44矩阵键盘仿真1

单片机的矩阵键盘设计

摘 要

单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，

应用很广、发展很快。单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、

可靠性高、灵活性好、开发较为容易。由于具有上述优点，在我国，单片机已广泛地应用

在工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等

各个方面，而51单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。单片机系统的开发

过程中，程序设计语言的选择尤为重要。C51提供高效的代码，结构化的编程和丰富的操

作符，多被采用。C51是一种编译型程序设计语言，它兼顾了多种高级语言的特点，并具

备汇编语言的功能，而且可以直接实现对硬件的控制。本课程设计以AT89S51芯片为核心，

程序设计采用汇编语言，辅以必要的电路，并运用proteus软件设计了4*4矩阵键盘仿真。

单片机的矩阵键盘设计

目 录

摘 要 ............................................................................................................................................. I

目 录 ............................................................................................................................................. I

前 言 ............................................................................................................................................. I

第一章 单片机的概述 ..................................................................................................................... 1

1.1 什么是单片机？ .................................................................................................................. 1

1.2 MCS－51单片机内部结构 ..................................................................................................... 1

1.3单片机的应用领域 ................................................................................................................ 2

1.4 AT89C51简介 ....................................................................................................................... 3

第二章 软件的介绍及使用............................................................................................................. 6

2.1 Proteus软件的介绍和使用 ................................................................................................. 6

2.1.1 进入Proteus ISIS.................................................................................................... 6

2.1.2工作界面 ................................................................................................................... 6

2.1.3原理图仿真调试 ......................................................................................................... 7

2.2 Keil uVision2软件的介绍 ................................................................................................. 8

第三章 系统总体设计 ................................................................................................................. 13

3.1系统原理 ............................................................................................................................ 13

3.2电路组成 ............................................................................................................................ 13

3.2.1键盘部分 ................................................................................................................. 13

3.2.2 LED显示 ................................................................................................................. 14

3.2.3晶振电路 ................................................................................................................. 14

3.3功能和原理图 ..................................................................................................................... 15

3.3.1实现功能 ................................................................................................................. 15

3.3.2硬件电路原理图 ....................................................................................................... 15

3.4系统与硬件的连接 .............................................................................................................. 16

第四章 系统软件设计 ................................................................................................................. 17

4.1程序框图 ............................................................................................................................ 17

4.2源程序 ............................................................................................................................... 17

第五章 程序的编译调试与仿真 ................................................................................................. 22

5.1程序的编译 ........................................................................................................................ 22

5.2调试与仿真 ........................................................................................................................ 23

第六章 结束语 ............................................................................................................................. 25

6.1设计总结 ............................................................................................................................ 25

6.2工作展望 ............................................................................................................................ 25

参考文献 ....................................................................................................................................... 26

致 谢 ........................................................................................................................................... 27

