一实验目的
设计并实现一个4×4键盘接口控制器，含有时序产生电路、键盘扫描电路、弹跳消除电路、键盘译码电路、按键码存储电路、显示电路。要求：当按下某一键时，4位LED上显示对应的键值。
二实验内容
实验仪器中4×4矩阵键盘的电路原理图如图1所示。
图1 4×4矩阵键盘电路原理图
当X1—X4四条行选线中有其中一位为0时，读入Y1—Y4的四位行值。如Y1—X4输出为：0111，读入的Y1—Y4值为：0111，则对应按下的键为S1；当读入的Y1—Y4值为：1111时，则说明没有按键按下。X1—X4为扫描信号，在程序中我们用SEL[3..0]表示；Y1—Y4为键值读取信号，在程序中我们用KEYIN[3..0]表示。
扫描信号为SEL[3..1]，当SEL1为‘0’，其他位为‘1’，我们按下第一排第一键，此时KEYIN0输出‘0’，KEYIN1—KEYIN3输出全为‘1’，按下第二排第二键时，KEYIN1输出‘0’，其他输出‘1’；当SEL2为‘0’，其它位为‘1’时，我们按下第一排第二键，此时KEYIN0输出‘0’，KEYIN1—KEYIN3输出全为‘1’，同理其他键依此类推。
键盘上的每个按键就是一个开关，当某键被按下时，该按键的接点会呈现‘0’状态，反之为‘1’。扫描信号为SEL[3..0]输出到键盘，所以第一次只能扫描一排，依此周而复始。按键位置与数码的关系如表1所示。
若从KEYIN[3..0]输出的皆为‘1’时，表示没有按键按下，代表该列没有按键被按下，则不进行按键编码的操作，反之，如果有被按下时，则应将KEYIN[3..0]读出的值送到译码电路进行编码。
表1 按键位置与键值对应关系
光靠矩阵键盘是无法正确地完成输入工作的，另外还需搭配以下几个电路模块：
1、时钟产生电路
当一个系统中使用不同操作频率的脉冲波形时，最方便的方法就是利用一个自由计数器来产生各种频率。本电路中就使用三种不同频率的工作脉冲波形。它们分别是：系统时钟（它是系统内部所有时钟的提供者，频率最高）、弹跳消除取样信号、键盘扫描信号和七段显示器扫描信号。在很多的电路设计中，键盘扫描信号和七段显示器扫描信号可以使用相同的时钟信号，本设计也采用此方法。
具体做法：
●先建立一个N位的计数器，N的大小由电路的需求所定。N的值越大，分频的
次数就越多，但所占用的空间也越大。
●若要得到一个脉冲波形信号，可以只取计数器中一个值，如使用CLK<=Q(4)
语句，其值变化为0-1-0-1-1……。
●若要得到脉冲波形序列，可以取计数器中的几个值，如使用CLK<=Q(4
DOWNTO 3)语句，其值变化为00-01-10-11-00-01……。
2、键盘扫描电路
扫描电路的作用是用来提供键盘扫描信号（表1中的SEL3—SEL0）的电路，扫描信号的变化的顺序依次为1110—1101—1011—0111—1110依次的周而复始。扫描时依序分别扫描4列按键，当扫描信号为1110时，扫描0这一列按键……每扫描一列按键，就检查一次是否有按键按下，如果这排有按键按下，就马上停止扫描，立即进行按键编码动作，存储键码，如果没有按键按下，则继续扫描下一列。
3、弹跳消除电路
因为按键大多是机械式开关结构，在开关切换的瞬间会在接触点出现来回弹跳的现象，对于激活关闭一般电器并不会有何影响，但对于灵敏度较高的电路，却有可能产生误动作而出错。
弹跳现象产生的原因可从图2说明。虽然只是按下按键一次然后放掉，然而实际产生的按键信号却不只跳动一次，经过取样的检查后将会造成误判，以为按键两次。
图2 弹跳现象产生错误的抽样结果
如果调整抽样频率（如图3），可以发现弹跳现象获得了改善。
图3 调整抽样频率后得到的抽样结果
因此必须加上弹跳消除电路，避免误操作信号的发生。注意，弹跳消除电路所使用脉冲信号的频率必须比其它电路使用的脉冲信号的频率更高；通常将扫描电路或LED 显示电路的工作频率定在24H Z 左右，两者的工作频率是通常的4倍或更高。 4、 键盘译码电路
上述键盘中的按键可分为数字键和功能键。 数字键主要用来输入数字，但从表2中发现，键盘所产生的输出KEYIN3—KEYIN0无法拿来直接使用；另外不同的数字按键也担负不同的功能，因此必须由键盘译码电路来规划第个按键的输出形式，以便执行相应的动作。
有了表2，要写出键盘译码电路的VHDL 程序就非常容易了，尤其针对有表可以对照的电路设计，只要使用CASE-WHEN 或WHNE-ELSE 语句，便可轻松完成设计。
表2 键盘参数表
按键信号 抽样信号 抽样结果
按键信号 抽样信号 抽样结果
译码电路负责的工作有：
