項目7

模擬電子鬧鐘的設(shè)計了解常用鍵盤的分類。了解行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中電子元器件的規(guī)范。掌握鍵盤的工作原理。掌握矩陣鍵盤的識別和控制方法。掌握電子秒表的設(shè)計方法。掌握模擬電子鬧鐘的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計方法。能獨立分析和解決硬件設(shè)計和軟件設(shè)計中的問題。掌握完成工作項目的完整步驟和具體實施方法。能利用團隊的力量完成任務(wù)，培養(yǎng)團隊合作精神。學(xué)習(xí)目標(biāo)

敘述鍵盤的類別和工作原理；敘述矩陣鍵盤的識別方法；設(shè)計秒表的硬件電路和控制程序；設(shè)計模擬鬧鐘的硬件電路和控制程序。工作任務(wù)

任務(wù)7.1鍵盤的應(yīng)用項目7模擬電子鬧鐘的設(shè)計任務(wù)7.2電子秒表的設(shè)計項目拓展STC89C52實驗板簡易電子琴的設(shè)計

項目小結(jié)任務(wù)7.3模擬電子鬧鐘的設(shè)計

鍵盤概述是一種常見的輸入設(shè)備，根據(jù)按鍵的識別方法分類，鍵盤有編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種。根據(jù)鍵盤的結(jié)構(gòu)分類，鍵盤可分為獨立式按鍵鍵盤和行列式按鍵鍵盤。

任務(wù)7.1鍵盤的應(yīng)用

（a）四腳直插式按鍵（b）四腳貼片式按鍵（c）兩腳貼片式按鍵（d）自鎖按鍵單片機與鍵盤的接口及其軟件的任務(wù)主要包括以下幾個方面：（１）檢測并判斷是否有鍵按下；（２）按鍵開關(guān)的延時去抖動功能；（３）計算并確定按鍵的鍵值；（４）程序根據(jù)計算出的鍵值進行一系列的動作處理和執(zhí)行

7.1.1獨立鍵盤控制LED點亮7.1.1.1獨立鍵盤的工作原理獨立式按鍵鍵盤的每個按鍵都單獨接到單片機的一個I/O口上，通過判斷按鍵端口的電位即可識別按鍵操作。例如：K1鍵的一端接地，另一端接P1.0，當(dāng)K1鍵按下，P1.0端口就會檢測到低電平“0”信號，否則檢測到的應(yīng)該是高電平“1”信號。所以一旦查詢到P1.0口為“0”就說明K1鍵按下了，也就是識別了按鍵。

在按鍵被按下或釋放時按鍵會出現(xiàn)抖動現(xiàn)象，這種現(xiàn)象會干擾按鍵的識別。因此需要對按鍵進行消抖動處理，也稱為去抖動。按鍵去抖動一般有硬件和軟件兩種方法。硬件去抖通常采用R-S觸發(fā)器或單穩(wěn)電路構(gòu)成去抖電路。每一個按鍵都要連接一個硬件去抖動的電路，所以當(dāng)電路中按鍵較多時電路就顯得十分復(fù)雜。硬件去抖判斷按鍵被按下后，加一個10ms的延時程序，待按鍵穩(wěn)定后，再次檢測按鍵，按鍵仍處于被按下狀態(tài)，就可以確認(rèn)確實有按鍵被按下。軟件去抖

7.1.1.2獨立鍵盤控制LED點亮的設(shè)計方法應(yīng)用實例1：要求K1或K2按下時D1或D2點亮，松開時對應(yīng)LED熄滅；K3或K4按下并釋放時D3或D4點亮，再次按下并釋放時對應(yīng)LED熄滅。操作實例源程序編寫如下：//宏定義#include<reg51.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint//端口位定義sbitD1=P0^0;sbitD2=P0^1;sbitD3=P0^2;sbitD4=P0^3;sbitK1=P1^0;sbitK2=P1^1;sbitK3=P1^2;sbitK4=P1^3;//延時1ms子程序voidDelayMS（uintx){uchari;while(x--)for(i=0;i<120;i++);}//按鍵控制LED燈主程序voidmain（）{P1=0xFF;//讓P1口處于高電平狀態(tài)

