单片机课设.docx
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单片机课设
1.设计分析
本次课程设计题目是《简易键盘与显示功能设计》，设计要求：
用并行口设计一键盘显示电路，按键为数字0-9和字母A-F，要求当某个按键按下时，能显示出该按键的值。
其中数码管显示部分，本设计将采用七段式共阴极数码管，利用单片机的P3口使用静态显示方式。
键盘输入显示数字部分，扩展为4
4的矩阵式键盘，共16个按键，对应从数字0到9和英文字母A—F共16个符号。
使用AT89C51的P1口。
完成电路设计后，还需要编写C语言程序，通过Keil软件编译并生成HEX文件，然后通过Proteus仿真软件读入AT89C51仿真芯片中，最后运行仿真。
2.数码管显示与键盘设计
2.1数码管的连接及显示原理
本设计采用七段式共阴极数码管来完成此项功能。
七段式数码管LED是由7个条形发光二极管和一个小圆点发光二极管组成，通过控制各个二极管的明灭组成所需要的字符。
数码管一共8个接口，分别对应7个条形二极管和一个小圆点发光二极管，联系到单片机及控制程序中，对应一个8位十六进制数，通过该十六进制数的输入，得到相应的所需字符。
数码管如图2.1所示：
图2.1七段式数码管
七段式数码管根据内部发光二极管的接线形式，可分为共阳极和共阴极两种类型。
其中，COM为公共端。
共阳极接法是低电平亮，高电平灭；共阴极接法是高电平亮，低电平灭。
内部结构如图2.2所示。
本设计将采用共阴极接法。
图2.2（左）共阴极和（右）共阳极
2.2数码管的显示方式
数码管的现实方式有静态和动态显示方式两种。
静态显示方式：
把多个LED显示器的每一段与一个独立的并行口相连接，而公共端则根据具体情况连接到“VCC”或“GND”，这种连接方式的每一个显示器都要占用一个单独的具有锁存功能的I/O口，单片机只需把要显示的字形代码输入进接口电路即可。
因此，使用这种方式对I/O的需求较大，电路也较为复杂，但是具有编程简单，显示稳定，单片机效率较高的优点。
动态显示方式：
其接口电路是把所有显示器的笔划段同名端连接在一起，而每一个显示器的公共端COM与各自独立的I/O口连接。
当单片机输送字形码时，所有显示器接受到相同字型码，但具体哪一个显示器亮，则取决于COM端，而这一端由I/O口控制。
所谓动态扫描即分时方法，一位一位的控制各个显示器的COM端，是每个显示器每隔一段时间亮一次，点亮时间即为短暂（约1毫秒），由于视觉暂留和二极管的余辉效应，给人的印象即是一组稳定的数据显示。
本设计将采用静态显示方式。
2.3键盘设计
键盘输入显示数字部分，扩展为4
4的矩阵式键盘，共16个按键，对应从数字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9和英文字母A、b、C、d、E、F共16个符号。
使用到AT89C51的P1口。
键盘设计如图2.3所示：
图2.3键盘输入电路及对应输出字符
具体按键的对应输出字符及延时将在后面的程序编写中实现。
3.系统总电路设计及分析
本设计在Proteus软件中完成，系统总电路图如图3.1所示：
图3.1系统总电路图
如图3.1所示，P1.0—P1.7口用来接矩阵键盘；
P2口没有使用，全部置空；
P3口用来连接七段式数码管；
而P0口，因为内部没有上拉电阻，故利用排阻RP1来作上拉电阻，如图3.2所示：
图3.2排阻RP1
该C51单片机的XTAL1和XTAL2用来接内部晶振电路，如图3.3所示：
图3.3晶振电路
复位电路及单片机
端口的使用，
低电平时，将锁定RESET，保持高电平时，可访问内部存储器，如图3.4所示：
图3.4复位电路及
4.C语言程序设计
4.1程序流程图
该程序功能是扫描键盘是否有按键按下并做相应显示。
流程图如图4.1所示：
图4.1程序流程图
4.2程序分析
程序根据P1口读入的状态，判断是否输出字符，输出具体哪个字符。
由于七段式数码管形状类似于数字“8”，故在输出英文字母时，为了显示方便，分别显示为大小写不一的“A”、“b”、“C”、“d”、“E”、“F”。
因为采用共阴极数码管，所以列出所要显示的16个数字、字母对应的十六进制数据代码：
0——0x3f；1——0x06；2——0x5b；3——0x4f；
4——0x66；5——0x6d；6——0x7d；7——0x07；