a)判别是否有键按下。
b)若被按下的是数字键或字母键，则编码成相对应的16进制编码。
c)若被按下的是数字键，除进行16进制编码外，同时还编码成BCD
码。
d)若按下是的功能键或其他按键，则编码成16进制编码。
5、按键码存储电路
因为每次扫描会产生新的按键数据，可能会覆盖前面的数据，所以需要一个按键存储电路，将整个键盘扫描完毕后记录下来。按键存储电路可以用移位寄存器构成，在这里对移位寄存器就不再介绍，请参阅前面相关实验。
键盘接口电路的引脚如图4所示。
图4 矩阵键盘接口模块引脚图
三实验连线
功能选择位VGA[3..0]状态为0101，即4X4键盘功能选取，此时16位数据总线只有最低的8位有效，其中高4位为键盘的4位行扫描输出，即SCAN[3..0]；低4位为键盘的4位列查询输入，即KEYIN[3..0]。
RST即对应CPU板上的RESET
CLK_IN即对应CPU板上的50MHz晶振输入，50MHz输入时钟经内部分频产生扫描时钟
LEDS0—LED3分别对应PIO9—PIO12，STATE对应PIO16，将PIO9—PIO12、PIO16用导线连接L1—L5
信息科学与技术学院 EDA 课程设计报告 题目名称：基于FPGA 的键盘扫描电路 学生姓名：王彪 学 号：2010508115 专业年级：电信10级（2）班 指导教师：钟福如老师 时 间： 2010.1.13
目录 1 课程设计综述—————————————————————— 2 1.1 课程设计的题目———————————————————— 2 1.2 题目要求——————————————————————— 2 2 方案选择———————————————————————— 2 3 整体电路的设计及分析——--——————————————— 3 3.1 顶层电路图—————————————————————— 3 3.2 各模块功能原理分析—————————————————— 4 4 心得体会——————————————————————— 12
1.课程设计综述 1.1 课程设计的题目 基于FPGA的键盘扫描电路。 1.3 题目要求 （1）、键盘按钮数为4，系统时钟10MHz。 （2）、能识别出所按按钮。 （3）、按钮被按下后，视为此按钮输入一次，若按钮长时间不松，（时限1S）后每隔0.5S 视为再次输入，直至按钮松开。 （4）、要求能对按钮按下时指令的抖动能正确处理。对持续时间小于50ms的输入不作响应。 （5）、各键设置不同优先级，多键同时按下时，视为优先级较高的按键被按下。2.方案选择 根据题目要求，需要4个按钮的键盘，通过查阅资料我选择通用的2*2行列式键盘，判断键盘中有无按键按下是通过行线送入扫描信号，然后从列线读取状态得到的。其方法是依次给行线送低电平，检查列线的输入。如果列线信号全为高电平，则代表低电平信号所在的行中无按键按下；如果列线有输入为低电平，则低电平信号所在的行和出现低电平的列的交点处有按键按下。原理框图如下所示：
矩阵键盘扫描原理 方法一： 逐行扫描：我们可以通过高四位轮流输出低电平来对矩阵键盘进行逐行扫描，当低四位接收到的数据不全为1的时候，说明有按键按下，然后通过接收到的数据是哪一位为0来判断是哪一个按键被按下。 方法二： 行列扫描：我们可以通过高四位全部输出低电平，低四位输出高电平。当接收到的数据，低四位不全为高电平时，说明有按键按下，然后通过接收的数据值，判断是哪一列有按键按下，然后再反过来，高四位输出高电平，低四位输出低电平，然后根据接收到的高四位的值判断是那一行有按键按下，这样就能够确定是哪一个按键按下了。
//行列扫描 #include
void delay10ms() { unsigned char a,b; for(a=38;a>0;a--) for(b=130;b>0;b--); } void keydown() //检测按下，按下时需要消抖，检测松开，返回按键值//没有按键时保持 { unsigned char n=0,key; GPIO_KEY=0x0f; if(GPIO_KEY!=0x0f)//读取按键是否按下 { delay10ms(); //延时10ms消抖 if(GPIO_KEY!=0x0f)//再次检测按键是否按下 { GPIO_KEY=0x0f;//测试列 switch(GPIO_KEY) { case 0x07: key=0;break;
3.键盘的应用，第一排。 #include