P0=0xFF;//讓P0口處于高電平狀態(tài)

while(1){D1=K1;//將K1按下后P1.0的值直接送給P0.0去點亮D1D2=K2;//將K2按下后P1.1的值直接送給P0.1去點亮D2if(K3==0)//判斷K3是否按下

{while(K3==0);//等待K3釋放

D3=~D3;}if(K4==0)//判斷K4是否按下

{while(K4==0);//等待K4被釋放

D4=~D4;}DelayMS(10);}}

7.1.1.2獨立鍵盤控制LED的點亮應(yīng)用實例2：P1.0~P1.3連接了4個獨立按鍵，P0.0~P0.7連接8個LED燈。要求按下K1鍵逐個點亮D1~D8，按下K2鍵點亮D1~D4，按下K3鍵點亮D5~D8，按下K4鍵熄滅D1~D8。源程序編寫如下：//宏定義#include<reg51.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint//延時1ms子程序voidDelayMS（uintx){uchari;while(x--)for(i=0;i<120;i++);}//按鍵控制LED燈主程序voidmain（）{uchark，t，Key_State;P1=0xFF;

P0=0xFF;while(1){t=P1;//將鍵值保存起來if(t!=0xFF)//判斷有鍵按下{DelayMS（10);//再次檢查按鍵是否按下，去抖動if(t!=P1)continue;//如果按鍵沒有按下，下一次循環(huán)Key_State=~t;//取得4位按鍵值，由1111xxxx變?yōu)?000xxxxk=0;//獲取按鍵號kwhile(Key_State!=0){k++;Key_State>>=1;}switch(k){case1:if(P0==0x00)P0=0xFF;P0<<=1;//逐個點亮D1~D8DelayMS（200);break;case2:P0=0xF0;break;//點亮D1~D4case3:P0=0x0F;break;//點亮D5~D8case4:P0=0xFF;//熄滅D1~D8}}}}7.1.2矩陣鍵盤控制數(shù)碼管顯示7.1.2.1矩陣鍵盤的工作原理矩陣鍵盤由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點上。如圖所示，1個4×4的行、列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成1個含有16個按鍵的鍵盤。在按鍵數(shù)量較多的場合，矩陣鍵盤與獨立鍵盤相比要節(jié)省很多I/O口線。7.1.2矩陣鍵盤控制數(shù)碼管顯示7.1.2.1矩陣鍵盤的工作原理矩陣鍵盤的按鍵識別方法：掃描法和線反轉(zhuǎn)法掃描法第一步：識別鍵盤是否有鍵閉合第二步：識別具體閉合的按鍵掃描法線反轉(zhuǎn)法第一步：將行線編程為輸入線，列線編程為輸出線，并使輸出線輸出為全零電平，則行線中電平由高到低所在行為按鍵所在行。第二步：將行線編程為輸出線，列線編程為輸入線，并使輸出線為全零電平，則列線中電平由高到低所在列為按鍵所在列。綜合一二步的結(jié)果可確定按鍵所在行和列，從而識別出所按的鍵。矩陣按鍵鍵盤常用的有2種編碼方式：（1）對于矩陣式鍵盤，按鍵的位置由行號和列號確定，分別對行號和列號進行二進制編碼，然后將兩值合成1個字節(jié)，高4位表示行號，低4位表示列號。如12H表示第1行第2列的按鍵。（2）采用依次排列鍵號的方式對按鍵進行編碼。以4×4鍵盤為例，可以將鍵號編碼為：0x00、0x01、0x02、…、0x0D、0x0E、0x0F共16個。對鍵盤的控制方式主要有：定時掃描中斷掃描定時掃描就是每隔一定的時間讀取一次鍵盤I/O口狀態(tài)。中斷方式下，當(dāng)有鍵按下時，就會有一根行線被拉為低電平，經(jīng)過與門之后就會觸發(fā)一次外中斷，這種方式避免了對鍵盤的空掃描，可以提高CPU的效率。任務(wù)操作1．任務(wù)要求設(shè)計一個電路，AT89C51單片機的P1口連接一個4×4矩陣鍵盤，其中P1.0~P1.3為行線，P1.4~P1.7為列線，P0端口連接一只共陰極的一位數(shù)碼管，要求按下一只按鍵時在數(shù)碼管上顯示器對應(yīng)的鍵號，如按下K1則顯示“1”，按下K2則顯示“2”……，按下KF則顯示“F”。

