基于单片机控制的矩阵键盘显示系统设计

课程设计说明书单片机原理与接口技术专业建筑电气与智能化学生姓名葛益新班级BD电建101学号1020602106指导教师吴冬春完成日期2014年1月17日盐城工学院课程设计说明书（2010）目录一理论部分...............................................................................................................................................11课题要求与内容..............................................................................................................12系统方案设计.................................................................................................................13系统硬件的设计.............................................................................................................13.1STC89C51特性.............................................................................................23.2STC89C51内部结构框图.............................................................................23.3STC89C51管脚图，实物图.........................................................................33.4I/O口各种不同的工作模式及配置介绍......................................................33.5I/O线..............................................................................................................33.6单片机最小系统...........................................................................................43.7矩阵键盘系统设计........................................................................................53.8数码管显示电路............................................................................................63.9数码管与单片机的连接电路........................................................................74系统软件设计..................................................................................................................85.仿真图片...........................................................................................................................96.设计小结..........................................................................................................................107.参考文献..........................................................................................................................11三附录......................................................................................................................................................12盐城工学院课程设计说明书（2010）1一理论部分理论设计课题名称：基于单片机控制的矩阵键盘显示系统设计1课题要求与内容以51为核心的STC89C51单片机为控制芯片，设计制作数码管显示电路，矩阵键盘电路，单片机最小系统电路。通过程序控制4*4的矩阵键盘，经过单片机处理之后显示在数码管上，当按下键盘上的任意一个键的时候，数码管上会显示相应的数字。因为本系统采用的是单位数码管，所以我们这边用十六进制表示。设计软件系统和硬件系统，画出硬件系统图和PCB图，最后制作PCB板，满足本次的课程设计要求。2系统方案设计本设计是由4*4的矩阵键盘，晶振电路，8051单片机，复位电路，数码显示电路等组成，矩阵键盘通过软件来控制8051单片机从来改变数码显示器上的数字，其组成框图如下所示：8051单片机晶振电路复位电路数码管显示电路矩阵键盘电源图1系统框图3系统硬件的设计本次选用的是以51为核心的STC89C51单片机为主控芯片。此款单片机是STC推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可任选，HD版本8051单片机MAX810专用复位电路。盐城工学院课程设计说明书（2010）23.1STC89C51特性1.增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可任意选择指令代码完全兼容传统80512.工作电压：5.5V-3.3V(5V单片机)/3.8V-2.0V(3V单片机)3.工作频率范围：0～40MHz，相当于普通8051的0～80MHz，实际工作频率可达48MHz.4.用户应用程序空间：4K/8K/13K/16K/32K/64K字节5.片上集成1280字节�或512字节RAM6.通用I/O口(35/39个)，复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉(普通8051传统I/O口)�；P0口是开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。7.ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片8.有EEPROM功能9.看门狗10.内部集成MAX810专用复位电路(HD版本和90C版本才有)，外部晶体20M以下时，可省外部复位电路。11.共3个16位定时器/计数器，其中定时器0还可以当成2个8位定时器使用。12.外部中断4路,下降沿中断或低电平触发中断，PowerDown模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒�。13.通用异步串行口(UART)，还可用定时器软件实现多个UART14.工作温度范围：-40~+85℃(工业级)/0~75℃(商业级)15.封装：LQFP-44,PDIP-40,PLCC-44,PQFP-44.3.2STC89C51内部结构框图图2内部结构图盐城工学院课程设计说明书（2010）33.3STC89C51管脚图，实物图图3STC89C51管脚图图4STC89C51实物图3.4I/O口各种不同的工作模式及配置介绍STC89C51RC/RD+系列单片机所有I/O口均(新增P4口)有3种工作类型：准双向口/弱上拉（标准8051输出模式）、仅为输入（高阻）或开漏输出功能。STC89C51RC/RD+系列单片机的P1/P2/P3/P4上电复位后为准双向口/弱上拉（传统8051的I/O口）模式P0口上电复位后是开漏输出。P0口作为总线扩展用时不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加10K-4.7K上拉电阻。STC89C51RC/RD+的5V单片机的P0口的灌电流最大为12mA,其他I/O口的灌电流最大为6mA。STC89LE51RC/RD+的3V单片机的P0口的灌电流最大为8mA,其他I/O口的灌电流最大为4mA。1.ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲①ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址②PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。2.PSEN:外ROM读选通信号。3.RST/VPD:复位/备用电源。①RST（Reset）功能：复位信号输入端。②VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。4.EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。①EA功能：内外ROM选择端。②Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp3.5I/O线80C51共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。P3口还具盐城工学院课程设计说明书（2010）4有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。3.6单片机最小系统要使单片机工作，必须提供复位电路和晶体振荡电路，即组成单片机最小应用系统，使其正常工作。采用的复位方法是自动复位，单片机复位满足的条件为：RST引脚上出现10ms(T=RC)以上的高电平，所以当电容值取C=10UF时，电阻R=10K才会满足要求。晶振选用12MHZ。P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.23P1.34P1.4/SS5P1.5/MOSI6P1.6/MISO7P1.7/SCK8RST9P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P3.6/WR16P3.7/RD17XTAL218XTAL119GND20A8/P2.021A9/P2.122A10/P2.223A11/P2.324A12/P2.425A13/P2.526A14/P2.627A15/P2.728PSEN29PROG/ALE30EA31AD7/P0.732AD6/P0.633AD5/P0.534AD4/P0.435AD3/P0.336AD2/P0.237AD1/P0.138AD0/P0.039VCC40U1STC89C51C210uFS3KEYR1010kGNDVCCP1.4Y112M30pFC130pFC3GNDVCCGND图5最小系统图⒈电源:⑴单片机40脚接VCC-芯片电源，接+5V；⑵单片机20脚接地-接地端；⒉时钟:XTAL1、XTAL2-晶体振荡电路反相输入端和输出端。3.晶振电路晶振是为电路提供频率基准的元器件，通常分成有源晶振和无源晶振两个大类，无源晶振通常信号质量和精度较差，需要精确匹配外围电路（电感、电容、电阻等），如需更换晶振时要同时更换外围的电路。有源晶振不需要芯片的内部振荡器，可以提供高精度的频率基准，信号质量也较无源晶振要好。本设计选用有源晶振，晶振电路如图所示盐城工学院课程设计说明书（2010）5Y112M30pFC130pFC3XTAL2XTAL1GND图6晶振电路4.复位电路为了确保系统中电路稳定可靠地工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。一般单片机