上软件程序的控制来实现本设计。其工作过程为：先判断是否有键按下，如果没有键按下，则继续检测整个程序，如果有键按下，则识别是哪一个键按下，最后通过LED数码管显示该按键所对应的序号。关键词：AT89S52芯片；4*4矩阵键盘；键盘识别；LED数码管

1、概述

随着单片机系统的日益更新，以及人们对产品的人机交互能力的不断提高；使得单片机系统的人机界面设计能力成为学习单片机的一项重要的基础内容。而4*4键盘的操作和LED数码管的动态显示是人机界面设计中最基础的内容，掌握这些基础的设计能力对以后的学习研究是非常必要的。

2、总体设计方案

2.1总体设计要求

本系统采用单片机AT89S52为数码管的控制核心，制造一种简单的4*4键盘检测显示，能够在目测条件下四位数码管各段亮度均匀、充足，本系统具有硬件少，结构简单，容易实现，性能稳定可靠，成本低等特点。

根据设计要求，确定的设计方案如下：

2.1.1 选择AT89S52单片机作为整个系统的核心器件，对整个系统进行总体

控制，发送并实时处理系统信息。

2.1.2通过编程显示字符： 0-F。

2.1.3当检测有按键按下时数码管显示与该按键相对应的字符。

2.1.4 键盘检测信号连接到单片机的P3口，显示信号连接到单片机的P0口。

2.1.5数码管点亮过程有程序控制，P2.4,P2.5， P2.6,P2.7分别作为四位数码管的位选，数码管采用直接驱动方式，共阳极接法。

2.2系统框图

本设计行、列驱动电路，显示屏电路，运用单片机的智能化，系统将每个功能电路模块连接在一起，总体结构设计如下图2-1所示：

图2-1系统框图

3、系统硬件设计

本系统的硬件电路是由单片机最小系统、按键电路、数码管显示电路三部分组成。其中，单片机最小系统包括电源电路、复位电路和晶振电路构成；按键电路采用独立编码方式；显示部分使用共阳型高台扫描、高态显示信号驱动电路，

完成数字效果。

3.1单片机的最小系统

3.1.1电源电路

电源是一切器件工作的根本，有一个稳定的电源是很重要的。由于单片机和数码管的功耗都很小，所以本设计选用单片机下载线直接供电，实验证明单片机和数码管的工作正常。如图3-1所示，电源模块。

图3-1

3.1.2复位电路

为了确保系统中电路稳定可靠地工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。一般单片机电路正常工作需要供电5V±5%，即4.75～5.25V。由于系统电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，系统电路开始正常工作。复位电路如图3-2所示。

图3-2

3.1.3晶振电路

晶振是为电路提供频率基准的元器件，通常分成有源晶振和无源晶振两个大类，无源晶振通常信号质量和精度较差，需要精确匹配外围电路（电感、电容、电阻等），如需更换晶振时要同时更换外围的电路。有源晶振不需要芯片的内部振荡器，可以提供高精度的频率基准，信号质量也较无源晶振要好。本设计选用有源晶振，晶振电路如图3-3所示。

图3-3

3.2 LED数码管显示部分

数码管采用的是共阳极的四位数码管，由P2端口的4，5，6，7口分别作为四位数码管的位选，P0端口作为四位数码管的位选。数码管电路图如图3-4所示。

图3-4

3.3矩阵键盘

3.3.1键盘的工作原理

按键设置在行、列线交点上，行、列线分别连接到按键开关的两端。无按键按下时，行线处于高电平的状态，当有按键按下时，行线电平由此行线相连的列线电平决定。

3.3.2键盘检测原理

键盘的检测，首先要解决的问题是键盘抖动现象。（如图3-5所示）消抖的方法有两种，软件消抖和硬件消抖。由于硬件消抖结构比软件复杂，所以本设计采用的是软件消抖的方法，既在程序中加入5毫秒的延时，延时后再次返回P3的值二次判断是否有键盘按下。