8——0x7f；9——0x6f；A——0x77；b——0x7c；
C——0x39；d——0x5e；E——0x79；F——0x71；
因为要扫描P1口的高4位，即判断矩阵键盘的列，固有：
选取P1.0口的代码为：
P1=0xfe；
选取P1.1口的代码为：
P1=0xfd；
选取P1.2口的代码为：
P1=0xfb；
选取P1.3口的代码为：
P1=0xf7；
为了消除键抖动可能带来的影响，还应设计延时程序来去抖动。
为了提高程序的效率和可读性，将延时程序、显示程序和键盘扫描程序设计为子函数。
并利用while循环，不断检测按键是否被按下。
4.3C语言程序及注释
#include"reg51.h"//51单片机头文件
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
ucharcodetable[]={//共阴极数码管0至9，A至F
0x3f,0x06,0x5b,0x4f,
0x66,0x6d,0x7d,0x07,
0x7f,0x6f,0x77,0x7c,
0x39,0x5e,0x79,0x71};
voiddelay（uintxms）//延时函数
{uinti,j;
for（i=xms;i>0;i--）
for（j=100;j>0;j--）;}
voiddisplay（ucharnum）//显示函数
{P3=table[num];}
voidkeyscan（）//键盘扫描函数
{uchartemp,key;
P1=0xfe;//P1.0=0，扫描列
temp=P1;//读P1口状态给temp
temp=temp&0xf0;//与
if（temp!
=0xf0）//不等于0xf0向下执行
{delay（10）;//延时去抖动
temp=P1;//重读P1口状态给temp
temp=temp&0xf0;//再与
if（temp!
=0xf0）//还是不等于0xf0，说明确实有键按下
{temp=P1;//再向temp读入P1口状态
switch（temp）
{case0xee:
key=7;break;
case0xde:
key=8;break;
case0xbe:
key=9;break;
case0x7e:
key=10;break;
}
while（temp!
=0xf0）//等待按键释放
{temp=P1;
temp=temp&0xf0;}
display（key）;
}
}
P1=0xfd;//P1.1=0，扫描列
temp=P1;
temp=temp&0xf0;
if（temp!
=0xf0）
{delay（10）;
temp=P1;
temp=temp&0xf0;
if（temp!
=0xf0）
{temp=P1;
switch（temp）
{case0xed:
key=4;break;
case0xdd:
key=5;break;
case0xbd:
key=6;break;
case0x7d:
key=11;break;}
while（temp!
=0xf0）
{temp=P1;
temp=temp&0xf0;}
display（key）;
}
}
P1=0xfb;//P1.2=0，扫描列
temp=P1;
temp=temp&0xf0;
if（temp!
=0xf0）
{delay（10）;
temp=P1;
temp=temp&0xf0;
if（temp!
=0xf0）
{temp=P1;
switch（temp）
{case0xeb:
key=1;break;
case0xdb:
key=2;break;
case0xbb:
key=3;break;
case0x7b:
key=12;break;}
while（temp!
=0xf0）
{temp=P1;
temp=temp&0xf0;}
display（key）;
}
}
P1=0xf7;//P3.0=0，扫描列
temp=P1;
temp=temp&0xf0;
if（temp!
=0xf0）
{delay（10）;
temp=P1;
temp=temp&0xf0;
if（temp!
=0xf0）
{temp=P1;
switch（temp）
{case0xe7:
key=15;break;
case0xd7:
key=0;break;
case0xb7:
key=14;break;
case0x77:
key=13;break;}
while（temp!
