畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于單片機(jī)的數(shù)顯鍵盤設(shè)計(jì)與制作

1、摘 要隨著我國社會科技經(jīng)濟(jì)的蓬勃開展，以及電子信息技術(shù)與機(jī)械行業(yè)的開展和人們生活水平的提高，數(shù)顯鍵盤在各個(gè)領(lǐng)域得到全面地應(yīng)用。它在給我們平時(shí)生活以及科研應(yīng)用帶來方便的同時(shí)，也暴露出了很多的問題。現(xiàn)今市場上存在很多數(shù)顯鍵盤的應(yīng)用產(chǎn)品，要么顯示不穩(wěn)定，要么鍵盤不能及時(shí)響應(yīng)，且價(jià)格較高等缺點(diǎn)。市場急需要一種能及時(shí)響應(yīng)，顯示穩(wěn)定且性價(jià)比可以接受的數(shù)顯鍵盤產(chǎn)品。本文從數(shù)顯鍵盤的技術(shù)簡介以及國內(nèi)外研究狀態(tài)開始，論述了鍵盤設(shè)計(jì)制作方法。然后由元器件的選擇開始，結(jié)合單片機(jī)技術(shù)，就設(shè)計(jì)數(shù)顯鍵盤所用技術(shù)進(jìn)行了全面的介紹和討論，最后討論了數(shù)顯鍵盤的制作結(jié)果及分析解決問題的方法。由于好的數(shù)顯鍵盤設(shè)計(jì)方案同鍵盤設(shè)計(jì)者的

2、實(shí)際設(shè)計(jì)制作經(jīng)驗(yàn)有很大關(guān)系，鑒于作者能力經(jīng)驗(yàn)的缺乏，論文中很多論述及設(shè)計(jì)制作方案還有疏漏及不完整的地方，相信會在今后的學(xué)習(xí)工作中改良。關(guān)鍵詞： 數(shù)顯鍵盤 單片機(jī)技術(shù) 硬件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì) ABSTRACT Along with our country social science and technology economy of booming development, and electronic information technology and machinery industry development and the improvement of peoples living st

3、andard, digital keyboard in various fields get comprehensive application. It gives us peacetime life bring convenience and research applications at the same time, also exposed a lot of problems. There are many on the market today, the application of digital keyboard or product showed no stable, or k

4、eyboard cannot respond to, and the price higher shortcomings. Markets need a timely response, show stable and cost-effective acceptable digital keyboard products.This article from the technology introduction and keyboard display research at home and abroad, this paper discusses the state began keybo

5、ard design method. Then the components choice, combined with the single chip microcomputer, start designing digital keyboard technology used a comprehensive introduction and discussion, finally discussed the digital keyboard production results and analysis methods to solve the problems.Due to good d

6、igital keyboard design scheme of actual design with the keyboard designer production experience has the very big relations, given the lack of ability experience, the author in this paper and many designmanufacture plan and omissions and incomplete place, believe in future study improve work. Key wor

7、d: Digital keyboard Microcontroller technology Hardware design Software design 目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc295745881 1 引言1 HYPERLINK l _Toc295745882 1.1 研究背影及意義1 HYPERLINK l _Toc295745883 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及開展趨勢2 HYPERLINK l _Toc295745884 2 電路總體設(shè)計(jì)方案3 HYPERLINK l _Toc295745885 總體的結(jié)構(gòu)框架圖3 HYPERLINK l

8、_Toc295745886 2.2 總體設(shè)計(jì)方案確實(shí)定4 HYPERLINK l _Toc295745887 2.3 元器件的選擇4 HYPERLINK l _Toc295745888 2.3.1 AT89S51單片機(jī)芯片功能4 HYPERLINK l _Toc295745889 2.3.2 7段數(shù)碼管8 HYPERLINK l _Toc295745890 3 電路設(shè)計(jì)相關(guān)技術(shù)分析12 HYPERLINK l _Toc295745891 3.1 單片機(jī)技術(shù)12 HYPERLINK l _Toc295745892 3.1.1 單片機(jī)介紹12 HYPERLINK l _Toc295745893 3

9、.1.2 單片機(jī)的開展歷史 PAGEREF _Toc295745893 h 14 HYPERLINK l _Toc295745894 3.1.3 單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域 PAGEREF _Toc295745894 h 15 HYPERLINK l _Toc295745895 3.2 數(shù)碼顯示技術(shù) PAGEREF _Toc295745895 h 16 HYPERLINK l _Toc295745896 3.2.1 LED顯示原理 PAGEREF _Toc295745896 h 17 HYPERLINK l _Toc295745897 3.2.2 LED顯示器接口方法19 HYPERLINK l _To

10、c295745898 3.2.3 LED顯示器的顯示方式19 HYPERLINK l _Toc295745899 4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc295745899 h 22 HYPERLINK l _Toc295745900 4.1 單片機(jī)及其外圍主要電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc295745900 h 22 HYPERLINK l _Toc295745901 4.2 鍵盤電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc295745901 h 24 HYPERLINK l _Toc295745902 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc295745902 h 26 HYPERLINK

11、 l _Toc295745903 5.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)概述 PAGEREF _Toc295745903 h 26 HYPERLINK l _Toc295745904 5.2 鍵盤控制模塊設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc295745904 h 27 HYPERLINK l _Toc295745905 6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析29 HYPERLINK l _Toc295745906 6.1 運(yùn)行情況分析29 HYPERLINK l _Toc295745907 6.2 問題的發(fā)現(xiàn)及分析29 HYPERLINK l _Toc295745908 7 結(jié)論和展望30 HYPERLINK l _Toc2957459

12、09 7.1 結(jié)論30 HYPERLINK l _Toc295745910 7.2 展望30 HYPERLINK l _Toc295745911 結(jié)束語 PAGEREF _Toc295745911 h 31 HYPERLINK l _Toc295745912 致 謝 PAGEREF _Toc295745912 h 32 HYPERLINK l _Toc295745913 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc295745913 h 33 HYPERLINK l _Toc295745914 附錄1 引言 研究背影及意義1隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的蓬勃開展，以及電子信息技術(shù)與機(jī)械行業(yè)的開展以和人們生活水平的提