单片机的矩阵键盘设计

前 言

随着人们生活水平的提高，19世纪兴起的数字电路以其先天的便捷、稳定的优点在现

代电子技术电路中占有越来越重要的地位。数字电路与模拟电路相比有显而易见的稳定

性。近年来，数字电路又有了巨大的发展。可编程逻辑器件（PAL、GAL等）的发展和普及

最终使IC的设计面向了用户（这是模拟电路无法做到的），而这毫无疑问会给用户带来巨

大的便捷，从而奠定它在电子电路中的对位。

单片机技术的出现给现代工业测控领域带来了一次技术革命。目前，单片机仍以

其高可靠性、高性价比，在工业控制系统、数据采集系统、智能画仪器仪表、智能家电等

诸多领域得到了广泛的应用。作为将要从事单片机应用系统开发方面的技术人员，掌握单

片机的应用技术是必要的。

在单片机的应用过程中，单片机只是应用系统的一个核心部件，为把单片机系统应用

于不同的领域，只掌握单片机的基础知识是远远不够的，要想构成一个完善的应用系统，

还要熟悉执行机构及硬件接口电路的应用特性，同时，还应该掌握系统的结构布局、印刷

电路板的结构布局及软件的设计技巧这些书本上学不到的知识，因此为设计出完善的应用

系统，必须在实际工作中勤于实践，逐步积累这方面的经验。单片机将计算机的基本部件

微型化，使之集成在一块芯片上的微机。单片机有着体积小、功耗低、功能强、性能价格

比高、易于推广应用等显著优点，在许多领域得到日益广泛的应用。

单片机系统的开发过程中，程序设计语言的选择尤为重要。C51提供高效的代码，

结构化的编程和丰富的操作符，多被采用。C51是一种编译型程序设计语言，它兼顾了多

种高级语言的特点，并具备汇编语言的功能，而且可以直接实现对硬件的控制。

此次设计选用的德国Keil公司开发的基于Windows平台的单片机集成开发环境，

是51单片机开发的优秀软件之一，它集编辑、编译、仿真功能于一体，支持C语言、汇

编语言的程序设计及调试，再加上单片处理器（89C51）、键盘、LED显示器及单片机的晶

振电路，最终实现基于单片机AT89C51的4*4矩阵键盘proteus仿真。

单片机的矩阵键盘设计

第一章 单片机的概述

单片微型计算机（single chip microcomputer）简称单片机，又称微控制器（micro

controller unit）或嵌入式控制器（embedded controller）。它将计算机的基本部件微

型化，使之集成在一块芯片上的微机。片内含有CPU、ROM、RAM、并行I/O、串行I/O、定

时器/计数器、中断控制、系统时钟及系统总线。单片机有着体积小、功耗低、功能强、

性能价格比高、易于推广应用等显著优点，在自动化装置、智能化仪器仪表、过程控制和

家用电器等许多领域得到日益广泛的应用。

用C51进行单片机程序设计是单片机开发与应用的必然趋势。采用C51可以很容易的

进行单片机的程序移植工作，有利于产品中的单片机的重新选型。随着国内单片机开发工

具研制水平的提高，现在的单片机仿真器普遍支持C51程序的调试，为单片机编程使用C51

提供了便利的条件。

1.1 什么是单片机？

单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系

统集成到一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价

格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。单片机内部也用和电脑功能类似的模块，

比如CPU，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件

1.2 MCS－51单片机内部结构

1. CPU

CPU即中央处理器的简称，是单片机的核心部件，它完成各种运算和控制操作，CPU

由运算器和控制器两部分电路组成。

（1）运算器电路运算器电路包括ALU（算术逻辑单元）、ACC（累加器）、B寄存器、

状态寄存器、暂存器1和暂存器2等部件，运算器的功能是进行算术运算和逻辑运算。运

算电路以ALU为核心单元，可以完成半字节、单字节以及多字节数据的运算操作，其中包

括加、减、乘、除、十进制调整等算术运算以及与、或、异或、求补和循环等逻辑操作，

运算结果的状态由状态寄存器保存。

（2）控制器电路

控制器电路包括程序计数器PC、PC加1寄存器、指令寄存器、指令译码器、数据指

针DPTR、堆栈指针SP、缓冲器以及定时与控制电路等。控制电路完成指挥控制工作，协

调单片机各部分正常工作。程序计数器PC用来存放即将要执行的指令地址，它可以完成

64K的外部存储器寻址，执行指令时，PC内容的高8位经P2口输出，低8位经P0口输出。数据指针DPTR为16位数据指针，它可以对64K的外部数据存储器和I/O口进行寻址，它

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的低8位为DPL（地址82H），高8位为DPH（地址为83H）。堆栈指针SP在片内RAM（128