=0xf0）
{temp=P1;
temp=temp&0xf0;}
display（key）;
}
}
}
voidmain（）
{P3=0;
P3=0xc0;//初始状态设定为“-”符号
while
（1）
{keyscan（）;}
}
5.电路及程序仿真
5.1编译C语言程序
为了使AT89C51单片机顺利运行，需要将C语言程序编译为HEX文件，本设计将使用Keil软件进行编译。
打开Keil软件，选择Project，新建工程jp.Uv2，则ProjectWorkspace显示如图5.1所示：
图5.1新建工程
新建文件file，输入C语言代码保存，然后再SourceGroup1上单击右键，添加保存的C语言文件。
如图5.2所示：
图5.2添加C语言代码
单击Optionsfortarget按钮，选择Output选项，在其中勾选上CreateHEXFile，单击确定。
如图5.3所示：
图5.3勾选CreateHEXFile
最后选择菜单栏中的Project选项，点击Buildtarget，即可在工程目录下生成相应的HEX文件。
5.2电路仿真
打开Proteus软件，导入所设计的电路图，然后双击图中的AT89C51单片机，在ProgramFile中选中已经编译好的HEX文件，单击确定。
如图5.4所示：
图5.4导入HEX文件
此时点击软件左下角的运行按钮，整个系统就开始正常工作了。
初始状态为显示“-”符号，如图5.5所示：
图5.5初始未按任何键时
仿真结果：
点击各键开关时，数码管均能正确显示相应的字符，如图5.6所示，显示矩阵为：
A987
b654
C321
dE0F
图5.6仿真结果
6.心得体会
本次课程设计是单片机原理与应用，利用51单片机设计并实现仿真键盘显示电路。
因为是单片机原理与应用的课程设计，必须对C51单片机这一部分非常熟悉。
所以在动手之前，不得不把课本上这一部分再读一遍。
在复习理论知识的过程中，发现自己平时上课时没有高效率的学习，对单片机接口和一些端口功能非常陌生。
于是只好从网上找到的C51系列单片机内容开始看，经过一遍遍反复阅读，终于对键盘设计有了一定的理解。
搜索资料、阅读课本的过程很繁琐，尤其是没有进展的时候，非常焦急。
在慢慢学习的过程中，关于单片机各个接口也有了越来越详细的了解。
特别是端口实现数码管明灭的设置。
当编写C语言程序的时候，因为实验课用的编辑软件比较不容易编辑，而且版本过旧，遇到了很多的困难，后来查询到了比较流行而且实用的软件Keil。
在遇到程序代码方面的困难的时候，一边请教同学，一边不断地找相似的程序配合理解阅读。
在这段学习和写报告的时间里，反复经历了着急，欣喜，烦躁，轻松，紧张等等等等一系列的精神状态，于是在最终完成这个课程设计的时候，心里充满了成就感。
同时也更加了解了自己，了解自己在遇到一个接一个难题时的心态和应对方式，这样了解自己，才能有针对性的克服弱点进而提高能力。
做课程设计也是一个快乐的过程，自己找教程学习，并和大家一起探讨，相互学习，共同进步，同学们紧密的在一块合作，这是一个完成任务的过程，更是一个合作攻坚，磨砺身心的过程，参与其中的人都受益匪浅。
参考文献
[1]李群芳.单片机微型计算机与接口技术，电子工业出版社，2007.
[2]戴佳.51单片机应用系统开发典型事例，中国电力出版社，2005.
[3]赵建领.51单片机开发与应用技术详解，艺术图书出版社，2008.
[4]靳硅.基于51系列单片机的LED显示屏开发技术,电子工业出版社,2003.
[5]刘维.精通汇编程序设计，北京航空航天大学出版社，2005.
[6]姚燕南.微型计算机原理与接口技术，高等教育出版社，2004.
[7]唐继弦.51单片机工程应用事例，机械工业出版社，2003.
[8]张义和.例说51单片机，人民邮电出版社，2008.
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