case 0x7e:num=4; break; } } while(temp!=0xf0) { temp=P3; temp=temp&0xf0; } } dula=1; P0=table[num-1]; dula=0; } } void delay(uint z) //延时函数 { uint x,y; for(x=z;x>0;x--) for(y=110;y>0;y--); }
南京林业大学 实验报告 基于AT89C51 单片机4x4矩阵键盘接口电路设计 课程机电一体化设计基础 院系机械电子工程学院 班级 学号 姓名
指导老师杨雨图 2013年9月26日
一、实验目的 1、掌握键盘接口的基本特点，了解独立键盘和矩 阵键盘的应用方法。 2、掌握键盘接口的硬件设计方法，软件程序设计 和贴士排错能力。 3、掌握利用Keil51软件对程序进行编译。 4、用Proteus软件绘制“矩阵键盘扫描”电路，并用测试程序进行仿真。 5、会根据实际功能，正确选择单片机功能接线，编制正确程序。对实验结果 能做出分析和解释，能写出符合规格的实验报告。 二、实验要求 通过实训，学生应达到以下几方面的要求： 素质要求 1.以积极认真的态度对待本次实训，遵章守纪、团结协作。 2.善于发现数字电路中存在的问题、分析问题、解决问题，努力培养独立 工作能力。 能力要求 1.模拟电路的理论知识 2.脉冲与数字电路的理念知识 3.通过模拟、数字电路实验有一定的动手能力 4.能熟练的编写8951单片机汇编程序 5.能够熟练的运用仿真软件进行仿真 三、实验工具 1、软件：Proteus软件、keil51。 2、硬件：PC机，串口线，并口线，单片机开发板 四、实验内容
1、掌握并理解“矩阵键盘扫描”的原理及制作，了解各元器件的参数及格 元器件的作用。 2、用keil51测试软件编写AT89C51单片机汇编程序 3、用Proteus软件绘制“矩阵键盘扫描”电路原理图。 4、运用仿真软件对电路进行仿真。 五．实验基本步骤 1、用Proteus绘制“矩阵键盘扫描”电路原理图。 2、编写程序使数码管显示当前闭合按键的键值。 3、利用Proteus软件的仿真功能对其进行仿真测试，观察数码管的显示状 态和按键开关的对应关系。 4、用keil51软件编写程序，并生成HEX文件。 5、根据绘制“矩阵键盘扫描”电路原理图，搭建相关硬件电路。 6、用通用编程器或ISP下载HEX程序到MCU。 7、检查验证结果。 六、实验具体内容 使用单片机的P1口与矩阵式键盘连接时，可以将P1口低4位的4条端口线定义为行线，P1口高4位的4条端口线定义为列线，形成4*4键盘，可以配置16个按键，将单片机P2口与七段数码管连接，当按下矩阵键盘任意键时，数码管显示该键所在的键号。 1、电路图
课程设计 题目矩阵键盘电路设计教学院计算机学院 专业计算机应用技术班级 姓名 指导教师 2010 年01 月12 日
前言.................................................................... 第一章需求分析......................................................... 功能描述......................................................... 功能分析......................................................... 第二章系统的原理及分析................................................. 用到的知识点的介绍，知识点使用的总体思路 第三章详细设计......................................................... 硬件设计 系统结构图，元器件的选择等 软件设计 所设计的软件关键模块的程序流程 第四章测试............................................................ 运行结果分析等 第五章总结............................................................. 参考文献................................................................ 附录 关键程序代码........................................................