字节）中开辟栈区，并随时跟踪栈顶地址，它按先进后出的原则存取数据，上电复位后，

SP指向07H。

2. 定时器/计数器 MCS－51单片机片内有两个16位的定时/计数器，即定时器0和

定时器1。它们可以用于定时控制、延时以及对外部事件的计数和检测等。

3. 存储器 MCS－51系列单片机的存储器包括数据存储器和程序存储器，其主要特点

是程序存储器和数据存储器的寻址空间是相互独立的，物理结构也不相同。对MCS－51系

列（8031除外）而言，有4个物理上相互独立的存储器空间：即内、外程序存储器和内、

外数据存储器。对于8051其芯片中共有256个RAM单元，其中后128个单元被专用寄存

器占用，只有前128个单元供用户使用。

4. 并行I/O口 MCS－51单片机共有4个8位的I/O口（P0、P1、P2和P3），每一条

I/O线都能独立地用作输入或输出。P0口为三态双向口，能带8个TTL门电路，P1、P2和

P3口为准双向口，负载能力为4个TTL门电路。

5. 串行I/O口 MCS－51单片机具有一个采用通用异步工作方式的全双工串行通信接

口，可以同时发送和接收数据。它具有两个相互独立的接收、发送数据缓冲器，两个缓冲

器共用一个地址（99H），发送缓冲器只能写入，不能读出，接收缓冲器只能读出，不能写

入。

6. 中断控制系统 MCS－51单片机的中断功能较强，以满足控制应用的需要。8051

共有5个中断源，即外中断2个，定时/计数中断2个，串行中断1个。所有中断分为高

级和低级两个中断优先级。

7. 时钟电路 MCS－51芯片内部有时钟电路，但晶体振荡器和微调电容必须外接。时

钟电路为单片机产生时钟脉冲序列，振荡器的频率范围为1.2MHz～12MHz，典型取值为

6MHz。

8. 总线 以上所有组成部分都是通过总线连接起来，从而构成一个完整的单片机。

系统的地址信号、数据信号和控制信号都是通过总线传送的，总线结构减少了单片机的连

线和引脚，提高了集成度和可靠性。

1.3单片机的应用领域

单片机是随着大规模集成电路的出现极其发展，将计算机的CPU，RAM，ROM，定时/

计数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成了芯片级的计算机，因此单片机早期的含

义称为单片微型计算机.它拥有优异的性价比、集成度高、体积小、可靠性高、控制功能

强、低电压、低功耗的显著优点.

单片机的应用领域 ：

（1）单片机在智能仪器仪表中的应用；

（2）单片机在工业测控中的应用；

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（3）单片机在计算机网络和通讯技术中的应用；

（4）单片机在日常生活及家电中的应用；

（5）单片机在办公自动化方面。

1.4 AT89C51简介

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微

处理器。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度、非

易失性存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚可以相兼容。由于

将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制

器， AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。引脚分布

如下图：

图1-1 引脚分布图

1.主要特性：

·与MCS-51 兼容

·4K字节可编程闪烁存储器

寿命：1000写/擦循环

数据保留时间：10年

·全静态工作：0Hz-24Hz

·三级程序存储器锁定

·128*8位内部RAM

·32可编程I/O线

·两个16位定时器/计数器

·5个中断源

·可编程串行通道

·低功耗的闲置和断电模式

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·片内振荡器和时钟电路

2.管脚说明：

VCC：供电电压。

GND：接地。

P0口：P0口可作为通用的I/O口，但必须外接上拉电阻。作为输入口，每个引脚可

吸收8个TTL的灌电流。作为输入时，首先应将该引脚置为1。在访问外部数据存储器或

者程序存储器时，这组线分时转换地址（低8位）和数据总线。

P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL

门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平

时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地

址接收。

P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个

TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作

为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。P2口当用于外部程序存储器或16位地

址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内

部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内

容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉

为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：

管脚 备选功能

P3.0 RXD（串行输入口）

P3.1 TXD（串行输出口）

P3.2 /INT0（外部中断0）

P3.3 /INT1（外部中断1）

P3.4 T0（记时器0外部输入）

P3.5 T1（记时器1外部输入）

P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）

P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字

节。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因

此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储

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器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE

只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器

在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周

期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管

是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电

平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：来自反向振荡器的输出

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第二章 软件的介绍及使用

4*4矩阵键盘的仿真采用了两个软件: Keil uVision2和Proteus，现就这两个软件作

进一步的介绍。

2.1 Proteus软件的介绍和使用

它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路，

该软件的特点是：

①实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、

单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘

和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。

②支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、

AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。

③提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同

时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些

功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如Keil C51 uVision2等软件。

④具有强大的原理图绘制功能。总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的

仿真软件，功能极其强大。

2.1.1 进入Proteus ISIS

双击桌面上的ISIS 6 Professional图标或者单击屏幕左下方的“开始”→“程序”

→“Proteus 6 Professional” →“ISIS 6 Professional”，进入Proteus ISIS集成

环境。

图2-1 Proteus启动时的屏幕

2.1.2工作界面

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Proteus ISIS的工作界面是一种标准的Windows界面。包括：标题栏、主菜单、标准工具栏、绘图工具栏、状态栏、对象选择按钮、预览对象方位控制按钮、仿真进程控制按钮、预览窗口、对象选择器窗口、图形编辑窗口。

图2-2 Proteus ISIS的工作界面

2.1.3原理图仿真调试

原理图的绘制：

Proteus的智能化可以在你想要画线的时候进行自动检测。当鼠标的指针靠近一个对象的连接点时，跟着鼠标的指针就会出现一个“×”号，鼠标左键点击元器件的连接点，移动鼠标就出现了粉红色的连接线变成了深绿色。如果你想让软件自动定出线路径,只需左击另一个连接点即可。这就是Proteus的线路自动路径功能(简称WAR)，如果你只是在两个连接点用鼠标左击，WAR将选择一个合适的线径。WAR可通过使用工具栏里的“WAR”命令按钮来关闭或打开，也可以在菜单栏的“Tools”下找到这个图标。如果你想自己决定走线路径，只需在想要拐点处点击鼠标左键即可。

