課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)： 電信1206班 指導(dǎo)教師： 工作單位： 信息工程學(xué)院 題目：基于鍵盤輸入單元的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)或仿真和C語言開發(fā)初始條件：具備單片機(jī)和C語言的理論知識(shí)；具備電子電路的基礎(chǔ)知識(shí)和設(shè)計(jì)能力；具備查閱資料的基本方法；熟悉常用的電子器件；熟悉Protues、Keil軟件的使用；要求完成的主要任務(wù)：（包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）1設(shè)計(jì)一種基于單片機(jī)的行列式鍵盤輸入模塊，能檢測(cè)并判斷是否有鍵按下；對(duì)按鍵開關(guān)進(jìn)行時(shí)延的消抖；確定按鍵的鍵值，并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)狀態(tài)的輸入顯示。2要求進(jìn)行電路實(shí)驗(yàn)或仿真，使用C語言進(jìn)行程序的開發(fā)。時(shí)間安排：一周，其中3天程序設(shè)計(jì)，2天程序調(diào)試指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日目 錄摘 要1Abstract21 概述31.1 51單片機(jī)簡(jiǎn)介31.2 Proteus軟件31.3 C語言開發(fā)環(huán)境42 系統(tǒng)框圖與方案設(shè)計(jì)52.1系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)52.2方案設(shè)計(jì)與論證52.2.1顯示電路方案52.2.2按鍵電路方案53 硬件電路設(shè)計(jì)63.1 控制電路63.1.1MCU簡(jiǎn)介63.2復(fù)位電路73.3時(shí)鐘電路83.4矩陣鍵盤電路83.5液晶顯示電路93.6直流穩(wěn)壓源設(shè)計(jì)94 軟件設(shè)計(jì)114.1軟件流程圖115 仿真與調(diào)試125.1仿真總電路圖125.2仿真結(jié)果135.3實(shí)物電路圖155.3.1總電路圖155.3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)及外圍電路155.3.3電路背面圖166 元件清單177 總結(jié)18參考文獻(xiàn)19本科生課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表20摘 要單片機(jī)，即單片微型計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)稱。是一種集成電路芯片，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(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功能（可能還包括顯示驅(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)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。本項(xiàng)目的目的旨在利用所學(xué)到的單片機(jī)理論知識(shí)，建立單片機(jī)的最小系統(tǒng)，并搭建單片機(jī)的外圍電路，編寫C語言程序，在先利用Proteus軟件仿真的基礎(chǔ)上通過電路設(shè)計(jì)、焊接、程序設(shè)計(jì)及調(diào)試，一步一步的實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)有關(guān)的流水燈、液晶顯示、矩陣鍵盤輸入等基本功能。以此鞏固所學(xué)到的單片機(jī)知識(shí)，增強(qiáng)自己的理論知識(shí)與動(dòng)手實(shí)踐能力。關(guān)鍵字：?jiǎn)纹瑱C(jī) C語言編程 Proteus仿真軟件AbstractSingle chip microcomputer, the single chip microcomputer.Is A kind of integrated circuit chips, is to use very large scale integrated circuit technology with data processing ability of the central processor CPU, RAM, the RAM), read-only memory ROM, A variety of I/O mouth and interrupt system, timer/counter function (may include display driver circuit, pulse width modulation circuit, analog multiplexer and A/D converter circuit) is integrated into A piece of silicon consisting of A small and perfect microcomputersystem, widely used in industrial control field.The purpose aims to use learned knowledge of SCM theory, establishing SCM smallest system, and build the MCU peripheral circuit, write C language program, on the basis of prior use of proteus simulation software through the circuit design, welding, programming and debugging, step by step, the implementation of the related to SCM of flowing water light, LCD display, the basic function such as matrix keyboard input.To consolidate the learned knowledge of MCU, strengthen their theoretical knowledge and practical ability.Key word: Single chip microcomputer C language programming Proteus simulation software1 概述1.1 51單片機(jī)簡(jiǎn)介51單片機(jī)是對(duì)所有兼容Intel 8031指令系統(tǒng)的單片機(jī)的統(tǒng)稱。