行列反转扫描法在矩阵键盘中的应用及编程思想 我现在正在学习51单片机，学到矩阵键盘时，遇到了一些小问题，感觉行列扫描法原理简单，但编程较啰嗦，而且没有固定的编程模式，一个人一个编法，代码复杂，一会儿就能把人绕晕。于是我就想寻找有没有一种编程思想灵巧，代码简便的程序，通过苦苦在网上寻觅，终于找到了反转法。 行列反转扫描法法可能有些教材资料里都有，但是介绍都不够详细，我找到一个资料，代码非常简单，但是并不好理解，我苦苦思索了一个晚上才弄明白。于是根据反转法的思想，我写了一个代码不是最少，但却是非常容易理解的程序，在此拿来与大家共享。此程序已在开发板及Proteus软件中仿真成功。 电路原理图： P1口接矩阵键盘，其中P1.0~P1.3接行线，P1.4~P.7接列线，P0口接共阴极7段数码管。
反转法的原理： 反转法就是通过给单片机的端口赋值两次，最后得出所按键的值的一种算法。 for example: 如图1所示，取P1口的低四位为行线，高四位为列线。 1.我们给P1口赋值0x0f，即00001111，假设0键按下了，则这时P1口的实际值为00001110；
2.我们给P1口再赋值0xf0，即11110000，如果0键按下了，则这时P1口的实际值为11100000； 3.我们把两次P1口的实际值相加得11101110，即0xee。 由此我们便得到了按下0键时所对应的数值0xee，以此类推可得出其他15个按键对应的数值，有了这种对应关系，矩阵键盘编程问题也就解决了，也就是程序的算法已经有了。对应关系见图2. 以下为程序： /*反转法矩阵键盘的应用，我认为这是一个编程简便又容易理解的矩阵键盘编程应用*/ #include
9.3.1 矩阵键盘的工作原理和扫描确认方式 来源：《AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践》M16华东师范大学电子系马潮 当键盘中按键数量较多时，为了减少对I/O 口的占用，通常将按键排列成矩阵形式，也称为行列键盘，这是一种常见的连接方式。矩阵式键盘接口见图9-7 所示，它由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上。当键被按下时，其交点的行线和列线接通，相应的行线或列线上的电平发生变化，MCU 通过检测行或列线上的电平变化可以确定哪个按键被按下。 图9-7 为一个 4 x 3 的行列结构，可以构成12 个键的键盘。如果使用 4 x 4 的行列结构，就能组成一个16 键的键盘。很明显，在按键数量多的场合，矩阵键盘与独立式按键键盘相比可以节省很多的I/O 口线。 矩阵键盘不仅在连接上比单独式按键复杂，它的按键识别方法也比单独式按键复杂。在矩阵键盘的软件接口程序中，常使用的按键识别方法有行扫描法和线反转法。这两种方法的基本思路是采用循环查循的方法，反复查询按键的状态，因此会大量占用MCU 的时间，所以较好的方式也是采用状态机的方法来设计，尽量减少键盘查询过程对MCU 的占用时间。 下面以图9-7 为例，介绍采用行扫描法对矩阵键盘进行判别的思路。图9-7 中，PD0、PD1、PD2 为3 根列线，作为键盘的输入口（工作于输入方式）。PD3、PD4、PD5、PD6 为4根行线，工作于输出方式，由MCU（扫描）控制其输出的电平值。行扫描法也称为逐行扫描查询法，其按键识别的过程如下。 √将全部行线PD3－PD6 置低电平输出，然后读PD0－PD2 三根输入列线中有无低电平出现。只要有低电平出现，则说明有键按下（实际编程时，还要考虑按键的消抖）。如读到的都是高电平，则表示无键按下。 √在确认有键按下后，需要进入确定具体哪一个键闭合的过程。其思路是：依
摘要 在现代电子工业的控制电路中，键盘扫描和显示电路对系统的调试和设置有着重要的作用。随着EDA技术的发展，基于FPGA的扫描键盘因其结构简单，能有效防止机械键盘按键抖动带来的数据错误等优点在许多电子设备中都得到了广泛的应用。 本文主要是设计一个基于FPGA的键盘扫描程序，该设计在EDA工具Quarutus II9.0上开发完成，以Creat-SOPC2000实验箱上的4*4矩阵键盘为硬件实体，设计键盘扫描程序，将程序划分为时序产生模块、键盘扫描模块、弹跳消除模块、键值译码模块四个模块，时序产生模块为键盘扫描和弹跳消除模块产生时钟信号，键盘扫描模块采用行扫描法对4*4矩阵键盘进行扫描，键值译码模块将所按键值译码为共阳极8位7段数码管的显示码,几个模块组合起来实现键盘扫描的设计要求。最后对程序进行仿真分析和硬件验证。仿真结果表明，该系统具有集成度高、稳定性好、设计灵活和设计效率高等优点。 关键词： FPGA，Quartus II，VHDL，键盘扫描