13、高。數(shù)顯鍵盤在各個(gè)領(lǐng)域得到全面地應(yīng)用。它在給我們平時(shí)生活以及科研應(yīng)用帶來方便的同時(shí)，也暴露出了很多的問題?，F(xiàn)今市場上存在很多數(shù)顯鍵盤的應(yīng)用產(chǎn)品，但存在著顯示不穩(wěn)定，鍵盤不能及時(shí)響應(yīng)，且價(jià)格較高等缺點(diǎn)。市場急需要一種能及時(shí)響應(yīng)，顯示穩(wěn)定且性價(jià)比可以接受的數(shù)顯鍵盤產(chǎn)品。目前各種儀表中，通常運(yùn)用的是LED顯示器和小型鍵盤。常見的工作方式有兩種：一是直接使用系統(tǒng)中的CPU對顯示器進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描和鍵盤檢測；二是使用專用的顯示鍵盤芯片。但是這兩種方式存在著不能及時(shí)響應(yīng)和性價(jià)比低等缺點(diǎn)。于是，作者設(shè)計(jì)了一種性價(jià)比更為優(yōu)越的數(shù)顯鍵盤，因此本設(shè)計(jì)具有一定的實(shí)用意義。鍵盤顯示接口，是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中最常用的根本接口

14、電路。鍵盤即為按有序排列組成的并帶有相關(guān)輸入功能電路的一組鍵體開關(guān)，CPU通過對鍵盤輸出信號的上下電平來識別信息，再通過各種譯碼方式，最后在顯示器上顯示其輸入的信息。數(shù)顯鍵盤是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的常見應(yīng)運(yùn)器件，本文主要設(shè)計(jì)制作一種基于MCS-51單片機(jī)的鍵盤控制及鍵號數(shù)碼顯示電路。設(shè)計(jì)制作中運(yùn)用了最根本的理論知識，且設(shè)計(jì)簡單，容易實(shí)現(xiàn)，所以這種數(shù)顯鍵盤能廣泛的應(yīng)用于各種智能化儀表中，具有一定實(shí)用意義。此外通過設(shè)計(jì)和制作數(shù)顯鍵盤，可以使作者更加熟悉單片機(jī)及接口電路的根本原理，提高自己設(shè)計(jì)制作實(shí)用電子產(chǎn)品的能力。通過設(shè)計(jì)基于MCS-51單片機(jī)鍵盤控制及鍵號數(shù)碼顯示電路，希望能降低智能化儀表的制作本錢

15、。通過該制作，同時(shí)也期望能優(yōu)化智能化儀表，保證顯示的穩(wěn)定，提高鍵盤的及時(shí)響應(yīng)特性。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及開展趨勢數(shù)顯鍵盤一般包括一個(gè)鍵盤主體、顯示模塊以及用于連接的硬件電路，其控制核心是微處理器CPU。目前微處理器廣泛應(yīng)運(yùn)于研究高精度、高性能、多功能的測量儀器，隨著單片機(jī)的出現(xiàn)，引發(fā)了儀器儀表行業(yè)的根本性變革，形成了智能化儀器這一新一代的測量儀器。它解決了很多傳統(tǒng)儀器不能或者不易解決的問題，簡化了電路，降低了本錢，同時(shí)也提高儀表的穩(wěn)定性和可靠性。鍵盤是由機(jī)械打字機(jī)的操作局部衍生而來，已經(jīng)具有了一個(gè)世紀(jì)的歷史。鍵盤的布局格式形成于電子打字機(jī)的時(shí)代。近年來，隨著集成電路與大規(guī)模集成電路的開展，鍵

16、盤已經(jīng)被廣泛用于辦公自動(dòng)化設(shè)備，鍵盤操作也已從過去的只適用于少數(shù)專業(yè)人員使用開展到現(xiàn)在大多數(shù)人都能使用的簡易操作方式。顯示裝置可以分為多種類型，由最初的只能顯示單純簡單數(shù)字字符開展到現(xiàn)在的，能夠顯示復(fù)雜完整的各種圖形。如今市場上更是出現(xiàn)了種類繁多的產(chǎn)品，如可伸縮式屏幕、觸控屏幕、超小的媒體播放器以及新型的戶外顯示屏等。數(shù)顯鍵盤集合二者于一體。目前國內(nèi)外生產(chǎn)研制的鍵盤，主要便于操作方便，拓展功能，進(jìn)一步降低生產(chǎn)本錢，便于普及等方向開展。例如使用無線鍵盤，可遠(yuǎn)距離操縱計(jì)算機(jī)或機(jī)械，在諸如 等產(chǎn)品中嵌入了軟鍵盤等。2 電路總體設(shè)計(jì)方案2.1 總體的結(jié)構(gòu)框架圖鍵盤的功能是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話及實(shí)時(shí)將控制信號輸

17、入，由此得出的鍵盤結(jié)構(gòu)框架圖如下圖。由圖可見由矩陣結(jié)構(gòu)鍵盤將輸入控制信號輸入單片機(jī)，一方面由單片機(jī)輸出顯示編碼信號，啟動(dòng)顯示驅(qū)動(dòng)電路，使LED顯示屏顯示相應(yīng)信息，另一方面輸出相應(yīng)控制信號，驅(qū)動(dòng)被控器件，完成相應(yīng)的受控功能。本文側(cè)重于前者的研究。矩陣結(jié)構(gòu)鍵盤單片機(jī)顯示驅(qū)動(dòng)2位LED顯示屏被控器件圖 總體結(jié)構(gòu)框架圖2.2 總體設(shè)計(jì)方案確實(shí)定系統(tǒng)設(shè)計(jì)以MCS-51系列單片機(jī)中的ATS51作為CPU，它將數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器、1/O口擴(kuò)展、串行口通訊、等多種功能模塊集成于一體。鍵盤采用行列式矩陣結(jié)構(gòu)，其行列、列線接入單片機(jī)的P1口。單片機(jī)由P0口輸出顯示的BCD編碼信號，驅(qū)動(dòng)LED的7段碼譯碼器CD