51系列單片機(jī)是國內(nèi)目前應(yīng)用最廣泛的單片機(jī)之一，隨著嵌入式系統(tǒng)、片上系統(tǒng)等概念的提出和普遍接受及應(yīng)用，51系列單片機(jī)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的階段，許多專用功能芯片的內(nèi)核集成了51系列單片機(jī)，與51系列單片機(jī)兼容的微控制器以IP核的方式不斷地出現(xiàn)在FPGA的片上系統(tǒng)上，隨著基于51系列單片機(jī)的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的出現(xiàn)與推廣，在很長一段時(shí)間內(nèi)，51系列單片機(jī)仍將占據(jù)嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品的中、低端市場(chǎng)。1.2 Proteus軟件Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。Proteus軟件具有其它EDA工具軟件（例：multisim）的功能。這些功能是：1原理布圖2PCB自動(dòng)或人工布線3SPICE電路仿真革命性的特點(diǎn)1互動(dòng)的電路仿真用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如RAM，ROM，鍵盤，馬達(dá)，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。2仿真處理器及其外圍電路可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機(jī)。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Proteus建立了完備的電子設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境。1.3 C語言開發(fā)環(huán)境C語言是嵌入式系統(tǒng)中一種通用的程序設(shè)計(jì)語言，其數(shù)據(jù)類型及運(yùn)算符豐富，代碼率高，有較好的移植性和豐富的功能函數(shù)，并具有良好的程序結(jié)構(gòu)，適用于各種應(yīng)用的程序設(shè)計(jì)，是目前嵌入式系統(tǒng)中使用較廣的編程語言，C語言的編程環(huán)境是在Keil軟件中。Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（Vision）將這些部分組合在一起。2 系統(tǒng)框圖與方案設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)圖2.1系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)2.2方案設(shè)計(jì)與論證2.2.1顯示電路方案方案一：采用數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示利用數(shù)碼管能顯示的功能較簡(jiǎn)單，電路與程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)起來也比較方便，但是由于本次設(shè)計(jì)中增加了遞增遞減及位數(shù)選擇，所以選擇液晶顯示。方案二：采用LCD液晶顯示采用1602LCD液晶顯示，此方案顯示內(nèi)容相對(duì)豐富，且價(jià)格不高。2.2.2按鍵電路方案方案一：采用獨(dú)立按鍵輸入，獨(dú)立按鍵操作起來比較容易控制，但是一旦按鍵數(shù)量要求多時(shí)，占用的I/O口過多，不利于單片機(jī)功能應(yīng)用。方案二：采用矩陣按鍵輸入，矩陣按鍵可以通過較少的I/O口操作盡可能多的按鍵，不僅能節(jié)省I/O口，還能充分發(fā)揮單片機(jī)的I/O口的功能。3 硬件電路設(shè)計(jì)3.1 控制電路3.1.1MCU簡(jiǎn)介CPU是整個(gè)控制部分的核心。在考慮經(jīng)濟(jì)性和滿足需求的前提下，本系統(tǒng)選用宏晶公司生產(chǎn)的8位STC89C52單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的控制中心。STC89C52是宏晶公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4kbytes的可系統(tǒng)編程的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用宏晶公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)及引腳，它集Flash存儲(chǔ)器既可在線編輯（ISP）也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編輯及通用8位微處理器于單片芯片中，功能強(qiáng)大STC89C52單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合。