单片机电路的模拟

程序的编译：

该软件有自带编译器，在ISIS添加上编写好的程序，方法如下：

1.点击菜单栏“Source”，在下拉菜单点击“Add／Remove Source Files(添加或删除源程序)”出现一个对话框。

2.点击对话框的“NEW”按钮，在出现的对话框找到文件设计好的huayang．asm，点击打开；在“Code Generation Tool”的下面找到“ASEM51”，然后点击“OK” 按钮，设置完毕我们就可以编译了。

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3.点击菜单栏的“Source”，在下拉菜单点击“Build All”，过一会，编译结果的对话框就会出现在我们面前。如果有错误，对话框会告诉我们是哪一行出现了问题，点击出错的提示，光标不能跳到出错地方，但是能告诉出错的行号。

模拟调试。

4.选中单片机AT899C51，左键点击AT89C51，在出现的对话框里点击Program File按钮，找到刚才编译得到的HEX文件，然后点击“OK”按钮就可以模拟了。点击模拟调试按钮的运行按钮[] ，进人调试状态。点击按键键盘，看到发光二极管,显示相应0~f的字符。

2.2 Keil uVision2软件的介绍

Keil单片机集成开发软件是目前最流行的MCS-51单片机开发软件，Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理及一个功能强大的仿真调试器在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVisoin2）将这些部分组合在一起。掌握这一软件的使用对于使用51系列单片机的爱好者来说是十分必要的，使用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。

Keil软件使用的基本步骤

输入源程序 → 新建工程 → 工程详细设置 → 源程序编译得到目标代码文件。 第一步： 双击Keil uVision2的桌面快捷方式，启动Keil集成开发开发软件。 第二步： 新建文本编辑窗。点击工具栏上的新建文件快捷按键，即可在项目窗口的右侧打开一个新的文本编辑窗。

第三步：输入源程序。在新的文本编辑窗中输入汇编语言程序，

图2-3： 输入源程序

第四步：保存源程序。保存文件时必须加上文件的扩展名，如果你使用汇编语言编程，那么保存时文件的扩展名为“.asm”，如果是C语言程序，文件的扩展名使用“*.C ”。注：第3步和第4步之间的顺序可以互换，即可以先输入源程序后保存，也可以先保存后输入源程序第五步：新建立Keil工程。，点击 "工程" → "新建工程" 命令，将出现保存

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对话

第五步：在保存工程对话框中输入你的工程的文件名，Keil工程默认扩展名为".uv2"，输入名称后保存，将出现"选择设备"对话框，在对话框中选择CPU的型号。

第六步：选择CPU型号。为工程选择CPU型号，本新建工程选择了ATMEL公司的AT89C51单片机。

图2-4： 选择CPU型号对话框

第七步：加入源程序到工程中。在选择好CPU型号后，点击"确定"按钮返回主界面，此时可见到工程管理窗中出现“Target 1”，点击“Target 1”前面的“＋”号展开下一层的“Source Group 1”文件夹，此时的新工程是空的，“Source Group 1”文件夹中什么文件都没有，必须把刚才输入的源程序加入到工程当中。右击工程管理窗中的“Source Group 1”，出现下拉菜单，点击“增加文件到组'Source Group 1'”命令，将出现添加文件对话框

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图2-5：添加文件到工程命令

在添加文件对话框中，找到要添加到工程中的源程序文件。注意：在对话框中的文件类型默认为"C 源文件 (*.c) "，如果你要添加到工程中的是汇编语言程序，则在文件类型中必须选中“Asm 源文件 (*.a*; *.src) ”， 以*.asm为扩展名的汇编源程序才会出现在文件列表框

双击该文件lich1.asm，即可将该文件添加到工程当中，另外也可以单击lich1.asm选中该文件，再点击"Add"按钮，也可以把文件加入工程中。

图2-6： 选中ASM源程序，加入到工程中

点击Add按钮后，把文件添加到工程中，再点击“关闭”按钮，返回到主界面。 当给工程添加源程序文件成功后，工程管理器中的“Source Group 1”文件夹的前面会出现一个“+”号，单击“+”号，展开文件夹，双击即可打开该文件进行编辑修改源程

