4-4矩阵键盘控制16个LED灯

一、任务说明

本次的任务是利用51单片机设计一个4*4矩阵键盘输入系统，用16个发光二级管对应16个不同的按键。每按下一个按键对应的发光二极管就亮。

矩阵式键盘又称行列键盘，它是用N条I/O线作为行线，N条I/O线作为列线组成的键盘。在行线和列线的每个交叉点上设置一个按键。这样键盘上按键的个数就为N*N个。这种行列式键盘结构能有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。

最常见的键盘布局如图1所示。一般由16个按键组成，在单片机中正好可以用一个P口实现16个按键功能，这也是在单片机系统中最常用的形式，本设计就采用这个键盘模式。

图1 键盘布局

利用单片机的并行口P1连接4×4矩阵键盘，并以单片机的P1.0-P1.3各管脚作输入线，以单片机的P1.4-P1.7各管脚作输出线；利用P2、P3口控制灯1-灯16，。用Proteus绘制其电路原理图（附录一）。此任务用到了AT89C51芯片，还用到了晶体振荡器、按钮开关、发光二级管以及一些电阻。

这次任务中采用C语言编写程序，在编译过程中设置成自动产生HEX文件，将此文件导入AT89C51中，即可实现相应的功能。

二、原理图绘制说明

电路原理图的设计与绘制是整个电路设计的基础，设计一个电路原理图的工作包括：设置电路图图纸的大小，规划电路图的总体布局，在图纸上放置元器件并对元器件进行调整，进行布线和整体布局，最后保存并打印输出等几个步骤。

安装完Proteus后，运行ISIS 7 Professional，在原理图编辑窗口绘制电路图，在该界面下还有预览窗口和元件列表区，在左侧的工具箱中还有模型选择工具栏，方向工具栏及仿真按钮等工具。其具体的使用步骤如下：

1.运行该软件后，新建一个设计文件，设置图纸大小。选择界面如图2所示。

图2 选择图纸大小界面

2.接下来开始查找任务中所用到的元器件，查找界面如图3所示。

图3 元器件查找界面

3.将查找的元器件放置到界面中，并进行相应的引脚连线，本次是采用标注的方式进行引脚连接，标注符号相同的表示引脚相连接，具体操作是先将引脚引出一小段导线，右击导线选择放置网络标号，标注标号界面如图4所示。

图4 标注标号界面

4.按照题目设计要求连接好各元件，完成后的原理图如附录Ⅰ所示。

三、流程图绘制

四、原理图仿真步骤及过程结果说明

1.在完成原理图的连接之后，要进行仿真，AT89C51还需要导入编写的程序文件，这次任务我是用用C语言编写的程序，用的是KEIL编程软件，用它产生HEX文件，将此文件导入到AT89C51中，然后就可以进行仿真了。导入HEX文件如图5所示。

图5 HEX文件导入界面

2.4*4矩阵键盘输入控制系统，P1.0--P1.3口控制行，P1.4—P1.7口控制列，电路如图6所示。

3.按钮按下后16个发光二级管中对应的二级接通，如图7所示。

图7 发光二级管接通

4.振荡及复位电路如图8所示。

图8 振荡及复位电路

五、总结

本次课设虽然只有短暂的一周，但是在这一周内学到了很多用的东西，以前学到的知识也得到了一定的巩固。此次课设又学了一种新软件——Proteus，通过网上查阅相关资料，查看相关教学视频，对Proteus有了一定的了解，虽然用的不是熟练，但是其基本功能还是能掌握，包括元器件的查找、元器件引脚的连接、以及完成之后的仿真，还对一些芯片的使用也有所熟悉，例如AT89C51等。

通过这次的课程设计，我充分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再多的理论知识也没用，理论知识最终还是要用在实践上，只有这样才能锻炼我们的实际动手操作能力和独立思考能力。本次课设还得感谢老师同学们的细心帮助和指导，让我学会了很多新知识。

近年来，随着电子技术飞速的发展，出现了各式各样，各种型号的单片机,但是51单片机是所有单片机的基础，只有学好51系列单片机才能更好的学习更高端的单片机。

由于知识和经验方面的不足，本设计还存在不足的地方，本人还要不断学习相关知识和查阅资料，使系统结构和功能上不断完善。

六、参考文献

1.张毅刚.单片机原理及应用. [M]哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2004.

2.彭伟.单片机C语言程序设计实训100例. [M]北京:电子工业出版社，2011.

3.周坚.单片机C语言轻松入门.第2版,[M]北京:北京航空航天大学出版社,2011.

4.杨打生，宋伟.单片机C51技术应用. [M]北京:北京理工大学出版社,2011

5.张义和，王敏男.例说51单片机.第3版,[M]北京:人民邮电出版社社,2010.

6.郭天祥.51单片机C语言教程.[M]北京:电子工业出版社,2009.

附录Ⅰ仿真电路图

附录Ⅱ程序清单

#include

#define uint unsigned int

#define uchar unsigned char

uchar code table[4]={0xFE,0xFD,0xFB,0xF7}; uchar scan()

{

uchar Temp=0;

uchar num=0,i=0;

for(i=0;i<4;i++)

{

P1=table[i];

Temp=P1 & 0xF0;

if(Temp!=0xF0)

{

switch(Temp)

{Temp=P1;

case 0xE0: num=0;break;

case 0xD0: num=1;break;

case 0xB0: num=2;break;

case 0x70: num=3;break;

default: num=50;break;

}

break;

}

}

return num+4*i+1;

}

void display(uchar num1)

{

switch(num1)

{

case 1:P2=0xfe;P3=0xff;break; // 1

case 2:P2=0xfd;P3=0xff;break; // 2

case 3:P2=0xfb;P3=0xff;break; // 3

case 4:P2=0xf7;P3=0xff;break; // 4

case 5:P2=0xef;P3=0xff;break; // 5

case 6:P2=0xdf;P3=0xff;break; // 6

case 7:P2=0xbf;P3=0xff;break; // 7

case 8:P2=0x7f;P3=0xff;break; // 8

case 9:P2=0xff;P3=0xfe;break; // 9

case 10:P2=0xff;P3=0xfd;break; // 10 case 11:P2=0xff;P3=0xfb;break; // 11 case 12:P2=0xff;P3=0xf7;break; // 12

case 13:P2=0xff;P3=0xef;break; // 13 case 14:P2=0xff;P3=0xdf;break; // 14 case 15:P2=0xff;P3=0xbf;break; // 15 case 16:P2=0xff,P3=0x7f;break; // 16 default:break;

};

}

void main()

{char num1;

while(1)

{

num1=scan();

display(num1);

}

}