数码管显示与键盘扫描系统

数码管显示与键盘扫描系统
摘要：
二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。

不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称PC机。

它由主机、键盘、显示器等组成（如图1所示）。

还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。

这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器）。

顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。

因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。

它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。

各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词——“智能型”，如智能型洗衣机等。

现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品，不是电路太复杂，就是功能太简单且极易被仿制。

究其原因，可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。

关键词：单片机数码管 4×4 键盘
1.数码管工作原理
数码管由 8 个发光二极管（以下简称字段）构成，通过不同的组合可用来显示数字 0～ 9，字符 A～F、H、L、P、R、U、Y 等符号及小数点“.”。

数码管又分为共阴极和共阳极两种类型。

共阳极数码管中 8 个发光二极管的阳极（二极管正端）连接一起,即为共阳极接法，简称共阳数码管。

通常,公共阳极接高电平（一般接电源），其它管脚接段驱动电路输出端。

当某段驱动电路的输入端为低电平时，该端所连接的字段导通并点亮。

根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。

此时，要求段驱动电路能吸收额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。

共阴极数码管中 8 个发光二极管的阴极（二极管负端）连接在一起，即为共阴极接法，简称共阴数码管。

通常，共阴极接低电平（一般接地），其它管脚接段驱动电路输出端。

当某段驱动电路的输出端为高电平时，该端所连接的字符导通并点亮，根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。

同样，要求段驱动电路能提供额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定
段导通电流来确定相应的限流电阻。

单片机数码管显示控制程序设计仿真图
2. 4×4行列式键盘的工作原理
行列式键盘的工作方式是先用列线发送扫描字，然后读取行线的状态，查看是否有按键按下。

键盘部分提供一种扫描的工作方式，可以和具有64个按键的矩阵键盘相连接，能对键盘不断扫描、自动消抖、自动识别按下的键，并给出编码，能对双键或n个键同时按下的情况实行保护。

在显示部分，它可以为发光二极管、荧光管及其他显示器提供按扫描方式工作的显示接口，而且为显示器提供多路复用信号，可以显示多达16位的字符或数字。

键盘中有无按键按下是由列线送入全扫描字、行线读入行线状态来判断的，其方法是将列线的所有I／O线均置成低电平，然后将行线电平状态读入累加器A中，如果有键按下，总会有一根行线被拉至低电平，从而使行输入不全为1。

键盘中哪一个键按下可由列线逐列置低电平后，检查行输入状态来判断，其方法是依次给列线送低电平，然后检查所有行线状态，如果全为1，则所按下的键不在此列，如果不全为1，则所按下的键必在此列，而且是在与0电平线相交的交点上的那个键。

4×4矩阵式键盘电路原理图
3．软件流程图
. 程序开始先对第一列进行扫描，如果没有按键，再对第二列、第三列、第四列分别进行扫描，如果没有返回到开始；如果第一列有按键，在分别对第一行、第二行、第三行、地四行，进行扫描，若有按键按下分别显示 0、1、2、3；第二列、第三列、第四列类似第一列，分别对第一行、第二行、第三行、第四行进行扫描，有按键相应的显示出数值。

4、电路硬件说明
（1）在“单片机系统”区域中，把单片机的P3.0－P3.7端口通过8联拨动拨码开关JP3连接到“4×4行列式键盘”区域中的M1－M4，N1－N4端口上。

（2）在“单片机系统”区域中，把单片机的P0.0－P0.7端口连接到“静态数码显示模块”区域中的任何一个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。

