《微控制器原理及應用課程設計報告》
題目：鍵盤按鍵識別及led數碼顯示
學院： 工程學院
專業： 自動化
班級： 1101班姓名
指導教師
2023年12月19日
1課程設計的任務與要求1
2課程設計總體分析介紹1
3各部分工作電路的詳細介紹3
參考書目11
附錄12
第1節課程設計的任務與要求
1.1 課程設計題目與要求
1.課程設計題目：鍵盤按鍵識別及led數碼顯示
2.課程設計要求：（1）畫出組成部分電路圖
2）畫出程式流程圖，設計程式並通過檢查
3）用語言表達工作原理，連線方式及用途等
1.2 課程設計目的及內容
1.目的： 按鍵是微控制器常用的輸入裝置，操作人員可以通過按鍵輸入指令和資料。
在使用按鍵是微控制器要正確識別按鍵是否被按下和按下的次數等狀態，才能正確執行相關操作。本實驗要實現對按鍵狀態的正確檢測並顯示相關內容。
2.內容：（1）根據獨立式鍵盤的特點，進行鍵盤控制系統的整體研究與設計。
2）led實時顯示按鍵資訊（顯示按鍵號）。
3）通過編寫程式實現按鍵資訊的提取和顯示。
第2節課程設計系統總體分析介紹
2.1 顯示部分
本設計顯示部分是利用動態顯示實現的,led數碼管採用共陽極接法。led數碼管動態顯示介面是微控制器中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態驅動是將所有數碼管的8個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個數碼管的公共極三極體增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的i/o線控制，當微控制器輸出字形碼時，微控制器對位選通com端電路的控制，所以數碼管的選通控制開啟，該位就顯示出字形，沒有選通的數碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數碼管的的com端，就使各個數碼管輪流受控顯示，這就是動態驅動。
在輪流顯示過程中，每位數碼管的點亮時間為1～2ms，由於人的視覺暫留現象及發光二極體的餘輝效應，儘管實際上各位數碼管並非同時點亮，但只要掃瞄的速度足夠快，給人的印象就是一組穩定的顯示資料，不會有閃爍感，動態顯示的效果和靜態顯示是一樣的，能夠節省大量的i/o埠，而且功耗更低。
2.2 鍵盤模組設計
本設計鍵盤部分我是利用4按鍵的獨立式鍵盤與8155晶元pc口直接相連實現的，即鍵盤由8155的pc口擴充套件出來的。設計電路時，將4個按鍵與和8155pc口連線，按下按鍵通過8155晶元傳送給cpu，cpu存運算處理鍵盤資訊由8位led顯示屏顯示出來。鍵盤是計算機系統中最常用的輸入裝置對於一些需要人為干預的微控制器應用系統，鍵盤成為人機互動聯絡的必要手段。
1.按鍵的分類
按鍵按照結構原理可分為兩類：一類是觸點式開關按鍵，如機械開關、導電橡膠開關等；另一類是無觸點式開關按鍵、磁感應按鍵等。但微控制器應用系統中大多採用機械式。
2.鍵輸入原理
對於乙個鍵盤或一組按鍵，微控制器系統中總有乙個介面電路與cpu相連。cpu可以採用查詢或中斷方式了解有無按鍵輸入並檢查是哪乙個鍵按下，將該鍵號送入累加器acc，然後通過跳轉指令轉入執行該鍵的功能程式，執行完後再返回主程式。
3.鍵抖動和消抖方法
機械式按鍵在按下或釋放時，由於彈性作用也影響，通常伴隨較短時間的觸點機械抖動，抖動的時間一般是5-10ms，這種現象稱為鍵抖動。在理想和實際狀態下按鍵產生的電壓波形如下所示。
理想按鍵電壓波形實際按鍵電壓波形
鍵抖動使按鍵一次按下或釋放被錯誤地認為是多次操作，這種情況是不允許出現的，所以要採用一些方法來消除抖動。一是硬體方法：可採用在鍵輸出端加r-s觸發器（雙穩態觸發器）或單穩態觸發器構成去抖動電路；二是軟體方法：
在按鍵的按下和釋放時採用軟體延時的方法來消除。
4.鍵碼識別
常用兩種方法：一是用專用硬體電路來識別，把這種鍵盤成為編碼鍵盤；另一種方法是利用軟體方法來識別，把這種鍵盤成為非編碼鍵盤。鍵碼的識別可採用隨機掃瞄、定時掃瞄，或中斷掃瞄方式來完成。
2.3電路設計總框圖
根據上述工作原理，我畫出該系統的總框圖，設計總框圖如下：
電路設計總框圖
第3節各部分電路詳細的介紹
3.1微控制器顯示電路
1. 工作原理：顯示部分的設計我是利用led數碼管動態顯示實現的,led數碼管採用共陽極接法。
led數碼管與8155晶元pa口、pb口直接連線。將鍵盤輸入資訊通過晶元8155送入到89c51中，對資訊進行運算處理，將處理後的資料輸入到8155中，再分別通過pa口段選訊號、pb口位選訊號傳送給led，從而控制led發亮，並顯示設定的資訊。
2. 晶元介紹
（1）8155晶元
a. 8155的主要引腳功能如下：
位址/資料線ad0～ad7：位址和資料復用線，8位；
ce：片選線，低電平有效。
rd和wr：讀/寫線，控制8155的讀、寫操作。
io/m：ram或i/o口的選擇線。
ale：位址鎖存線，高電平有效。
tmrin：定時/計數器的脈衝輸入端。
tmrout：定時/計數器的輸出訊號端。
reset：復位線，通常與微控制器的復位端相連。
pa0～pa7、pb0～pb7：為a、b口輸入/輸出線；
pc0～pc5：為c埠線，既可與外設傳送資料，也可以作為a、b口的控制聯絡線。
8155引腳封裝圖及功能如下圖
b. 8155與mcs-51微控制器的連線
由於8155的多數訊號與mcs-51微控制器相容，所以8155與mcs-51微控制器的連線比較簡單。因為8155內部包括了位址鎖存器，所以它的位址復用線ad7-ad0可以與mcs-51p0口線直接相連，不需加鎖存器。
c. 8155作為拓展i/o口使用
8155作為拓展i/o口使用時，i/o引腳必須置高電平。通過8155的命令狀態字暫存器設定命令來選擇8155的i/o口。8155狀態字暫存器是兩個暫存器，分別存放命令字和狀態字。
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