器管腳圖如圖3.1.1所示： 圖3.1.1單片機(jī)引腳圖1個(gè)串行中斷128x8bit內(nèi)部RAM兩個(gè)外部中斷源共6個(gè)中斷源可直接驅(qū)動(dòng)LED3級(jí)加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能表3.1.1 AT89C52單片機(jī)的管腳功能兼容MCS-51指令系統(tǒng)4k可反復(fù)擦寫（>1000次）Flash ROM32個(gè)雙向I/O口可編程UARL通道兩個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器全靜態(tài)操作0-24MHz3.2復(fù)位電路圖3.2復(fù)位電路為確保兩點(diǎn)間溫度控制系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位。一般電路正常工作需要供電電源為5V5%，即4.755.25V。復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其目的是使CPU及各專用寄存器處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)。如：把PC的內(nèi)容初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需要復(fù)位以使其恢復(fù)正常工作狀態(tài)。RST端的外部復(fù)位電路有兩種操作方式：上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位。按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用上電復(fù)位，如圖3所示。上電復(fù)位是直接將RST端通過電阻接高電平來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的復(fù)位。3.3時(shí)鐘電路圖3.3時(shí)鐘電路單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來提供單片機(jī)內(nèi)各種微操作的時(shí)間基準(zhǔn)，時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)。單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來提供單片機(jī)片內(nèi)各種微操作的時(shí)間基準(zhǔn)，時(shí)鐘信號(hào)通常用兩種電路形式得到:內(nèi)部振蕩和外部振蕩。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用內(nèi)部振蕩方式，如圖4所示。MCS-51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，引腳XTALl和XTAL2分別是此放大電器的輸入端和輸出端，由于采用內(nèi)部方式時(shí)，電路簡(jiǎn)單，所得的時(shí)鐘信號(hào)比較穩(wěn)定，實(shí)際使用中常采用這種方式。3.4矩陣鍵盤電路圖3.4矩陣鍵盤電路為了節(jié)省I/O口，通常將按鍵排列成矩陣形式，每條水平線和垂直線在交處不直接連通，而是通過一個(gè)按鍵加以連接。通過事先給某一行置低電平，通過檢測(cè)列電平的變化就可以判斷出是哪一個(gè)按鍵按下。極大地?cái)U(kuò)大了鍵值范圍。3.5液晶顯示電路圖3.5液晶顯示電路本次液晶電路采用LCD1602液晶顯示屏，1602是字符型液晶，它是16*2的顯示的，1602字符型LCD通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD，多出來的2條線是背光電源線，圖中EN、RW、RS三個(gè)端口為控制端口，分別是使能端，讀寫控制端數(shù)據(jù)/指令選擇寄存器；D0D7為數(shù)據(jù)輸入端口，來控制液晶的輸出。3.6直流穩(wěn)壓源設(shè)計(jì)由于單片機(jī)的供電電壓是5V,所以需要5V直流穩(wěn)壓電源為其供電，故需要制作一個(gè)直流穩(wěn)壓電源，其電路圖如下：圖3.6直流穩(wěn)壓源電路在上述電路圖中可以看出，直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)包括四個(gè)部分，他們分別是變壓，整流，濾波，穩(wěn)壓這幾個(gè)步驟。其中的主要元件就是兩個(gè)三端穩(wěn)壓7805和7905。變壓：變壓電路的作用是將220V的交流電變換成電路所需的低壓交流電，用普通的電源變壓器即可實(shí)現(xiàn)。整流：整流的目的是將交流電轉(zhuǎn)為具有直流電成分的有一定波動(dòng)的直流電，本次實(shí)驗(yàn)采用橋式整流電路，他的優(yōu)點(diǎn)在于諧波電壓較小，電源變壓器的利用率較高。濾波：但是由于整流后的輸出電壓并非理想的直流電壓，同樣有脈動(dòng)成分，故需要濾波電路，濾波電路由電容組成，利用其對(duì)直流開路，對(duì)交流短路的特點(diǎn)，可以進(jìn)一步濾掉交流信號(hào)，保留直流信號(hào)，改善直流電壓的質(zhì)量。穩(wěn)壓：在穩(wěn)壓電路中，我們采用了7812和7912兩個(gè)集成穩(wěn)壓器，分別輸出+12V與-12V,集成穩(wěn)壓器具有體積小，安裝調(diào)試等方便等優(yōu)點(diǎn)，穩(wěn)壓器輸入端電容用以抵消輸入端較長接線的電感效應(yīng)，以防止自激震蕩，還可以抑制電源的高頻脈沖干擾，一般取0.11uf。輸出端電容用以改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，消除電路的高頻噪聲，同時(shí)也具有消振作用，選擇電容值較大可以提高穩(wěn)壓電源的脈沖響應(yīng)，輸出較大的脈沖電流，同時(shí)，在穩(wěn)壓器的兩端添加一個(gè)二極管是用來防止在輸入端短路時(shí)輸出電容C3所存儲(chǔ)電荷通過穩(wěn)壓器放電而損壞器件。