ABSTRACT In the modern electronics industry controlling-circuit, the keyboard scanning and display circuit plays an important role in debugging and setting the system. With the development of EDA technology, FPGA-based scanning keyboard have been widely used in many electronic devices because of its simple structure, and it also can effectively prevent mechanical keyboard jitter caused by data errors. This article primarily designed an FPGA-based keyboard scan procedures, this design is developed on the EDA tools—— Quarutus II9.0 and designed the keyboard scan program, using the Creat-SOPC2000 experimental box 4 * 4 matrix keyboard as the hardware entity .the program is divided into four modules as the timing generation module, a keyboard scanning module, bounce cancellation module and the decoding module. The timing generation module generates the clock signal for the keyboard scanning and bounce elimination module, the keyboard scanning module using the line scanning method to sweep the 4* 4 matrix keyboard, key decoder module decodes the key value for the common anode eight 7-segment display code. Several modules assembles together to meet the keyboard scanning design requirements. Finally, conducting simulation analysis by the program and verifying the hardware.Simulation results show that the system has many advantages such as high integration, good stability, high efficiency, flexible design and high design efficiency. Keywords: FPGA，Quartus II，VHDL，keyboard scanning
扫描式矩阵键盘课程设 计 Company number【1089WT-1898YT-1W8CB-9UUT-92108】
4X4扫描式矩阵键盘课程设计课程设计名称: 4_4扫描式矩阵键盘设计 姓名： DUKE 班级：电子1008班 学号： 10086 成绩： 日期： 2014年1月6日 摘要 随着21世纪的到来，电子信息行业将是人类社会的高科技行业之一，式设施现代化的基础，也是人类通往科技巅峰的直通路。电子行业的发展从长远来看很重要，但最主要的还是科技问题。 矩阵式键盘提高效率进行按键操作管理有效方法，它可以提高系统准确性，有利于资源的节约，降低对操作者本身素质的要求。是它能准时、实时、高效地显示按键信息，以提高工作效率和资源利用率。 矩阵式键盘乃是当今使用最为广泛的键盘模式，该系统以N个端口连接控制N*N个按键，显示在LED数码管上。单片机控制依据这是键盘显示系统，该系统可以对不同的按键进行实时显示，其核心是单片机和键盘矩阵电路部分，主要对按键与显示电路的关系、矩阵式技术及设备系统的硬件、软件等各个部分进行实现。 4*4矩阵式键盘采用AT89C51单片机为核心，主要由矩阵式键盘电路、译码电路、显示电路等组成，软件选用C语言编程。单片机将检测到的按键信号
转换成数字量，显示于LED显示器上。该系统灵活性强，易于操作，可靠性高，将会有更广阔的开发前景。 目录 第一章：系统功能要求-------------------------------------------------------- 1.1 4*4 矩阵式键盘系统概述------------------------------------------------ 1.2 本设计任务和主要内容--------------------------------------------------- 第二章：方案论证--------------------------------------------------------------- 第三章：系统硬件电路的设计------------------------------------------------ 3.1 单片机控制系统原理----------------------------------------------------- 3.2 原理图绘制说明---------------------------------------------------------- 3.3 画出流程图---------------------------------------------------------------- 3.4 原理图绘制---------------------------------------------------------------