7.1.2.2矩陣鍵盤控制數(shù)碼管顯示的設(shè)計方法2．任務(wù)分析鍵號2進制鍵值取反的2進制鍵值取反的16進制鍵值K011101110000100010x11K111101101000100100x12K211101011000101000x14K311100111000110000x18K411011110001000010x21K511011101001000100x22K611011011001001000x24K711010111001010000x28K810111110010000010x41K910111101010000100x42KA10111011010001000x44KB10110111010010000x48KC01111110100000010x81KD01111101100000100x82KE01111011100001000x84KF01110111100010000x88矩陣鍵盤按鍵特征碼值表3．任務(wù)設(shè)計（1）器件的選擇器件名稱數(shù)量（只）AT89C51112MHz晶體122pF瓷片電容210uF電解電容110kΩ電阻11kΩX8排阻1輕觸按鍵16一位共陰極數(shù)碼管1矩陣鍵盤設(shè)計器件列表（2）硬件原理圖設(shè)計（3）軟件程序設(shè)計

源程序編寫如下：//宏定義#include<reg51.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar//0~F的數(shù)碼管共陰極段碼表ucharcodeDSY_CODE[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x77,0x7C,0x39,0x5E,0x79,0x71}；//矩陣鍵盤按鍵特征碼表ucharcodeKeyCodeTable[]={0x11,0x12,0x14,0x18,0x21,0x22,0x24,0x28,

0x41,0x42,0x44,0x48,0x81,0x82,0x84,0x88};//延時子函數(shù)voidDelay(){uchari;for(i=0;i<200;i++);}//矩陣鍵盤掃描子函數(shù)ucharKeys_Scan()

{ucharsCode,kCode,i,k;

P1=0xF0;//低4位置0，放入四行

if((P1&0xF0)!=0xF0){Delay();if((P1&0xF0)!=0xF0){sCode=0xFE;//行掃描碼初值

for(k=0;k<4;k++)//對4行分別掃描

{P1=sCode;if((P1&0xF0)!=0xF0){kCode=~P1;for(i=0;i<16;i++)//查表得到按鍵序號并返回

if(kCode==KeyCodeTable[i])returni;}elsesCode=_crol_(sCode,1);}}}return-1;}//主函數(shù)voidmain()

{ucharKeyNo=－1;//按鍵序號，－１表示無按鍵

while(1){KeyNo=Keys_Scan();//掃描鍵盤獲取按鍵序號KeyNoif(KeyNo!=－1)P0=DSY_CODE[KeyNo]；//數(shù)碼管顯示按鍵序號}}任務(wù)7.2電子秒表的設(shè)計1．任務(wù)要求設(shè)計一只電子秒表，從0秒計到59秒，并用兩只一位的共陰極數(shù)碼管實時顯示當(dāng)前的秒數(shù)，按鍵控制秒表的啟動和清零。2．任務(wù)分析

采用T0的定時工作方式1，則TMOD=0x01，由于晶體振蕩頻率為12MHz，機器周期就為1us，設(shè)置定時時間為50000us（50ms），反復(fù)計數(shù)20次就為1s。把計數(shù)的實時數(shù)值用兩只一位的共陰極數(shù)碼管顯示，采用靜態(tài)的顯示方式，計數(shù)值的十位和個位分別顯示在不同的數(shù)碼管上即可。在任意的兩根口線上分別連接一只輕觸按鍵，分別控制秒表的啟動和數(shù)碼管清零。3．任務(wù)設(shè)計（1）器件的選擇器件名稱數(shù)量（只）AT89C51112MHz晶體122pF瓷片電容210uF電解電容110kΩ電阻11kΩX8排阻1輕觸按鍵1一位共陰極數(shù)碼管2電子秒表設(shè)計器件列表（2）硬件原理圖設(shè)計（3）軟件程序設(shè)計