4 軟件設(shè)計(jì)4.1軟件流程圖圖4.1軟件流程圖5 仿真與調(diào)試5.1仿真總電路圖圖5.1.1仿真總電路圖仿真軟件選擇Proteus軟件，Proteus能仿真單片機(jī)及外圍器件，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)，是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。所有基本元件都能從元件庫中找到，并通過連接電路及設(shè)置網(wǎng)絡(luò)編號(hào)，檢查電路無誤后，雙擊單片機(jī)，在出現(xiàn)的窗口中將事先寫好的程序并編譯生成的hex文件導(dǎo)入單片機(jī)中，點(diǎn)擊“運(yùn)行”按鈕即可實(shí)時(shí)仿真。圖5.1.2程序?qū)氪翱?.2仿真結(jié)果 圖5.2.1初始顯示 圖5.2.2按下“1”鍵顯示圖5.2.3三位同步顯示圖5.2.4流水燈顯示由以上仿真結(jié)果可知，該電路在實(shí)現(xiàn)基本鍵值顯示功能的基礎(chǔ)上，還增加了三位同步顯示、鍵值加減以及跑馬燈的按鍵控制。初始時(shí)液晶顯示屏上會(huì)顯示“The key is ”字樣，并且每當(dāng)按下19中的任意一個(gè)按鍵時(shí)，就會(huì)顯示對(duì)應(yīng)的數(shù)字，按鍵10、11、12分別對(duì)應(yīng)百位、十位、個(gè)位。按鍵13、14分別進(jìn)行加、減運(yùn)算。按鍵15、16則是控制跑馬燈按照一定的時(shí)間延遲和流向進(jìn)行流動(dòng)。5.3實(shí)物電路圖5.3.1總電路圖圖5.3.1總電路圖5.3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)及外圍電路圖5.3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)及外圍電路5.3.3電路背面圖圖5.3.3電路背面圖6 元件清單元件數(shù)量STC89C521LCD1602液晶屏1按鍵17LED燈812M晶振110K排阻11K電阻1100電阻81K滑動(dòng)變阻器130pf電容210uf電容11000pf電容47805芯片17905芯片1整流橋1雙9伏變壓器1萬用板2排針若干排母若干杜邦線若干7 總結(jié)通過本次課程設(shè)計(jì)，將在單片微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù)這本書中的學(xué)的理論知識(shí)進(jìn)行了充分的實(shí)踐，作為典型的工科專業(yè)，實(shí)踐是本專業(yè)必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，俗話說，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，本次課程設(shè)計(jì)里收獲良多。首先，對(duì)已經(jīng)學(xué)過的理論知識(shí)進(jìn)行了鞏固，單片機(jī)的重要性以及典型性已不用多說，但僅僅停在理論層面是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，通過動(dòng)手制作電路，我不僅加深了對(duì)單片機(jī)電路結(jié)構(gòu)的了解，同時(shí)更清楚了每一塊電路的作用，并將所學(xué)的單片機(jī)知識(shí)牢記于心。其次，我的動(dòng)手能力得到了極大的提高，常用的元器件已是見怪不怪了，但真正的焊接一塊完整的單片機(jī)最小系統(tǒng)附帶基本外圍電路還是頭一次，所以，整個(gè)焊接過程中盡管狀況不斷，不過最終憑借著我們的堅(jiān)持不懈的精神還是克服了重重阻礙，完成了電路板的焊接，雖然外觀不是很美觀，但是畢竟凝聚了我們的新心血，我們還是十分激動(dòng)。最后，也是最重要的是思維的轉(zhuǎn)換，在想與做之間的跨越是意義深遠(yuǎn)的，現(xiàn)在社會(huì)需要的是復(fù)合型人才，人們需要的是更加全能的人才，單純的理論或是手工技能或許很難在社會(huì)上立足，而通過這次鍛煉我也更重視理論與實(shí)踐的結(jié)合，書本不可不信，也不可全信，只有自己動(dòng)手探索才會(huì)得出自己的結(jié)論。單片機(jī)的功能與應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些，我們所學(xué)到的還只是皮毛，以后需要學(xué)的東西還有很多，為了更好地掌握專業(yè)知識(shí)，我必須腳踏實(shí)地的不斷學(xué)習(xí)，不斷實(shí)踐，找出自己所信仰的真理。參考文獻(xiàn)1 李群芳.單片微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù)第四版.北京.電子工業(yè)出版社.20122 周潤景. Proteus入門實(shí)用教程第二版.北京.機(jī)械工業(yè)出版社. 20073 郭天祥.新概念51單片機(jī)C語言教程.北京.電子工業(yè)出版社.20094 馬德駿.張建宏計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第二版.科學(xué)出版社.2009本科生課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表姓 名 楊茜性 別 男專業(yè)、班級(jí) 電信1206班課程設(shè)計(jì)題目： 基于鍵盤輸入單元的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)或仿真和C語言開發(fā)課程設(shè)計(jì)答辯或質(zhì)疑記錄：成績(jī)?cè)u(píng)定依據(jù)：最終評(píng)定成績(jī)（以優(yōu)、良、中、及格、不及格評(píng)定） 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日19