18、4511，由兩位LED顯示管顯示。2.3 元器件的選擇電路設(shè)計(jì)中，使用以下各種器件，現(xiàn)分述其功能如下。2.3.1 AT89S51單片機(jī)芯片功能 本設(shè)計(jì)選用AT89S51單片機(jī)芯片作為CPU，AT89S51管腳采用雙列直排結(jié)構(gòu)。其管腳排列及功能如下圖。其主要特性及功能描述如下。圖2.2 AT89S51引腳排列圖(1)與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容(2)4K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器(3)1000次擦寫周期(4)全靜態(tài)工作：0Hz33MHz(5) 32個(gè)可編程I/O口線(6) 2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(7) 6個(gè)中斷源(8) 全雙工UART串行通道(9) 低功耗空閑和掉電模式(10) 掉電后中

19、斷可喚醒(11) 看門狗定時(shí)器(12) 雙數(shù)據(jù)指針(13) 靈活的ISP編程字或字節(jié)模式電壓工作范圍2.內(nèi)部結(jié)構(gòu)AT89S51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖圖 2.3 AT89S51 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖由圖可見，它可以劃分為CPU、存儲器、并行口、串行口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器和中斷邏輯幾個(gè)局部。1CPU由運(yùn)算器和控制邏輯構(gòu)成。其中包括假設(shè)干特殊功能存放器SFR2AT89S51時(shí)鐘有兩種方式產(chǎn)生，即內(nèi)部方式和外部方式。如下圖3AT89S51在物理上有四個(gè)存儲空間：片內(nèi)/片外程序存儲大路、片內(nèi)/片外數(shù)據(jù)存儲器。片內(nèi)有256B數(shù)據(jù)存儲器RAM和4KB的程序存儲器ROM。除此之外，還可以在片外擴(kuò)展RAM和ROM，并且和有64KB的

20、尋址范圍。4AT89S51內(nèi)部有一個(gè)可編程的、全雙工的串行接口。它串行收發(fā)存儲在特殊功能存放器SFR的串行數(shù)據(jù)緩沖器SBUF中的數(shù)據(jù)。5AT89S51共有4個(gè)P0、P1、P2、P3口8位并行I/O端口，共32個(gè)引腳。P0口雙向I/O口，用于分時(shí)傳送低8位地址和8位數(shù)據(jù)信號；P1、P2、P3口均為準(zhǔn)雙向I/O口；其中P2口還用于傳送高8位地址信號；P3口每一引腳還具有特殊功能圖2-5，用于特殊信號的輸入輸出和控制信號，如表所示。6AT89S51內(nèi)部有兩個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0、T1。最大計(jì)數(shù)值為216-1。工作方式和定時(shí)器或計(jì)數(shù)器的選擇由指令來確定。7中斷系統(tǒng)允許接受5個(gè)獨(dú)立的中斷源，即

21、兩個(gè)外部中斷，兩個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷以及一個(gè)串行口中斷。圖 2.4 AT89S51的時(shí)鐘電路表 2.1 P3口引腳的特殊功能3.外部特性引腳功能AT89S51的引腳功能如下圖，各腳的功能如下。AT89S51芯片有40條引腳，雙列直插式封裝引腳圖如下圖：1Vcc(40)：電源+5V2Vss(20): 接地3XTAL119和XTAL218：使用內(nèi)部振蕩電路時(shí)，用來接石英晶體和電容；使用外部時(shí)鐘時(shí)，用來輸入時(shí)鐘脈沖。4P0口3932：雙向I/O口，既可作地址/數(shù)據(jù)總線口用，也可作普通I/O口用。5P1口18：準(zhǔn)雙向通用I/O口。6P2口2128：準(zhǔn)雙向口，既可作地址總線口輸出地址高8位，也可作普通I

22、/O口用。7P3口1017：多用途口，既可作普通I/O口，也可按每位定義的第二功能操作。8ALE/PROG30：地址鎖存信號輸出端。在訪問片外豐儲器時(shí)，假設(shè)ALE為有效高電平，那么P0口輸出地址低8位，可以用ALE信號作外部地址鎖存信號。公式21fALE=1/6fOSC ,也可作系統(tǒng)中其它芯片的時(shí)鐘源。第二功能PROG是對EPROM編程時(shí)的編程脈沖輸入端。9RST/VPD9：復(fù)位信號輸入端。AT89S51接能電源后，在時(shí)鐘電路作用下，該腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，使內(nèi)部復(fù)位。第二功能是VPD，即備用電源輸入端。當(dāng)主電源Vcc發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值時(shí)，VPD將為RAM提供備用電源，發(fā)

23、保證存儲在RAM中的信號不喪失。10EA/Vpp(31):內(nèi)部和外部程序存儲器選擇線。EA=0時(shí)訪問外部ROM 0000HFFFFH；EA=1時(shí)，地址0000H0FFFH空間訪問內(nèi)部ROM，地址1000HFFFFH空間訪問外部ROM。11PSEN29：片外程序存儲器選通信號，低電平有效。2.3.2 7段數(shù)碼管本設(shè)計(jì)采用7段數(shù)碼管，結(jié)構(gòu)如下圖。e d c h g f a b abcdefg圖 2.5 7段數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖1. LED器件發(fā)光的根本原理發(fā)光二極管(light emitting diode，LED)，是一種把電能變成光能的特種器件，當(dāng)電流通過它的時(shí)候，便可以產(chǎn)生可視的光。發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)

24、主要由PN結(jié)芯片，電極和光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成。我們知道，發(fā)光是一種能量轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。當(dāng)系統(tǒng)受到外界激發(fā)后，會從穩(wěn)定的低能態(tài)躍遷到不穩(wěn)定的高能態(tài)；當(dāng)系統(tǒng)由不穩(wěn)定的高能態(tài)重新回到穩(wěn)定的低能態(tài)時(shí)，能量差以光的形式輻射出來，就會產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。當(dāng)在PN結(jié)上加以正向電壓之后，p區(qū)的空穴注入至N區(qū)，N區(qū)的電子注入至P區(qū)，相互注入的電子與空穴相遇后即產(chǎn)生復(fù)合，這些少數(shù)載流子在結(jié)的注入和復(fù)合中產(chǎn)生輻射而發(fā)光。它是自發(fā)輻射發(fā)光，不需要較高的注入電流產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，也不需要光學(xué)諧振腔，發(fā)射的是非相干光。2. LED器件的驅(qū)動(dòng)方式從LED器件的發(fā)光機(jī)理可以知道，當(dāng)向LED器件施加正向電壓時(shí)，流過器件的正向電流使其發(fā)光。因此L