#include
长沙学院 《单片机原理及应用》 课程设计说明书 题目液晶显示4*4矩阵键盘按键号 程序设计 系(部) 电子与通信工程系 专业(班级) 电气1班 姓名龙程 学号2011024109 指导教师刘辉、谢明华、王新辉、马凌 云 起止日期2014.5.19—2014.5.30
长沙学院课程设计鉴定表
《单片机技术及应用》课程设计任务书系(部)：电子与电气工程系专业：11级电子一班指导教师：谢明华、刘辉
目录 前言 (5) 一、课程设计目的 (6) 二、设计内容及原理 (6) 2.1 单片机控制系统原理 (6) 2.2阵键盘识别显示系统概述 (6) 2.3键盘电路 (7) 2.4 12864显示器 (8) 2.5整体电路图 (9) 2.6仿真结果 (9) 三、实验心得与体会 (10) 四、实验程序 (10) 参考文献 (18)
前言 单片机，全称单片微型计算机（英语：Single-Chip Microcomputer），又称微控制器 应（不用外接硬件）和节约成本。它的最大优点是体积小，可放在仪表内部，但存储量小，输入输出接口简单，功能较低。由于其发展非常迅速，旧的单片机的定义已不能满足，所以在很多应用场合被称为范围更广的微控制器；从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的32位300M的高速单片机。现代人类生活中所用的几乎每件有电子器件的产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电子产品中都含有单片机。汽车上一般配备40多片单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百片单片机在同时工作!单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算机的总和，甚至比人类的数量还要多。 是以电流刺激液晶分子产生点、线、面配合背部灯管构成画面。由一定数量的彩色或黑白像素组成，放置于光源或者反射面前方。液晶显示器功耗低，因此倍受工程师青睐，适用于使用电池的电子设备。英国科学家在上世纪制造了第一块液晶显示器即LCD。而第一台可操作的LCD基于动态散射模式(Dynamic Scattering Mode,DSM)，是RCA公司乔治·海尔曼带领的小组开发的。 LED点阵屏通过LED(发光二极管）组成，以灯珠亮灭来显示文字、图片、动画、视频等，是各部分组件都模块化的显示器件，通常由显示模块、控制系统及电源系统组成。LED点阵显示屏制作简单，安装方便，被广泛应用于各种公共场合，如汽车报站器、广告屏以及公告牌等。 交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口（如P1口）就可以构成4*4=16个按键， 键盘是合理的。
任务九设计说明2 一、电路原理及仿真图： 二、程序设计： #include
case 128:key=key+0;}} void main(){ P0=display[16]; get(); P0=display[key]; } 程序完成两个功能，首先扫描键盘，检测是否有按键按下并计算键值。 然后如果有按键按下则驱动数码管显示相应键值，否则显示”-“符号。 三、设计说明 如电路原理图所示，图中矩阵键盘和P3端口连接，共阳极数码管的段选端和单片机的P0口连接，位选直接接到高电平，使得数码管始终处于选通状态。系统启动后，单片机逐行扫描键盘，当没有按键按下时，驱动数码管显示“-”符号，当检测到有按键按下时，单片机将相应键值对应的数码编码送至P0端口，驱动数码管以十六进制方式显示被按下的按键的键值。四、遇到的问题 首先遇到的问题是系统启动后数码管没有任何显示，仔细查看仿真现象后发现P0口始终为高阻状态，于是怀疑是数码管极性错误。再检查数码管型号后发现果然使用了共阴极数码管，于是换成共阳极数码管后终于有了显示。其次是希望键值从键盘的左下角起始，即左下角键值为0。但由于对键盘的扫描方向理解的不是很透彻，导致调试了很多次，键值排列顺序都不尽人意。不过最终还是达到了设计要求。
《微处理器系统与接口技术》课程实践报告 计算器 班级： 学号： 学生姓名： 指导老师： 日期： 2014.7.5 ******电子与信息工程学院
目录 1、设计题目:计算器 (3) 2、设计目的 (3) 3、计算器总体设计框图 (3) 4、计算器详细设计过程 (4) 4.1输入模块 (4) 4.2键盘输入电路 (5) 4.3主程序模块 (6) 5、分析与调试 (6) 7、运行结果 (8) 8、结束语 (8) 8、参考文献 (8) 9、源程序附录 (9) 9.1主程序 (9) 9.2延时函数delay (12) 9.3显示函数display (12) 9.4键盘扫描函数 (14) 9.5预定义函数 (15)
1、设计题目:计算器 2、设计目的 此次课程实践题目是基于单片机简单计数器的设计，本此设计使用的是Intel公司MCS-51系列的8051AH单片机。设计的计算器可以实现2位小数的加、减、乘、除运算以及整数的乘方运算，其中用4*4矩阵键盘来输入待参与运算的数据和运算符；八位数码管动态显示输入待参与运算的数据以及运算后产生的结果，每个硬件模块的调用过程中涉及到了函数入口及出口参数说明，函数调用关系描述等。 3、计算器总体设计框图 计算器以MCS-51系列的8051AH单片机作为整个系统的控制核心，应用其强大的I/O功能和计算速度，构成整个计算器。通过矩阵键盘输入运算数据和符号，送入单片机进行数据处理。经单片机运算后控制LED数码管的输出。整体框图如图1所示： 图3 整体框图 本系统硬件主要由矩阵键盘、独立键盘I/O输入输出、数码管显示等主要部分组成。各模块的主要功能如下： (1)矩阵键盘将十六进制编码的数字送到单片机。 (2) 单片机扫描键盘信号并接收，对输入的键盘信号进行处理 (3) LED以动态扫描的方式移位显示每次输入的数据和最后的运算结果。实践设计的具体流程图如下图2所示：