源程序編寫如下：//宏定義#include<reg51.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitK1=P3^2;sbitK2=P3^3;//0~9的數(shù)碼管共陰極段碼表ucharcodeDSY_CODE[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F}；//延時1ms子程序voidDelayMS（uintx){uchari;while(x--)for(i=0;i<120;i++);}//定時1s子程序voidsTime(){uinti;TMOD=0x01;//設(shè)定時器1為方式0TH0=(65536-50000)/256;//置定時器初值

TL0=(65536-50000)%256;TR0=1;//啟動T1for(i=0;i<=20;){if(TF0==1)//查詢計數(shù)溢出

{i++;TF0=0;TH0=(65536-50000)/256;//重新置定時器初值

TL0=(65536-50000)%256;}}return;}//秒表主程序voidmain(){uchars;P0=DSY_CODE[0];

P2=DSY_CODE[0];

K1=1;

K2=1;

while(1)

{if(K1==0)//K1鍵按下

{DelayMS（10);//按鍵去抖動

if(K1==0)//再次檢查按鍵

{for(s=1;s<=60;s++)//從0到59顯示秒數(shù)

{P0=DSY_CODE[s/10];//顯示秒的十位

P2=DSY_CODE[s%10];//顯示秒的個位

sTime();//調(diào)用1s定時

}

}

}

if(K2==0)

{DelayMS（10);//按鍵去抖動

if(K2==0)//再次檢查按鍵

{P0=DSY_CODE[0];//十位清零

P2=DSY_CODE[0];

//個位清零

}}}}任務(wù)7.3矩陣鍵盤控制模擬電子鬧鐘的設(shè)計

任務(wù)準(zhǔn)備

蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。蜂鳴器的驅(qū)動電路一般包含以下幾個部分：三極管、蜂鳴器、續(xù)流二極管和電源濾波電容。蜂鳴器實物圖蜂鳴器的驅(qū)動電路1．任務(wù)要求設(shè)計一只模擬電子鬧鐘，要求用矩陣鍵盤輸入設(shè)置，用4位共陽極的數(shù)碼管顯示模擬時間，用蜂鳴器提醒設(shè)置的時間已到。具體要求如下：（1）用按鍵K0、K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8、K9輸入0000～9999中的任意一個數(shù)值作為設(shè)定時間，數(shù)值的1表示1s，比如輸入0060就表示60s即1分鐘，輸入0600就表示600s即10分鐘。（2）數(shù)值由四位共陽極的數(shù)碼管動態(tài)顯示，實時顯示當(dāng)前的數(shù)值（時間）；（3）K10鍵作為開始鍵，按下后設(shè)置的數(shù)值以1s的時間間隔減1倒數(shù)；（4）K11鍵作為取消鍵，按下后取消前面的輸入重新設(shè)置；（5）當(dāng)設(shè)置的數(shù)值減到0時蜂鳴器報警。2．任務(wù)分析采用矩陣鍵盤：用AT89C51的P1.0~P1.3作為矩陣鍵盤的行線，P1.4~P1.7作為列線。采用一只4位的共陽極數(shù)碼管，動態(tài)地顯示模擬的時間，由于4位最大只能顯示9999，所以顯示的時間范圍是0~9999秒。用AT89C51的P0口連接數(shù)碼管的段線，用P2.0~P2.3連接位線。由定時/計數(shù)器的中斷來實現(xiàn)1s定時。可以采用T1的8位自動重裝載初值方式2，TMOD為0x20，采用12MHz晶體，設(shè)置定時時間為250us中斷，中斷4000次就為1s。鍵盤一位一位地輸入需要設(shè)置的時間數(shù)值，按下開始鍵后，定時器開始計數(shù)，每過1s數(shù)值減1，直到數(shù)值減為0則啟動蜂鳴器報警。3．任務(wù)設(shè)計（1）器件的選擇器件名稱數(shù)量（只）AT89C51112MHz晶體122pF瓷片電容210uF電解電容110kΩ電阻1510Ω電阻1輕觸按鍵164位共陽極數(shù)碼管1BC850B三極管4BC858B三極管1有源蜂鳴器1模擬電子鬧鐘設(shè)計器件列表（2）硬件原理圖設(shè)計①主函數(shù)main（）：②T1初始化子函數(shù)init_time1（）：初始化定時器1③T1的1s定時減1中斷函數(shù)timer1（）：定時250us