25、ED的驅(qū)動(dòng)就是要使它的PN結(jié)處于正偏置，同時(shí)為了控制它的發(fā)光強(qiáng)度，還要解決正向電流的調(diào)節(jié)問題。具體的驅(qū)動(dòng)方式有直流驅(qū)動(dòng)，恒流驅(qū)動(dòng)，脈沖驅(qū)動(dòng)和掃描驅(qū)動(dòng)等，本課題LED器件的驅(qū)動(dòng)為掃描驅(qū)動(dòng)。其中脈沖驅(qū)動(dòng)和掃描驅(qū)動(dòng)原理如下：1 脈沖驅(qū)動(dòng)利用人眼的視覺暫留特性，采用向LED器件重復(fù)通斷供電的方法使之點(diǎn)燃，就是通常所說的脈沖驅(qū)動(dòng)方式。采用這種方式時(shí)應(yīng)該注意兩個(gè)問題：脈沖電流幅值確實(shí)定和重復(fù)頻率的選擇。首先，要想獲得與直流驅(qū)動(dòng)方式相當(dāng)?shù)陌l(fā)光強(qiáng)度，脈沖驅(qū)動(dòng)電流的平均值。就應(yīng)該與直流驅(qū)動(dòng)的電流值相同。所以脈沖驅(qū)動(dòng)時(shí)，脈沖電流的幅值應(yīng)該比直流驅(qū)動(dòng)電流大T/t倍。其次是脈沖重復(fù)頻率的問題，通過視覺暫留特性的分析，

26、己經(jīng)知道脈沖重復(fù)頻率必須高于24Hz，否那么會產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象。脈沖驅(qū)動(dòng)的主要應(yīng)用有兩個(gè)方面：掃描驅(qū)動(dòng)和占空比驅(qū)動(dòng)。2 掃描驅(qū)動(dòng)現(xiàn)行顯示方式多為掃描方式。掃描顯示的原理是基于人類眼睛的視覺暫留效應(yīng)：要顯示行輪流顯示，只要刷新頻率不小于24幀/秒，人們不會有閃爍的感覺。但由于每行顯示占有的時(shí)間相對的少，所以亮度難于發(fā)揮到最正確值。以每個(gè)掃描周期T掃描16行為例：首先輸出第一行點(diǎn)陣數(shù)據(jù)到列驅(qū)動(dòng)存放器，再發(fā)出行驅(qū)動(dòng)信號，延時(shí)一段時(shí)間，關(guān)閉行驅(qū)動(dòng)。完成第一行掃描。然后以同樣方式掃描第二行，第三行一直到第l6行，完成一幀的顯示。掃描驅(qū)動(dòng)是通過數(shù)字邏輯電路，使假設(shè)干LED器件輪流導(dǎo)通，用以節(jié)省控制驅(qū)動(dòng)電路。L

27、ED顯示屏是將發(fā)光燈按行或按列布置的，驅(qū)動(dòng)時(shí)也就按行按列驅(qū)動(dòng)。在掃描驅(qū)動(dòng)方式下可以按行掃描，按列控制；也可以按列掃描，按行控制。所謂“掃描的含義，就是指一行一行地循環(huán)接通整行的LED器件，而不問這一行的哪一列的LED器件是否應(yīng)該點(diǎn)亮，某一列的LED器件是否應(yīng)該點(diǎn)亮，由所謂的列控制電路來完成。3. 七段譯碼器CD45112CD4511是一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰極 LED 數(shù)碼管顯示器的 BCD 碼七段碼譯碼器，特點(diǎn)：具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的CMOS電路能提供較大的拉電流?？芍苯域?qū)動(dòng)LED顯示器。圖 2.6 CD4511管腳排列圖CD4511 是一片 CMOS BCD鎖存/7

28、段譯碼/驅(qū)動(dòng)器，引腳排列如圖 2-6 所示。其中a b c d 為 BCD 碼輸入，a為最低位。LT為燈測試端，加高電平時(shí)，顯示器正常顯示，加低電平時(shí)，顯示器一直顯示數(shù)碼“8”，各筆段都被點(diǎn)亮，以檢查顯示器是否有故障。BI為消隱功能端，低電平時(shí)使所有筆段均消隱，正常顯示時(shí)， B1端應(yīng)加高電平。另外 CD4511有拒絕偽碼的特點(diǎn)，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)越過十進(jìn)制數(shù)9(1001)時(shí)，顯示字形也自行消隱。LE是鎖存控制端，高電平時(shí)鎖存，低電平時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。ag是 7 段輸出，可驅(qū)動(dòng)共陰LED數(shù)碼管。另外，CD4511顯示數(shù)“6”時(shí)，a段消隱；顯示數(shù)“9”時(shí)，d段消隱，所以顯示6、9這兩個(gè)數(shù)時(shí)，字形不太美觀。圖是

29、CD4511的一位計(jì)數(shù)顯示電路，可以克服字形不美的缺陷。假設(shè)要多位計(jì)數(shù)，只需將計(jì)數(shù)器級聯(lián)，每級輸出接一只 CD4511 和 LED 數(shù)碼管即可。所謂共陰 LED 數(shù)碼管是指 7 段 LED 的陰極是連在一起的，在應(yīng)用中應(yīng)接地。限流電阻要根據(jù)電源電壓來選取，電源電壓5V時(shí)可使用300的限流電阻。各引腳功能綜述如下： BI：4腳是消隱輸入控制端，當(dāng)BI=0 時(shí)，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅消隱狀態(tài)，不顯示數(shù)字。 LT：3腳是測試輸入端，當(dāng)BI=1，LT=0 時(shí)，譯碼輸出全為1，不管輸入 DCBA 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8。它主要用來檢測數(shù)碼管是否損壞。 LE：鎖定控制端，當(dāng)L

