2×2矩阵式键盘

2×2矩阵式键盘

摘要：本设计主要是用来学习键盘扫描程序的设计，数码管的动态显示程序设计。设计中，将单片机8051的并行口P1的P1.0,P1.1接键盘的行，将P1.2,P1.3接键盘的列，将并行口P2的P2.7~P2.0分别接数码管的数据段g,f,a,b,d,h,e,c. 以及将P3.6,P3.7分别接数码管的偏选端，当按下第0行0列时数码管就显示00，按下第0行1列时数码管就显示01，第1行0列时数码管就显示02，第1行1列时数码管就显示03。本设计一共四个按键，用双数码管动态显示。

关键字：单片机，数码管动态显示，行列式键盘，共阴数码管

一、矩阵式键盘工作原理

如下图1，I/O接口线组成行、列结构，按键设置在行、列的交点上。行线通过上拉电阻接+5V。

第一步是CPU检测键盘上是否有按键。具体过程如下：P1.2, P1.3输出0，即将列P1.2, P1.3置成低电平，然后将行线P1.0,P1.1电平状态读入累加器A中。如果有键按下，总有一根行线电平被拉至低电平，从而使行输入状态不全为“1”。

第二步是识别是哪一个键按下。具体过程如下：先将P1.2输出为0，即将列P1.2置成低电平。然后读入行线P1.0,P1.1电平状态，如果全为“1”，则按下的键不在此列；如果不全为“1”，则按下的键必在此列；而且是该列与“0”电平线相交的交点上的那个键。再将P1.3输出为0，即将列P1.3置成低电平。做法如上。

二、数码管动态显示原理

A.数码管原理：在单片机应用系统中，经常用到LED数码管作为显示输出设备。LED数码管虽然显示信息简单，但它具有显示清晰、亮度高、使用电压低、寿命长、与单片机接口方便等特点，所以在应用中经常使用它。

LED数码管显示器是由发光二极管按一定的结构组合起来的显示器件。在单片机应用系统中通常使用的是8段式LED数码管显示器，他有公阳极和共阴极两种。如图1—1所示。其中共阳极8段发光二极管的阳极端连接在一起，阴极端分开控制，使用时公共端接电源，要使哪根数码管亮，则对应的阴极接低电平。而共阴极8段发光二极管的阴极端连接在一，阳极端分开控制，使用时公共端接地，要使哪根数码管亮，则对应的阳极接高电平即可。从a~g引脚输入不同的8位二进制编码，可显示不同的数字或字符。h为小数点位。

图1—1

在此我们着重介绍下本次实验中用到的共阴极结构的数码管。在共阴极结构中，各段发光二极管的阴极连在一起，将此公共点接地，某一段发光二极管的阴极为高电平时，该段发光。共阴极字段码：LED显示0～9某个字符时，则要求在a～dp送固定的字段码，如要使LED 显示“0”,则要求a、b、c、d、f各引脚为高电平，g和dp为低电平，字段码为“3fh” 。dp g f e d c b a对应为0 0 1 1 1 1 1 1 。共阴极字符0～9七段码如下：

字符：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

字段码：3fh 06h 5bh 4fh 66h 6dh 7dh 07h 7fh 6fh

B.LED的动态显示方式

LED动态显示是将所有的数码管的段选线并接在一起，用一个I/O接口控制，公共端不是直接接地（共阴极）或电源（用阳极），而是通过相应的I/O接口控制。它是循环依次使每个LED的公共端接地（共阴极）或电源（用阳极），每次接通的时间为几毫秒的时间，一次循环完毕后，下一次循环又这样的开始依次进行，从计算机的角度看是一个一个的显示，但由于人的视觉暂留效应，只要循环周期足够快，看起来所有的数码管都是一起显示的了，这就是动态显示原理。

三、系统设计部分

如图1-0所示，此按键设计是以单片机8051为核心，以按键和数码管为扩展，实现键盘识别和动态显示的功能。

图1-0

3.2总体设计方案

3.2.1 设计思路

将单片机8051的并行口P1的P1.0,P1.1接键盘的行，将P1.2,P1.3接键盘的列，将并行口P2的P2.7~P2.0分别接数码管的数据段g,f,a,b,d,h,e,c. 以及将P3.6,P3.7分别接数码管的偏选端，当按下第0行0列时数码管就显示00，按下第0行1列时数码管就显示01，第1行0列时数码管就显示02，第1行1列时数码管就显示03。

3.2.2 方案论证与选择

方案一：将单片机8051的并行口P1的P1.0,P1.1接键盘的行，将P1.2,P1.3接键盘的列，将并行口P2的P2.7~P2.0分别接数码管的数据段g,f,a,b,d,h,e,c. 以及将P3.6,P3.7分别接数码管的偏选端。

方案二：将单片机8051的并行口P0的P00,P01接键盘的行，将P0.2,P0.3接键盘的列，将并行口P2的P2.7~P2.0分别接数码管的数据段g,f,a,b,d,h,e,c. 以及将P3.6,P3.7分别接数码管的偏选端。

点评：由于在方案二中，P0口内部没有上拉电阻，如用此方案，就要比方案一多接几个上拉电阻，在键盘多的时候很容易弄错，所以在这里我们选择方案一。

四. 单元电路设计部分

4.1 数码管显示电路的设计

这里是将单片机8051的并行口P2的P2.7~P2.0分别接数码管的数据段g,f,a,b,d,h,e,c. 以及将P3.6,P3.7分别接数码管的偏选端，如图1-1。