④減1子函數(shù)plus（）：⑤動態(tài)顯示子函數(shù)display（）：顯示⑥鍵盤掃描子函數(shù)keyscan（）：矩陣鍵盤掃描⑦延時1ms子程序DelayMS（）：延時1ms。（3）軟件程序設(shè)計：模塊程序設(shè)計源程序編寫如下：//宏定義#include<reg51.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitBEEP=P2^7;//矩陣鍵盤鍵值表ucharcodeKeyCodeTable[]={0x11,0x21,0x41,0x81,0x12,0x22,0x42,0x82,0x14,0x24,0x44,0x84,0x18,0x28,0x48,0x88};//共陽極數(shù)碼管段碼表ucharcodeDisplayTable[]={0xc0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};//定義全局變量uchardigbit; //字位ucharwordbuf[4]; //字型碼緩沖區(qū)ucharcount; //字型碼緩沖區(qū)計數(shù) intt1count; //定時器1計數(shù)//延時1ms子程序voidDelayMS(uintx){uchari;while(x--)for(i=0;i<120;i++);}//鍵盤掃描子函數(shù)ucharkeyscan(){ucharsCode,kCode,i,k;P1=0xF0;//低４位行線置０

if((P1&0xF0)!=0xF0) {DelayMS(10); if((P1&0xF0)!=0xF0) {sCode=0xFE;//設(shè)置行掃描碼初值

for(k=0;k<4;k++)//對4行分別掃描

{P1=sCode; if((P1&0xF0)!=0xF0) {kCode=~P1; do{P1=0xF0;} //等待按鍵彈起 while((P1&0xF0)!=0xF0);

for(i=0;i<16;i++)//查表得到按鍵序號并返回

if(kCode==KeyCodeTable[i])returni;

}

elsesCode=_crol_(sCode,1);

}

}

}

return-1;}

//減1子函數(shù)voidplus() {inti;i=wordbuf[0]*1000+wordbuf[1]*100+wordbuf[2]*10+wordbuf[3];//將千百十個位合成一整數(shù)

i--;if(i<=0)//數(shù)值減為0時使蜂鳴器響B(tài)EEP=0;wordbuf[0]=i/1000;//減1后的數(shù)值再分為一位一位的放入數(shù)組去顯示

wordbuf[1]=i%1000/100;wordbuf[2]=i%100/10;wordbuf[3]=i%10;}//初始化定時器1函數(shù)(定時器1，8位自動重裝載初值模式2，250次計數(shù))voidinit_time1(){TMOD=0x20;TH1=0x06;TL1=0x06;EA=1;ET1=1;TR1=1;}//定時器1，1s定時減1中斷函數(shù)

timer1()interrupt3{t1count++;if(t1count==4000) //進入中斷4000次為1s{t1count=0; plus();//調(diào)用減1函數(shù)

}}//數(shù)碼管動態(tài)顯示子函數(shù)voiddisplay(){uchari;switch(digbit) {case1: i=0; break; case2: i=1; break; case4: i=2; break; case8: i=3; break; default: break; }P2=0x00; //關(guān)閉顯示P0=DisplayTable[wordbuf[i]];//送字型碼P2=digbit; //送字位碼