30、E=0時(shí)，允許譯碼輸出。 LE=1時(shí)譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在LE=0時(shí)的數(shù)值。 A1、A2、A3、A4、為8421BCD碼輸入端。 a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。 CD4511的內(nèi)部有上拉電阻，在輸入端與數(shù)碼管筆段端接上限流電阻就可工作用CD4511實(shí)現(xiàn)LED與單片機(jī)的并行接口方法如下列圖：圖 2.7 CD4511的一位計(jì)數(shù)顯示電路3 電路設(shè)計(jì)相關(guān)技術(shù)分析3.1 單片機(jī)技術(shù)3單片機(jī)是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能可能

31、還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 單片機(jī)介紹單片微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)，是典型的嵌入式微控制器Microcontroller Unit，常用英文字母的縮寫MCU表示單片機(jī)，它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器開展而來。最早的設(shè)計(jì)理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。INTEL的Z80是最早按照這種思想設(shè)計(jì)出的處理器，從此以后，單片機(jī)和專用處理器的開展便分道揚(yáng)鑣。 早期的單片機(jī)都是8位或4位的。其中最成功的是

32、INTEL的8031，因?yàn)楹唵慰煽慷阅懿诲e(cuò)獲得了很大的好評。此后在8031上開展出了MCS51系列單片機(jī)系統(tǒng)。基于這一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了16位單片機(jī)，但因?yàn)樾詢r(jià)比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。90年代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大開展，單片機(jī)技術(shù)得到了巨大提高。隨著INTEL i960系列特別是后來的ARM系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機(jī)迅速取代16位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場。而傳統(tǒng)的8位單片機(jī)的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍。目前，高端的32位單片機(jī)主頻已經(jīng)超過300MHz，性能直追90年代中期的專用處理器，而普通

33、的型號出廠價(jià)格跌落至1美元，最高端的型號也只有10美元。當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機(jī)環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機(jī)上。而在作為掌上電腦和 核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。 單片機(jī)比專用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應(yīng)用。事實(shí)上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多的計(jì)算機(jī)?，F(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會集成有單片機(jī)。 、 、計(jì)算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有1-2部單片機(jī)。而個(gè)人電腦中也會有為數(shù)不少的單片機(jī)在工作。汽車上一般配備40多部單片機(jī)，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)

34、上甚至可能有數(shù)百臺單片機(jī)在同時(shí)工作！單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過PC機(jī)和其他計(jì)算的總和，甚至比人類的數(shù)量還要多。 單片機(jī)又稱單片微控制器,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了I/O設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格廉價(jià)、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最正確選擇。 單片機(jī)內(nèi)部也用和電腦功能類似的模塊，比方CPU，內(nèi)存，并行總線，還有和硬盤作用相同的存儲器件，不同的是它的這些部件性能都相對我們的家用電腦弱很多，不過價(jià)錢也是低的，一般不超過1

35、0元即可.用它來做一些控制電器一類不是很復(fù)雜的工作足矣了。我們現(xiàn)在用的全自動(dòng)滾筒洗衣機(jī)、排煙罩、VCD等等的家電里面都可以看到它的身影！.它主要是作為控制局部的核心部件。 它是一種在線式實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)，在線式就是現(xiàn)場控制，需要的是有較強(qiáng)的抗干擾能力，較低的本錢，這也是和離線式計(jì)算機(jī)的比方家用PC的主要區(qū)別。 單片機(jī)是靠程序運(yùn)行的，并且可以修改。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨(dú)特的一些功能，這是別的器件需要費(fèi)很大力氣才能做到的，有些那么是花大力氣也很難做到的。一個(gè)不是很復(fù)雜的功能要是用美國50年代開發(fā)的74系列，或者60年代的CD4000系列這些純硬件來搞定的話，電路一定是一塊大PC

36、B板！但是如果要是用美國70年代成功投放市場的系列單片機(jī)，結(jié)果就會有天壤之別！只因?yàn)閱纹瑱C(jī)的通過你編寫的程序可以實(shí)現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性！ 由于單片機(jī)對本錢是敏感的，所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級匯編語言，它是除了二進(jìn)制機(jī)器碼以上最低級的語言了，既然這么低級為什么還要用呢？很多高級的語言已經(jīng)到達(dá)了可視化編程的水平為什么不用呢？原因很簡單，就是單片機(jī)沒有家用計(jì)算機(jī)那樣的CPU，也沒有像硬盤那樣的海量存儲設(shè)備。一個(gè)可視化高級語言編寫的小程序里面即使只有一個(gè)按鈕，也會到達(dá)幾十K的尺寸！對于家用PC的硬盤來講沒什么，可是對于單片機(jī)來講是不能接受的。 單片機(jī)在硬件資源方面的利用率必須很高才行

37、，所以匯編雖然原始卻還是在大量使用。一樣的道理，如果把巨型計(jì)算機(jī)上的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件拿到家用PC上來運(yùn)行，家用PC的也是承受不了的。 可以說，二十世紀(jì)跨越了三個(gè)“電的時(shí)代，即電氣時(shí)代、電子時(shí)代和現(xiàn)已進(jìn)入的電腦時(shí)代。不過，這種電腦，通常是指個(gè)人計(jì)算機(jī)，簡稱PC機(jī)。它由主機(jī)、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計(jì)算機(jī)，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計(jì)算機(jī)就是把智能賦予各種機(jī)械的單片機(jī)亦稱微控制器。顧名思義，這種計(jì)算機(jī)的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進(jìn)行簡單運(yùn)算和控制。因?yàn)樗w積小，通常都藏在被控機(jī)械的“肚子里。它在整個(gè)裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個(gè)裝置就癱瘓了?，F(xiàn)在，這種單片機(jī)的使用領(lǐng)域