5、程序设计内容
（1）4×4矩阵键盘识别处理。

（2）每个按键都有它的行值和列值，行值和列值的组合就是识别这个按键的编码。

矩阵的行线和列线分别通过两并行接口和CPU通信。

键盘的一端（列线）通过电阻接VCC，而接地是通过程序输出数字“0”实现的。

键盘处理程序的任务是：确定有无键按下，判断哪一个键按下，键的功能是什么？还要消除按键在闭合或断开时的抖动。

两个并行口中，一个输出扫描码，使按键逐行动态接地；另一个并行口输入按键状态，由行扫描值和回馈信号共同形成键编码而识别按键，通过软件查表，查出该键的功能。

6.程序
ORG 0000H
LJMP START
ORG 0100H
START： MOV P2, #0FH
J0: JB P2.0,J1 判断第 i 列是否被选中；
JMP S00 ；若第 i 列被选中则程序跳到 si0
J1: JB P2.1,J2
JMP S01
J2: JB P2.2,J3
JMP S02
J3: JB P2.3,START
JMP S03
S00: MOV P2,#0F0H若第 0 行第 0 列被选中则输出0
JB P2.4,S10
MOV A,#0C0H ；
S10: JB P2.5,S20
MOV A,#99H
S20: JB P2.6,S30
MOV A,#80H
S30: JB P2.7,X0
MOV A,#0C6H
X0: MOV P1,A
JMP START
S01: MOV P2,#0F0H
JB P2.4,S11
MOV A,#0F9H ；若第 0 行第 1 列被选中则输出 1
S11: JB P2.5,S21
MOV A,#92H
S21: JB P2.6,S31
MOV A,#90H
S31: JB P2.7,X1
MOV A,#0A1H
MOV P1,A
X1: MOV P1,A
JMP START
S02: MOV P2,#0F0H
JB P2.4,S12
MOV A,#0A4H ；若第 0 行第 2 列被选中则输出 2 S12: JB P2.5,S22
MOV A,#82H
S22: JB P2.6,S32
MOV A,#88H
S32: JB P2.7,X2
MOV A,#86H
MOV P1,A
X2: MOV P1,A
JMP START
S03: MOV P2,#0F0H 若第 0 行第 3 列被选中则输出 3 JB P2.4,S13
MOV A,#0B0H ;
S13: JB P2.5,S23
MOV A,#0F8H
S23: JB P2.6,S33
MOV A,#83H
S33: JB P2.7,NH
MOV A,#8EH
NH: MOV P1,A
JMP START
END
7.结果分析
仿真图
8.结论
通过这次课程设计，Proteus 软件工作环境的熟悉以及掌握基本的操作，实现电路原理图的绘制及电路仿真的实现，我还认识到理论与实际相结合的重要性，理论知识再丰富，没有实际的操作经验是不行的，这样还可以锻炼我们的实际动手操作能力和独立思考能力。

单片机知识在电子领域越来越重要了，在这次课程设计中我又了解了更多单片机的知识，从而也对单片机仿真软件产生了兴趣，学到了书上没有的东西，为以后工作又做了一层铺垫。

在课程设计过程中遇到的一些问题，通过查询资料和结合平时学到的知识，当然还有和同学的讨论得到了解决。

9.致谢
经过这一个周的实训，单片机课程设计也已接近尾声，回顾这星期内和老师、同学们一起努力时的点点滴滴，不经感慨万千。

在此我首先要感谢学校，是学校给我们提供了良好的硬件设施，让我们能顺利的完成实训。

其次，我要感谢我的单片机老师—陈显明老师。

陈老师无论在课程学习、设计上，还是在为人处事上，都给予我许多教诲，这些影响将使我终身受益。

同时我还要感谢和我一起完成这份课程设计的同学们，我们在学习和实践中一起讨论，一起研究，我在他们身上学到了许多东西。

10. 参考文献
1. 岂兴名、唐杰、赵沛、矫津毅、常春藤等；单片机编程基础与开发实例详解北京：人民邮电出版社，2008 年 11 月；
2. 兰吉昌；单片机应用百例；北京：化学工业出版社， 2008 年 12 月；
3. 李朝青等；单片机原理及串行外设接口技术；北京：北京航空航天大学出版社， 2008 年 1 月；
4. 张毅刚、刘杰；第三版；单片机原理及应用；哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社， 2004 年 6 月；
5. 姜志海、刘连鑫；单片微型计算机原理及应用；北京：机械工业出版社；
附录
电路原理图。