4X4矩阵键盘 6

4X4矩阵键盘键盘设计

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摘要：本系统采用AT89S52为控制核心。采用4X4键盘，通过8位数码管显示动态扫描0—F 16个数字。

关键词：AT89S52键盘数码管显示

Abstract:This system USES AT89S52 devices as control core. Using 4X4 keyboard, through eight digital tube display dynamic scan 0-16 F.

Keyword:AT89S52 Keyboard LED Display

目录

前言 (1)

1 方案论证与比较 (4)

1.1采样方法方案论证 (4)

2 系统设计 (5)

2.1总体设计 (5)

2.2单元电路设计 (6)

2.2.1 前级阻抗匹配和放大电路设计 (6)

2.2.2 AD转换及控制模块电路设计 (7)

2.2.3 功率谱测量单元电路设计 (7)

3 软件设计 (8)

4 ..................................................................................... 系统测试10

5 结论 (11)

参考文献： (11)

附录： (11)

附1：元器件明细表： (11)

附2：仪器设备清单 (11)

附3：电路图图纸 (12)

附4：程序清单 (13)

前言

单片机，全称单片微型计算机（英语：Single-Chip Microcomputer），又称微控制器（Microcontroller），是把中央处理器、存储器、定时/计数器（Timer/Counter）、各种输入输出接口等都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。与应用在个人电脑中的通用型微处理器相比，它更强调自供应（不用外接硬件）和节约成本。它的最大优点是体积小，可放在仪表内部，但存储量小，输入输出接口简单，功能较低。由于其发展非常迅速，旧的单片机的定义已不能满足，所以在很多应用场合被称为范围更广的微控制器；从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的32位300M的高速单片机。现代人类生活中所用的几乎每件有电子器件的产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电子产品中都含有单片机。汽车上一般配备40多片单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百片单片机在同时工作!单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算机的总和，甚至比人类的数量还要多。

液晶显示器（英语：Liquid Crystal Display，缩写：LCD）为平面薄型的显示设备。它的主要原理是以电流刺激液晶分子产生点、线、面配合背部灯管构成画面。由一定数量的彩色或黑白像素组成，放置于光源或者反射面前方。液晶显示器功耗低，因此倍受工程师青睐，适用于使用电池的电子设备。英国科学家在上世纪制造了第一块液晶显示器即LCD。而第一台可操作的LCD基于动态散射模式(Dynamic Scattering Mode,DSM)，是RCA公司乔治·海尔曼带小组开发的。

LED点阵屏通过LED(发光二极管）组成，以灯珠亮灭来显示文字、图片、动画、视频等，是各部分组件都模块化的显示器件，通常由显示模块、控制系统及电源系统组成。LED点阵显示屏制作简单，安装方便，被广泛应用于各种公共场合，如汽车报站器、广告屏以及公告牌等。

矩阵键盘是单片机外部设备中所使用的排布类似于矩阵的键盘组.。在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式，如图1所示。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口（如P1口）就可以构成4*4=16个按键，比

之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9键）。由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。

1.方案论证与比较

1.1采样方法比较与选择

方案一：采用FPGA作为系统主控器。FPGA可实现各种复杂逻辑功能，规模大，集成度高，体积小，稳定性好，IO资源丰富、易于进行功能扩展，处理速度快，但适用于大规模实时性要求较高的系统，价格高，编程实现难度大。用液晶显示器进行键盘扫描，价格偏高，程序复杂，故不选择此方案

方案二: 采用Atmel公司的AT89S52单片机作为主控制器。AT89S52是一个低功耗、高性能8位单片机，片内含8 KB Flash片内程序存储器，256 Bytes RAM，32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级，2层中断嵌套中断等。价格便宜，使用方便，编程实现难度低，适合用来实现本系统的控制功能。P0.0-P0.7端口作为数码管段选，P2.0-P2.7端口作为数码管位选，P3.0-P3.7作为键盘输入端口。8位LED数码管进行动态显示。

综上分析，本设计选择方案二。

2．系统设计

2.1 总体设计

16个键盘通过AT89S52进行动态扫描，在8位数码管可以动态显示0-F 16个数字。手动复位键可以达到清零的效果。

2.2 单元电路设计

2.2.2 4X4键盘电路设计

信号输入后通过R5,R6两个100Ohm的电阻和一个高精度仪表运放AD620实现跟随作用，由于理想运放的输入阻抗为无穷大，所以输入阻抗即为：R5//R6=50Ohm,阻抗匹配后的通过继电器控制是对信号直接送给AD转换还是放大20倍后再进行AD转换。

在这道题目里，需要检测各频率分量及其功率，并且要测量正弦信号的失真度，这就要求在对小信号进行放大时，要尽可能少的引入信号的放大失真。正弦信号的理论计算失真度为零，对引入的信号失真非常灵敏，所以对信号的放大，运放的选择是个重点。

我们选择的运放是TI公司的低噪声、低失真的仪表放大器INA217，其失真度在频率为1KHz，增益为20dB(100倍放大)时仅为0.004%，其内部原理图如下图所示。

其中放大器A1的输出电压计算公式为