38、已十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機(jī)，就能起到使產(chǎn)品升級換代的成效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞“智能型，如智能型洗衣機(jī)等。現(xiàn)在有些工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞出來的某些產(chǎn)品，不是電路太復(fù)雜，就是功能太簡單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機(jī)或其它可編程邏輯器件上。 單片機(jī)的開展歷史1、976-1978 初級8位單片機(jī) Intel MCS-48 系列 2、978-1983 高檔8位單片機(jī) Intel MCS-51系列： 51子系列：8031/8051/8751 52子系列：8032/8052/8752低功耗型80C31高性

39、能型80C252廉價(jià)型89C2051/10513、983- 90年代初 16位單片機(jī) Intel MCS-96 系列8098/8096、80C198/80C196 4、0年代初-至今 16位單片機(jī)高檔32位單片機(jī)單片機(jī)作為微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要的分支，應(yīng)用面很廣，開展也很快，1971年Intel公司首次宣布4004的4位微處理器，1974年12月仙童(FairChild)公司即推出8位單片機(jī)F8需另加一塊3851芯片，還不能真正稱的上為單片機(jī)。隨后，Mostek公司和仙童公司一起推出了與F8兼容的3870單片機(jī)系列。Intel公司在1976年9月推出了MCS-48單片機(jī)系列包括8048/8748

40、/8035等；GIGeneralInstrumentCrop公司在1977年10月宣布了PIC1650單片機(jī)系列；在1978年Rockwell公司也推出了R6500/1系列與6502微處理器兼容。這些單片機(jī)都有8位CPU、假設(shè)干個(gè)并行I/O口、8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、容量有限的RAM和ROM，以及簡單中斷處理等功能。Motorola公司和Zilog公司的單片機(jī)問世稍晚一些，但產(chǎn)品性能較高，單片機(jī)還有串行I/O、多極中斷處理等功能，片內(nèi)的RAM和ROM容量較大，有的還帶有A/D轉(zhuǎn)換接口。Motorola公司在1978年下半年宣布了與6800微處理器兼容的6801單片機(jī)在此之前，先推出了雙片式的680

41、2；Zilog公司在同年10月也推出了Z8單片機(jī)系列包括8051/8751/8031等。到1982年Mostek公司和Intel公司先后推出了16位單片機(jī)MK68200與68000微處理器兼容和MCS-96系列。1987年Intel公司又推出了性能是8096的倍新型單片機(jī)80296。綜上所述，可以把單片機(jī)的開展劃分為四個(gè)階段：第一階段1974年開始：單片機(jī)初級階段。因工藝限制，單片機(jī)采用雙片的形式，而且功能比擬簡單，如仙童公司的F8實(shí)際上只包括了8位CPU、64字節(jié)RAM和2個(gè)并行I/O口，因此，還需加一塊3851由1KROM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器和2個(gè)并行I/O口構(gòu)成才能組成一臺完整微型計(jì)算機(jī)。第二

42、階段1976年開始：低性能單片機(jī)階段。以Intel公司的MCS-48為列，采用了單片結(jié)構(gòu)。即在一塊芯片內(nèi)就含有8位CPU、并行I/O口、8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、RAM和ROM等，但無串行I/O口，中斷處理也比擬簡單，片內(nèi)RAM和ROM容量較小，且尋址范圍有限，一般都不大于4K字節(jié)。第三階段1978年開始：高性能單片機(jī)階段。這一類單片機(jī)帶有串行I/O，有多極中斷處理，定時(shí)/計(jì)數(shù)器為16位，片內(nèi)的RAM和ROM相對增大，且尋址范圍可達(dá)64K字節(jié)，有的片內(nèi)還帶有A/D轉(zhuǎn)換接口。這類單片機(jī)有Intel公司的MCS-51，Motorola公司的6801和Zilog公司Z8等。由于這類單片機(jī)應(yīng)用的領(lǐng)域較廣，目前

43、還在不斷改良和開展著。第四階段1982年開始：16位單片機(jī)階段。16位單片機(jī)除了CPU位16位外，RAM和ROM容量進(jìn)一步增大，實(shí)時(shí)處理的能力更強(qiáng)。如Intel公司的MCS-96，其集成度已為120000管子/片，主振幅12MHZ，片內(nèi)RAM為232字節(jié)，ROM為8K字節(jié)，中斷處理為8級，而且片內(nèi)帶有多通道10位A/D轉(zhuǎn)換和高速輸入/輸出部件HSIO，實(shí)時(shí)處理的能力很強(qiáng)。根據(jù)1989年5月的統(tǒng)計(jì)，包括單片信號處理機(jī)在內(nèi)，單片機(jī)有70幾個(gè)系列463個(gè)機(jī)種。 單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)

44、通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的平安保障系統(tǒng)，錄象機(jī)、攝象機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。更不用說自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。 單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個(gè)范疇：1.在智能儀器儀表上的應(yīng)用單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、功

45、率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。例如精密的測量設(shè)備功率計(jì)，示波器，各種分析儀。2.在工業(yè)控制中的應(yīng)用用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報(bào)警系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。3.在家用電器中的應(yīng)用可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器根本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯褒、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無所不在。4.在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)代的單片機(jī)普遍

46、具備通信接口，可以很方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備根本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從 ， 機(jī)、小型程控交換機(jī)、樓宇自動(dòng)通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動(dòng) ，集群移動(dòng)通信，無線電對講機(jī)等。5.單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。此外，單片機(jī)在工商，金融，科研、教育，國防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。3.2 數(shù)碼顯示技術(shù)4單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的顯示器通常有LED顯示器、LCD顯示器及CRT顯示器三種類型。 LEDLi

47、ght Emiting Diode是發(fā)光二極管的縮寫， LED顯示器是由發(fā)光二極管構(gòu)成的，俗稱數(shù)碼管。 LED顯示原理LED顯示器由七個(gè)發(fā)光二極管組成，稱七段LED顯示器，排列形狀如下圖。此外，顯示器中還有一個(gè)圓點(diǎn)發(fā)光二極管dp，用于顯示小數(shù)點(diǎn)。通過七段發(fā)光二極管亮暗的不同組合，可以顯示多種數(shù)字09，字母af、AF及其它符號。另外，在使用數(shù)碼管時(shí)必須增加限流電阻，以保護(hù)數(shù)碼管。圖3.1 7段LED顯示器及共陽極共陰極接法LED顯示器中的發(fā)光二極管共有兩種連接方法：1、陽極接法： 各發(fā)光二極管的陽極連接在一起，接到數(shù)碼管的位控端公共端，再接+5V；各發(fā)光二極管的陰極分別連接到數(shù)碼管的段控端ag、