1 4×4矩阵式键盘识别显示系统概述 矩阵式键盘模式以N个端口连接控制N*N个按键，实时在LED数码管上显示按键信息。显示按键信息，既降低了成本，又提高了精确度，省下了很多的I/O 端口为他用，相反，独立式按键虽编程简单，但占用I/O口资源较多，不适合在按键较多的场合应用。并且在实际应用中经常要用到输入数字、字母、符号等操作功能，如电子密码锁、电话机键盘、计算器按键等，至少都需要12到16个按键，在这种情况下如果用独立式按键的话，显然太浪费I/O端口资源，为了解决这一问题，我们使用矩阵式键盘。 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1.1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1.1 键盘布局
2系统主要硬件电路设计 2.1单片机控制系统原理 图2.1 单片机控制系统原理框图 2.2单片机主机系统电路 AT89C52单片机是51系列单片机的一个成员，是52单片机的简化版。内部自带2K字节可编程FLASH存储器的低电压、高性能COMS八位微处理器，与Intel MCS-52系列单片机的指令和输出管脚相兼容。由于将多功能八位CPU和闪速存储器结合在单个芯片中，因此，AT89C52构成的单片机系统是具有结构最简单、造价最低廉、效率最高的微控制系统，省去了外部的RAM、ROM和接口器件，减少了硬件开销，节省了成本，提高了系统的性价比。 图2.2 单片机主机系统图
《单片机原理及应用课程设计》报告 ——数码管显示4×4矩 阵键盘的键盘号 专业：电子信息科学与技术 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 2012年 5月15日 1、课程设计目的 1.1巩固和加深对单片机原理和接口技术知识的理解；
1.2培养根据课题需要选学参考书籍、查阅手册和文献资料的能力； 1.3学会方案论证的比较方法，拓宽知识，初步掌握工程设计的基本方法； 1.4掌握常用仪器、仪表的正确使用方法，学会软、硬件的设计和调试方法； 1.5能按课程设计的要求编写课程设计报告，能正确反映设计和实验成果，能用计算机绘制电路图和流程图。 2、课程设计要求 单片机的P1口的P1.0～P1.7连接4×4矩阵键盘，P0口控制一只数码管，当4×4矩阵键盘中的某一按键按下时，数码管上显示对应的键号。例如，1号键按下时，数码管显示“1”， 14号键按下时，数码管显示“E”等等。 3、硬件设计 3.1 设计思想 分析本任务的要求，在课程设计的基础上，添加要求，使设计能够完成当4×4矩阵键盘中的某一按键按下时，数码管上显示对应的键号。 3.2主要元器件介绍： AT89C51单片机 LED数码管 4X4矩阵键盘 3.3 功能电路介绍 AT89C51单片机：控制器。程序中将单片机的引脚置高电平低电平，单片机通过读取IO引脚的电平，在根据读取的数据去查找数组中相应的按键值，然后在送到数码管也就是P0口去显示.(51单片机通过IO口来读取键盘的电平，再通过程序来查找对应的数值，在送到数码管去显示) LED数码管 :输出设备 4X4矩阵键盘：输入设备 4、软件设计 4.1 设计思想
通过对矩阵键盘的逐行扫描，来获得所按下键的键盘号，最终通过数码管显示出来。 4.2软件流程图 4.3源程序 #include
键盘扫描电路 设计：2014-4-1 1.电路名称：键盘扫描电路 2.电路概述：（包括遵循的依据或标准，实现的功能） 利用矩阵键盘方式，实现12位按键输入，供用户对电能表进行充值等操作，广泛应用于一体式预付费键盘表及分体式CIU等产品中。 3.工作参数及指标 参比温度23℃±2℃ 4.电路图 5.电路图的工作原理描述： 在上电模式下，程序SW1-SW4一直输出低电平，SW5-SW7检测高低电平，在没有按键被按下的情况下SW5-SW7都被上拉到高电平，当十二位按键中任意一位被按下时，SW1-SW4的低电平通过分压电阻使的SW5-SW7中某位由
高电平变为低电平，程序开始进入按键扫描，逐一使SW1-SW4输出低电平并结合SW-SW7的状态确认哪个按键被按下，程序扫描两次以防止误判。 在掉电模式下（适用于TDK654X系列芯片），由于TDK654X系列芯片进入低功耗后管脚无法控制，因此电路增加D1、D2两个双二级管，用于按键唤醒单片机，当低功耗模式下SW1-SW4无法输出低电平，此时键盘被按下时先通过D1、D2使PB脚电平由低到高变化唤醒单片机，单片机被唤醒后通过上电模式一样的程序扫描方式以确认具体是哪个按键被按下。 图一 图一中坐标1是PB口线的波形，坐标2是SW5口线的波形，在掉电情况下，当按一下S1按键，PB口产生一个3V的高电平脉冲（TDK芯片高电平为2V 以上），唤醒芯片程序初始化SW1-SW4，此时按键被按着因此SW5会有一个低电平脉冲，程序进入扫描后PB由于SW1-SW4轮流输出高的原因使PB持续高电平25ms左右，扫描完一轮后程序进入按键释放期150ms，SW1-SW4全部输出低，因此PB持续150ms低电平，然后程序进入第二轮扫描，由于SW1-SW4轮流输出高电平的原因，PB又会产生一个高电平，且高电平宽度宽度是SW5的4倍，扫描完两轮后又进入按键释放期，此时S1键被释放，程序按键处理完成进入低功耗模式，PB与SW5口线恢复到默认状态。