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序

图2-7： 文件成功加入工程

第八步：工程目标'Target 1'属性设置。如下图7所示，在工程项目管理窗中的"Target 1"文件夹上右击，出现下拉菜单，点击“目标'Target 1'属性”命令，就进入目标属性设

工程目标'Target 1'属性设置对话框大部分使用默认设置即可，我们主要设置其中的“目标”、“输出”、“调试”三个页面，下面对这三个页面的设置进行介绍。

1、工程目标属性设置。该页面单片机的晶振频率，把晶振的频率改为

11.0592 置界面。

图2-8：晶振频率设置

2、工程输出设置。该页面设置注意：如果要进行单片机写片实验，则一定要把“E生成HEX文件”选项选中，程序编译后才能生成我们写单片机需要的HEX格式目标文件。

3、工程调试设置。“调试”页面设置。该页分为左右两半，左半边是软件仿真设置，而右半边是硬件仿真设置，当你使用软件仿真时，选中左边的“S使用仿真器”；如果你使用硬件仿真器，那么就按下图所示设置硬件仿真，同时把仿真器连接到你的电脑串口上。

4、串口设置 。把通信波特率选择38400。

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图2-9：串口设置

第九步：源程序的编译与目标文件的获得。至此，我们已经完成了从源程序输入、工程建立、工程详细设置的工作，接下来我们在文本编辑窗中继续输入或修改我们的源程序，使程序实现我们的目标，在检查程序无误后保存工程。接着如下图12所示，点击“构造目标”快捷按钮，进行源程序的编译连接，源程序编译相关的信息会出现在输出窗口中的“构造”页中。下图12显示编译结果为0错误，0警告，同时产生了目标文件lich1.hex。我们可以对源程序进行反复修改，再编译，直到没有错误为，每次修改源程序后一定要保存。

图2-10：源程序的编译

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第三章 系统总体设计

3.1系统原理

键盘为4*4矩阵式连接，一共有16个按键。

工作原理为：P1端的低四位为列，高四位行。所先置低四位为低，高四位为高，当有按键按下时高四位就会有某位被拉低。只要判断高四位不为全高就说明有按键按下。判断有按键按下后就要判断是某位按下的，方法为，选将高四位的某一位置低。判断低四位是否有低电平出现。依次对高四位的每位置低并判断低四位出现的低电平。如高四位某位置低后低四某也有出现低电平。这样就能判断出低四位与高四位相连的位某位按键被按下了。通过定义好的编码就可以查出是某个按键被按下了，程序将按键值通过查表并发送到LED上显示。

3.2电路组成

3.2.1键盘部分

键盘是一组按键的集合，它是最常用的单片机输入设备，操作人员可以通过键盘输入数据或命令，实现简单的人机通讯。键是一种常开型按钮开关，平时（常态）键的两个触点处于断开状态，按下键时它们才闭合（短路）。键盘分编码键盘和非编码键盘，闭合键的识别由专用的硬件译码实现，并能产生键编号或键值的称为编码键盘，如BCD码键盘、ASCII码键盘等；而缺少这种键盘编码电路要靠自编软件识别的称为非编码键盘。在单片机组成的电路系统及智能化仪器中，用得更多的是非编码键盘。

判别键值方法：

我们选用的4×4键盘，使用扫描法扫描键值。过程如下：

① 判别有无键按下。由单片机I/O口向键盘送（输出）扫描字，然后读入（输入）行线状态来判断。其方法是：向列线输出全扫描字00H，即把全部列线置为低电平，然后将行线的电平状态读入累加器A中。如果有按键按下，总会有一根行线被拉至低电平，从而使行输入不全为“1”。

②判断键盘中哪一个键按下。由列线逐列置低电平后，检查行输入状态。其方法是：依次给列线送低电平，然后查所有行线状态，如果全为“1”，则所按下之键不在此列。如果不全为“1”，则所按下之键必在此列，而且是在与低电平行线相交的交点上的那个键。

③ 确定键盘上每个键的键值。键值赋值的最直接办法是将行、列线按二进制顺序排列，当某一键按下时，键盘扫描程序执行到该列置“0”电平，读出各行状态为非全“1”状态，这时的行、列数据组合成键值

单片机的矩阵键盘设计

④ 键盘与单片机接口。矩阵式键盘适用于按键数量较多的场合，它由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上。一个4*4的行、列结构可以构成一个有16个按键的键盘。