图1-1

4.2 矩阵式键盘的设计

将单片机8051的并行口P1的P1.0,P1.1接键盘的行，将P1.2,P1.3接键盘的列。如图1-2。

五. 软件设计

N N

Y Y

N N

Y Y

六. 动态显示及键盘扫描程序

#include //包含特殊功能寄存器库

unsigned char code table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f}; unsigned char temp;

unsigned char key1,key2;

unsigned char i,j;

void delay1() //延迟函数1

{

for(i=0;i<50;i++)

{ for(j=0;j<50;j++);

}

}

void delay2() //延迟函数2

{ for(i=0;i<50;i++)

{ for(j=0;j<200;j++);

}

}

void main(void) //主函数

{

while(1)

{

P1=0x03; //置行P1.0，P1.1为1，列P1.2，P1.3为0 temp=P1; //检测P1口

temp=temp&0x0f; //检测列p1.2, p1.3是否有按键

while(temp!=0x03)

{

delay2();

temp=P1; //再次检测是否有按键

temp=temp&0x03;

while(temp!=0x03)

{

P1=0x0b; //置行P1.0，P1.1为1，列P1.2为0，P1.3为1

temp=P1;

temp=temp&0x0f;

switch(temp)

{

case 0x0a://检测行p1.0是否有按键

key1=0;

key2=1;

break;

case 0x09://检测行p1.1是否有按键

key1=1;

key2=0;

break;

}

P1=0x07; //置行P1.0，P1.1为1，列P1.2为1，P1.3为0

temp=P1;

temp=temp&0x0f;

switch(temp)

{

case 0x05://检测行p1.1是否有按键

key1=2;

key2=3;

break;

case 0x06://检测行p1.0是否有按键

key1=3;

key2=2;

break;

}

P2=0xef; //选择端口P2.4，数码管1显示

P0=table[key1];

delay1();

P2=0xdf;//选择端口P2.5，数码管2显示

P0=table[key2];

delay1();

}

}

}

}

七、双机通讯原理

实现单片机的双机通讯是使用单片机的串口进行数据的发送和接收。两机之间遵循严格的通信协议。必须在一方发送的时候另一方进行接受，在时序上不能出现错误。进行双机通讯前必须先对单片机的串口方式进行设定。本设计中使用方式1，设定波特率为1250bps. Bps = *(T1的溢出率)/32。

甲机发送数据

ORG 0000H

LJMP MAIN

ORG 0100H

MAIN: MOV TMOD,#20H ;定时器T1，工作方式2 MOV TH1,#0ecH ；设波特率

MOV TL1,#0ecH

MOV PCON,#00H ;电源控制寄存器SMOD位为0

MOV SCON,#50H ;串口控制方式1

MOV DPTR,#LED

MOV R0,#00H

L4: MOV A,R0

MOVC A,@A+DPTR ；查表指令

SETB TR1 ；启动定时器T1

MOV SBUF,A ；甲机开始发送数据

LOOP: JNB TI,LOOP ；判断甲机数据有没发送完毕ACALL DELAY ；调入延迟

CLR TI ；准备下一次发送数据

INC R0

CJNE R0,#0AH,L4 ；判断十个数据有没发送完毕

SJMP MAIN

DELAY: MOV R1,#05H ；延迟程序

L2: MOV R2,#0FFH

L3: MOV R3,#0FFH

L1: DJNZ R3,L1

DJNZ R2,L3

DJNZ R1,L2

RET

LED: DB 3fH,06H,5bH,4fH,66H,6dH,7dH,07H,7fH,6fH END

乙机接收数据

ORG 0000H

LJMP MAIN

ORG 0100H

MAIN: MOV TMOD,#20H ;定时器T1,工作方式2

MOV TH1,#0ecH ；设波特率

MOV TL1,#0ecH

MOV PCON,#00H ；电源控制寄存器SMOD位为0

X: MOV SCON,#50H ；串口控制方式1，允许接收

SETB TR1 ；启动定时器T1

LOOP: JNB RI,LOOP ；判断乙机数据有没接收完毕

MOV A,SBUF ；乙机数据接收完毕，置入数据寄存器A，CPU来取数据

CLR P2.4 ；选择数码管显示

SETB P2.5

MOV P0,A ；P0口显示数据

CLR RI ；准备下一次接收数据

SJMP X

End

八．总结

通过这次设计，我学会了键盘识别程序，数码管动态显示程序的设计方法以及焊接电路时的几个问题，使我加深了对单片机矩阵式键盘工作原理、动态扫描原理及双机通讯的了解。比如：用两个数码管进行动态显示时，要将数码管的数据段连接在一起，但不能公共端接在一起，否则不能进行动态显示，而且，焊接时首先要设计好元器件最好摆放位置，不要拿到扳子就盲目地焊，否则在后期调试扳子时会出现很多麻烦！在调试键盘是否有效十时，编写程序先将一个行为0，其他都为1，当执行程序的时候，如果按下某个列时能执行某个命令，该键就可以了！

九．参考文献

黄智伟，全国大学生电子设计竞赛训练教程，电子工业出版社

骆新全，黄玲铃，电路仿真与PCB板设计，北京，北京航空天大学出版社

谢维成，杨加国，单片机原理与应用，北京，清华大学出版社