PIC单片机自学手记——PIC单片机矩阵键盘+行扫描法 /*采用行扫描法RAM占用空间较少（呵呵起码我写的程序是这样的，因为我刚开始学，还不是很懂各方面的程序优化）*/ #include
if((temp&0x07)!=0x07)//延时消抖后再次判断是否真的有按键按下，如果有再判断是此行的哪个按键(这里我们用的是3x3矩阵键盘，则每行有3种情况){PORTB=0x37;//第一行状态 temp=PORTB;//读回B端口状态值 switch(temp)//判断第一行按键按下后可能产生的情况{case 0x33:key=7;break;//第一种情况：1号按键按下_0B0011 0011 case 0x35:key=4;break;//第二种情况：2号按键按下_0B0011 01 case 0x36:key=1;break;//第三种情况：3号按键按下_0B0011 0110}PORTB=0x2F;//第二行状态 temp=PORTB;//读回B端口状态值 switch(temp)//判断第二行按键按下后可能产生的情况{case 0x2b: key=8;break;//第一种情况：4号按键按下_0B0010 1011 case 0x2d: key=5;break;//第二种情况：5号按键按下_0B0010 1101 case 0x2e: key=2;break;//第三种情况：6号按键按下_0B0011 1110}PORTB=0x1F;//第三行状态 temp=PORTB;//读回B端口状态值 switch(temp)//判断第三行按键按下后可能产生的情况{case 0x1b: key=9;break;//第一种情况：7号按键按下_0B0001 1011 case 0x1d: key=6;break;//第二种情况：8号按键按下_0B0001 1101 case 0x1e:
矩阵控制键盘操作说明 键盘概述 控制器是智能电视监控系统中的控制键盘，也是个监控系统中人机对话的主要设备。可作为主控键盘，也可作为分控键盘使用。对整个监控系统中的每个单机进行控制。 键盘功能 １．中文/英文液晶屏显示 ２．比例操纵杆（二维、三维可选）可全方位控制云台，三维比例操纵杆可控制摄像机的变倍 ３．摄像机可控制光圈开光、聚集远近、变倍大小 ４．室外云台的防护罩可除尘和除霜 ５．控制矩阵的切换、序切、群组切换、菜单操作等 ６．控制高速球的各种功能，如预置点参数、巡视组、看守卫设置、菜单操作等 ７．对报警设备进行布/撤防及报警联动控制 ８．控制各种协议的云台、解码器、辅助开头设置、自动扫描、 自动面扫及角度设定 ９．在菜单中设置各项功能 10．键盘锁定可避免各种误操作，安全性高 11．内置蜂鸣器桌面上直接听到声音，可判断操作是否有效 技术参数 １．控制模式主控、分控 ２．可接入分控数16个 ３．可接入报警模块数239个 ４．最大报警器地址1024个 ５．最大可控制摄像机数量1024个 ６．最大可控制监视器数量 64个 ７．最大可控制解码器数量 1024个 ８．电源 AC/DC9V（最低500mA的电源） ９．功率 5W 10．通讯协议Matri、PEL-D、PEL-P、VinPD 11．通讯波特率1200 Bit/S,2400 Bit/S,4800 Bit/S ,9600Bit/S， Start bit1,Data bit8,Stop bit1
接线盒的脚定义 控制线连接图 键盘按键说明 lris Focus Far 聚焦远 Focus Near 聚焦近 Zoom Tele 变倍大 Zoom Wide 变倍小 DVR 设备操作 DVR 功能键 Shift 用户登入 Login 退出键 Exit 报警记录查询 List 进入键盘主菜单 MENU 启动功能 F1/ON 关闭功能 F2/OFF 液晶显示区
4*4矩阵键盘电路连接图和快速扫描完整程序 #include
P0=wei[x]; while(b--); LE1=0; } //////////////////////////////////////////////////////////////////// //4*4矩阵扫描，键值保存在key中 void key_4x4() { P1=temp; //初值uchar temp=0xfe; sm=P1; sm=sm&0xf0; //取P1口高四位的值，如果为0就表示无键按下if(sm!=0xf0) { switch(sm) { case 0x70:{key=0+4*beis;break;} case 0xb0:{key=1+4*beis;break;} case 0xd0:{key=2+4*beis;break;} case 0xe0:{key=3+4*beis;break;} default :{key=10+4*beis;break;} } } else { if(temp==0xf7) { temp=0xfe; } else { temp=_crol_(temp,1); } beis++; if(beis==4)beis=0; } } ////////////////////////////////////////////////////////////////////