48、dp。兩種接法見圖。2、陰極接法 ： 各發(fā)光二極管的陰極連接在一起，接到數(shù)碼管的位控端公共端，再接地；各發(fā)光二極管的陽極分別連接到數(shù)碼管的段控端ag、dp。 為了顯示數(shù)字或符號，要為LED顯示器提供代碼，由于這些代碼是為顯示字形的，因此稱之為字形代碼。七段發(fā)光二極管，再加上一個(gè)小數(shù)點(diǎn)位，共計(jì)段。因此，提供應(yīng)LED顯示器的字形代碼正好為一個(gè)字節(jié)。各代碼位的對應(yīng)關(guān)系如表所示。表 代碼為與顯示段關(guān)系代碼位D7D6D5D4D3D2D1D0顯示段dpgfedcba用LED顯示器顯示十六進(jìn)制數(shù)字形代碼如表、所示： 表 十六進(jìn)制數(shù)字形代碼顯示字符字型共 陽 極共 陰 極dpgfedcba字型碼dpGfedc

49、ba字型碼0011000000C0H001111113FH1111111001F9H0000011006H2210100100A4H010110115BH3310110000B0H010011114FH441001100199H0110011066H551001001092H011011016DH661000001082H011111017DH7711111000F8H0000011107H881000000080H011111117FH991001000090H011011116FHAA1000100088H0111011177HBB1000001183H011111007CHCC11000

50、110C6H0011100139H表 十六進(jìn)制數(shù)字形代碼顯示字符字型共 陽 極共 陰 極dpgfedcba字型碼dpGfedcba字型碼DD10100001A1H010111105EHEE1000011086H0111100179HFF100011108EH0111000171HHH1000100189H0111011076HLL11000111C7H0011100038HPP100011008CH0111001173HRR11001110CEH0011000131HUU11000001C1H001111103EHYY1001000191H011011106EH10111111BFH01000

51、00040H.011111117FH1000000080H熄滅滅11111111FFH0000000000H LED顯示器接口方法1、硬件為主的接口方法必須使用地址譯碼器、鎖存器或I/O接口電路，還需專用的譯碼驅(qū)動(dòng)器，通過譯碼器把一位十六進(jìn)制數(shù)四位二進(jìn)制譯碼為相應(yīng)的字形代碼，然后由驅(qū)動(dòng)器提供足夠的功率去驅(qū)動(dòng)LED。 電路圖如下圖。圖3.2 LED顯示器以硬件為主的接口方法2、軟件為主的接口方法主要以軟件查表來代替硬件譯碼，也需簡單的硬件電路配合。電路圖如下圖。圖3.3 LED顯示器以軟件為主的接口方法 LED顯示器的顯示方式1、ED靜態(tài)顯示方式 LED顯示器各位數(shù)碼管的位控線公共端連接在一起并

52、接地共陰極或+5V共陽極；各位數(shù)碼管的段選線adp分別與一位的鎖存器輸出相連。 LED靜態(tài)顯示方式中，顯示器的各位相互獨(dú)立，而且各位的顯示字符一經(jīng)確定，相應(yīng)鎖存器輸出將維持不變，直到顯示另一個(gè)字符為止，其亮度較高。缺點(diǎn)：占有較多I/O口線及較多鎖存器。六位LED數(shù)碼管共陽與共陰接法靜態(tài)顯示方式如下圖。圖3.4 六位LED數(shù)碼管靜態(tài)顯示方式2、LED動(dòng)態(tài)顯示方式 將LED顯示器各位數(shù)碼管的所有段控端adp相應(yīng)地并聯(lián)在一起，由一個(gè)位I/O口控制，形成段選線多路復(fù)用，而各位數(shù)碼管的共陽極或共陰極要分別由相應(yīng)的I/O口線控制，實(shí)現(xiàn)各位的分時(shí)選通。 由于各位數(shù)碼管的段選線并聯(lián)，段選碼的輸出對各位數(shù)碼管的

53、來說都是相同的。因此，同一時(shí)刻，如果各位的位選線都處于選通狀態(tài)的話，6位LED將顯示相同的字符。 假設(shè)需要各位數(shù)碼管顯示出與本位相應(yīng)的顯示字符，就必須采用掃描顯示方式，即在某一時(shí)刻，只讓某一位數(shù)碼管的位選線處于選通狀態(tài)，而其它各位數(shù)碼管的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)，同時(shí)，段選線上輸出相應(yīng)位要顯示字符的字型碼。這樣，在同一時(shí)刻，6位LED中只有選通的那一位數(shù)碼管顯示出字符，而其它各位數(shù)碼管那么是熄滅的，如此循環(huán)下去，就可以使各位數(shù)碼管顯示出將要顯示的字符。 特點(diǎn)：硬件電路簡化，但由于LED導(dǎo)通時(shí)間太短，亮度缺乏，應(yīng)增加驅(qū)動(dòng)器已提高驅(qū)動(dòng)能力，而且顯示位數(shù)控制在位以內(nèi)。動(dòng)態(tài)顯示六位LED的電路圖如下圖。圖3

54、.5 六位LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示方式4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)+WR74HC02+VCC74HC2113 a12 b11 c10 d9 e15 f14 g712654511-23 413 a12 b11 c10 d9 e15 f14 g712654511-13 489S51VCCVCC4.1 單片機(jī)及其外圍主要電路的設(shè)計(jì)圖 4.1 51單片機(jī)鍵盤控制及鍵號數(shù)碼顯示硬件電路51單片機(jī)鍵盤控制及鍵號數(shù)碼顯示硬件電路如下圖，51單片機(jī)的P1口控制鍵盤，其中，為列線，為行線。四根行線各接1只電阻，再與電源VCC+5V相連。四根行線同時(shí)也與74HC21四輸入與門的輸入端口相連，其輸出端與51單片機(jī)的外中斷0輸入端相