3.2.2 LED显示

单片机应用系统中使用的显示器主要有发光二极管显示器，简称LED（Light Emitting Diode），近几年也有配置CRT显示器的。而目前在单片机系统中，通常用LED数码显示器来显示各种数字或符号。由于它具有显示清晰、亮度高、使用电压低、寿命长的特点，因此使用非常广泛。

单片机中通常用七段LED构成字型“8”，另外，还有一个小数点发光二极管以显示小数位！这种显示器有共阴和共阳两种！发光二极管的阳极连在一起的（公共端）称为共阳极显示器，阴极连在一起的称为共阴极显示器。

(1) LED显示结构与原理

LED(Light Emintng Diode)是当外加电压超过额定电压时发生击穿而发出可见光。LED的工作电流通常在2—20mA范围内，工作压降2V左右，使用时必须加限流电阻。单片机应用系统通常使用8个发光二被管显示器。其中7个发光二极管构成7笔字形,另一个构成小数点，通称7段LED。LED分为共阴极接法(8个发光二极管阴极连在一起)和共阳极接法(8个发光二极管的阳极接在—起)。通过控制这个公共端，可使该位亮或暗。如共阴极端接地或共阳极接高电平，则该位显示器有效，反之无效。

一位显示器由8个发光二极管组成，其中，7个发光二极管构成字型“8”的各个笔划（段）

a_g,另一个小数点为dp发光二极管。当在某段发光二极管上施加一定的正向电压时，该段笔画即亮；不加电压则暗。为了保护各段LED不被损坏，需外加限流电阻。

(2) LED显示器接口及显示方式

LED显示器有静态显示方式和动态显示方式两种。静态显示就是当显示器显示某个字符时，相应的段恒定的导通或截止，直到显示另一个字符为止。LED显示器工作于静态显示方式时，各位的共阴极接地；若为共阳极则接+5V电源。正因为如此，静态显示器的亮度较高。这种显示方式编程容易，管理也较简单，但占用I/O口线资源较多。因此，在显示位数较多的情况下，一般都采用动态显示方式。动态扫描是将各个LED数码管的7段字线并联使用，而每个数码管的公共极(共阴极或共阳极)分别通过驱动器接I/O的一个口线。当轮流选通每个数码管的公共极时，则数码管将轮流显示有关字符。由于入的视觉特性、所能看到的是同时燃亮的字符。

3.2.3晶振电路

简单地说没有晶振电路就没有时钟周期，没有时钟周期，就无法执行程序代码，单片机就无法工作。

单片机的矩阵键盘设计

单片机工作时，是一条一条地从ROM中取指令，然后一步一步的执行。单片机访问一次存储器的时间，称之为而一个机器周期，这是一个时间基准。一个机器周期包括12个时钟周期。如果一个单片机选择了12MHZ晶振，它的时钟周期是1/12us，它的一个机器周期是12*（1/12）us,也就是1us。

单片机的晶振电路是一种典型电路，分为内部时钟方式和外部时钟方式两种。内部时钟的晶振频率一般选择在4MHZ～12MHZ之间，外接两个谐振电容，该电容的典型值为30pF但是在实际应用时，需根据实际起振情况选择。如果单片机的时钟必须使用某一个外接的时钟信号，就不要外界晶振。由于此时的外接晶振引脚上没有晶振信号输入，内部的时钟电路将停振。这种方式称为外部时钟方式。

3.3功能和原理图

3.3.1实现功能

矩阵式键盘中的键实际上就是一个机械开关，该开关位于行线和列线的交点处。本设计使用的是4行*4列的16键阵列式键盘，当键被按下时，其交点的行线和列线接通，相应行线或列线的电平发生变化，从而确定被按下的功能键。在仿真软件中，按下相应的功能键后，LED显示器就会显示出0~f相应的字符。

3.3.2硬件电路原理图

图3-1 ：硬件电路原理图

单片机的矩阵键盘设计

3.4系统与硬件的连接

（1）把“单片机系统”区域中的P3.0－P3.7端口连接到“4X4行列式键盘”区域中的C1－C4 R1－R4端口上。

（2）把“单片机系统”区域中的P0.0/AD0－P0.7/AD7端口连接到“四路静态数码显示模块”区域中的任一a－h端口上；要求：P0.0/AD0对应着a，P0.1/AD1对应着b， ，P0.7/AD7对应着h。

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