DelayMS(2);if(digbit<0x08) //共4位digbit=digbit*2; //左移一位elsedigbit=0x01;}

//主函數(shù)voidmain(){intm,j,key;count=0; //初始沒有輸入，計數(shù)器設(shè)為0for(j=0;j<4;j++) //剛加電時，初始0000wordbuf[j]=0;while(count<5){ key=keyscan(); //調(diào)用鍵盤掃描函數(shù)

if(key>=0&&key<10)m=1; //輸入0～9 elseif(key==10)m=2; //開始倒計時鍵

elseif(key==11)m=3; //取消鍵

elsem=4; //其他按鍵

switch(m){ case1:if(count<4) {wordbuf[count]=key; //將按鍵序號即數(shù)字存入數(shù)組

P0=DisplayTable[key];//每次輸入一個數(shù)字時4位都顯示該數(shù)

count++; }break; case2:count=5; //按下開始鍵就跳出此循環(huán)

break; case3:count=0; //計數(shù)清零

for(j=0;j<4;j++) {wordbuf[j]=0; //數(shù)碼管顯示0000 P0=DisplayTable[0]; } break; default:break;}}digbit=0x01;init_time1(); //打開T1的1s計時while(1){display(); } //調(diào)用動態(tài)顯示}項目拓展STC89C52實驗板簡易電子琴的設(shè)計

在實驗板上設(shè)計一個簡易的電子琴，具體要求：按K1鍵發(fā)1音，按K2鍵發(fā)2音……按K8鍵發(fā)高音1。由蜂鳴器來發(fā)出相應(yīng)的音調(diào)。1．任務(wù)要求2．任務(wù)分析音樂主要是由音符和節(jié)拍決定的，“哆、唻、咪、法、嗦、啦、唏”音符對應(yīng)于不同的聲波頻率，而節(jié)拍則表達的是聲音持續(xù)的時間。通過控制單片機定時器的定時時間可以產(chǎn)生不同頻率的方波，用于驅(qū)動無源蜂鳴器就能發(fā)出不同的音符，然后利用延時子程序來控制發(fā)音時間的長短，即可控制節(jié)拍。把樂譜中的音符和相應(yīng)的節(jié)拍變換成定時常數(shù)和延時常數(shù)，做成數(shù)據(jù)表格存放在存儲器中。由程序查表得到定時常數(shù)和延時常數(shù)，用1個定時器控制產(chǎn)生方波的頻率，用延時程序控制發(fā)出該頻率方波的持續(xù)時間。當(dāng)延時時間到后再查詢下1個音符的定時常數(shù)和延遲常數(shù)，依次進行下去即可。發(fā)音原理:在方式1的定時狀態(tài)下，改變定時器的計數(shù)初值來產(chǎn)生不同的頻率。音符（低音）頻率／Hz簡譜碼（T值）音符（中音）頻率／Hz簡譜碼（T值）音符（高音）頻率／Hz簡譜碼（T值）低126263628152364580高1104765058低229463835258764684高2117565110低333064021365964777高3131965157低434964103469964820高4139765178低539264260578464898高5156965127低644064400688064968高6176065252低749464524798865030高7197665283C調(diào)音符、頻率、定時常數(shù)關(guān)系表用杜邦線將單片機外圍的J22的3腳與J42的7腳連接，就用P1.2控制喇叭的發(fā)聲了；J26連接8只獨立按鍵K1~K8，見“獨立按鍵”電路，用杜邦線將J22的10~17腳與J26連接上，這樣就用P3口控制8只獨立按鍵。3．任務(wù)設(shè)計簡易電子琴源程序如下：//宏定義#include<reg52.h>#defineKeyPortP3//定義全局變量unsignedcharHigh,Low;//定時器預(yù)裝值的高8位和低8位sbitSPK=P1^2;//定義喇叭接口unsignedcharcodefreq[][2]={0x44,0xFC,//523Hz“1”

0xAC,0xFC,