55、連。因?yàn)镻1口通過指令設(shè)置為0 xF0,即“11110000”，四列線均為“0”，如果沒有鍵按下，那么四個(gè)行線均為高電平?；蜷T74HC21輸出為高電平。當(dāng)有任意一個(gè)鍵被按下時(shí)， 74HC21的四個(gè)輸入端總有一個(gè)輸入為低電平。此時(shí)的74HC21的功能為：只要有一個(gè)輸入端為低電平，那么其輸出端為低電平。此下降沿觸發(fā)51單片機(jī)的外中斷0而引發(fā)中斷效勞搜索中斷鍵號，所以對鍵盤控制方式采用的是中斷搜索方式。鍵號的數(shù)碼顯示方式采用P0口輸出，輸出的兩位BCD碼分別由和送入到兩片4511譯碼器的ABCD端，如下圖。DC4511為四位BCD碼輸入，譯碼后產(chǎn)生7段數(shù)碼管顯示信號驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管進(jìn)行鍵號顯示。如下圖。圖

56、4.2 鍵號的數(shù)碼顯示電路圖4511的6腳，2腳，1腳，7腳為8421BCD碼的輸入端，引腳 EQ xto(LE) 為輸入使能端，低電平有效。B1為工作使能端，高電平有效。其控制功能見表4-1。表4-1 B1端控制功能表輸 入 端輸 出 端B1LTLED C B A g f e d c b a 110 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0110 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1110 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 110 010 0 0 0 0 0 0 0100 1 1 1 1 1 1 1 當(dāng)控制地址為0 xBFFF時(shí)，即P2狀態(tài)為10111111，與 EQ xt

57、o(WR) 配合，驅(qū)動(dòng)74HC02至4511的第5腳LE端，翻開4511的鎖存器，鍵號的顯示由P0口輸出。見圖4-1。P0口的，與4511-1的D、C、B、A相連，再經(jīng)譯碼后驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，顯示鍵號的個(gè)位。而P0的，與4511-2的D、C、B、A相連，經(jīng)譯碼后驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，顯示鍵盤號的十位數(shù)。4.2 鍵盤電路設(shè)計(jì)為了減少鍵盤與單片機(jī)接口時(shí)所占用 I/O 口線的數(shù)目，在鍵數(shù)較多時(shí)，通常都將鍵盤排列成列矩陣式，如下圖：圖4.3 鍵盤與單片機(jī)連接電路圖每一水平線與垂直線的交叉處不相通，而是通過一個(gè)按鍵來連通。利用這種行列矩陣結(jié)構(gòu)只需N個(gè)行線和M個(gè)列線即可組成M乘N個(gè)按鍵的鍵盤，那么鍵盤與微機(jī)連線為M加N根

58、。鍵數(shù)越多，這種鍵盤的優(yōu)點(diǎn)越明顯。圖4-5表示4乘4矩陣鍵盤，這個(gè)矩陣鍵盤的四條平行線接到接口的D7D4，列線接到接口的D3D0上。在采用這種矩陣式非編碼鍵盤的單片機(jī)系統(tǒng)中，鍵盤處理程序首先執(zhí)行確認(rèn)有無鍵盤按下的程序段，其工作過程為：CPU由D3D0口輸出全“0使所有的列線輸出低電平，然后取出D7D4的狀態(tài)，判斷是否為全“1，假設(shè)鍵盤上沒有鍵盤閉合，行，列線之間是斷開的，所有行線D7D4均為高電平；假設(shè)有鍵按下閉合時(shí)，那么對應(yīng)的行線和列線短路，那么行線的輸入即為列線的輸出。當(dāng)確認(rèn)有穩(wěn)定的鍵按下后，下一步就要識別那一個(gè)按鍵被按下。對鍵的識別通常采用逐行(逐列)掃描的查詢法。判斷鍵盤中哪一個(gè)鍵按下

59、，由列線逐列置低電平后，檢查行輸入狀態(tài)。其方法是：依次給列線送低電平，然后查所有行線狀態(tài)，如果全為“1，那么所按下之鍵不在此列。如果不全為“1，那么所按下的必在此列，而且是在與低電平行線相交的交點(diǎn)上的哪個(gè)鍵。最后確定鍵盤上每個(gè)鍵的鍵值。鍵值賦值的最直接方法是將列，行線按二進(jìn)制順序排列，當(dāng)某一鍵按下時(shí)，鍵盤掃描程序執(zhí)行到該列置0電平，讀出各行狀態(tài)為非全“1狀態(tài)，這時(shí)的行列數(shù)據(jù)組合成鍵值。如圖中鍵盤值從左至右，從上至下依次是77、7B、7D、7E；B7、BB、BD、BE；E7、EB、ED、EE。這種負(fù)邏輯表示往往不夠直觀，因而采取行列線加反相器或軟件求反的方法把鍵盤改成正邏輯，這時(shí)鍵值依次為88、

60、82、81；48、44、42、41；18、14、12、11。不管是正邏輯還是負(fù)邏輯，這種鍵盤的鍵值表示方式分散度大且不等距，用散轉(zhuǎn)指令進(jìn)入鍵處理程序不太方便。對于不是4 乘4或8乘4，8乘8鍵盤，使用也不太容易，所以在許多場合，還需要進(jìn)一步的程序處理，以依次排列鍵值。5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)概述鍵盤控制程序采用外中斷的方式進(jìn)入，即有人按下任意一個(gè)鍵，那么外中斷0啟動(dòng)，外中斷0的中斷效勞程序主要采用兩級循環(huán)程序嵌套的方式。鍵盤號碼變量為一個(gè)無符號的8位nkeynumber。外循環(huán)中首先將設(shè)置為0，P1其它端口設(shè)置為1，再讀入P1口狀態(tài)，進(jìn)入內(nèi)循環(huán)程序。第一步測試是否為0，見圖及掃描鍵