【正文】 按下時(shí) I/O 口電平剛好相反。這樣通過檢測(cè) I/O 口的電平狀態(tài)即可判斷哪一個(gè)按鍵被按下了。 中北大學(xué) 2020 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 7 頁 共 31 頁 此類按鍵的特點(diǎn)是按鍵電路配置靈活，按鍵的狀態(tài)識(shí)別簡(jiǎn)單，程序編寫相對(duì)簡(jiǎn)單，但是每一個(gè)按鍵需要占用一個(gè) I/O 口，資源占用率較高，當(dāng)按鍵的數(shù)量不是很多或者系統(tǒng)有比較多電熱 I/O 口剩余時(shí)，可以采用此類設(shè)計(jì)。 （ 2）矩陣式鍵盤 矩陣式鍵盤有行線和列線組成。按鍵位于行列線的交叉點(diǎn)上，一個(gè) 4*4 的矩陣式結(jié)構(gòu)就可以構(gòu)成一個(gè)含有 16 個(gè)按鍵的鍵盤。 按鍵設(shè)置在行列線的交叉點(diǎn)上，行列線分別接到按鍵開關(guān)的兩端。行列通過上拉電阻接到 +5V上，平時(shí)當(dāng)沒有按鍵按下時(shí)，列線處于高電平狀態(tài)；當(dāng)有按鍵按下時(shí)，行列線導(dǎo)通，因此列線的電平將由此相連接，各個(gè)按鍵按下與否影響該鍵所在行列線的電平。這樣行列線配合起來進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚涂梢源_定按鍵的位置。 與獨(dú)立式鍵盤相比，要節(jié)省很多 I/O 口，適用于按鍵數(shù)量較多的場(chǎng)合。 食堂 IC 卡售飯系統(tǒng)選用 AT89S51 的 I/O 端口較多，在實(shí)際使用中鍵盤最好集成在IC 卡售飯機(jī)以內(nèi)以防止由于鍵盤的滑輪造成售飯員的誤操作。 綜合考慮實(shí)際使用的情 況和價(jià)格相比較，本設(shè)計(jì)采用矩陣式掃描鍵盤進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入。由于有 0 到 9 十個(gè)數(shù)字鍵，再加一些功能鍵，因此采用 4*4 矩陣鍵盤。 顯示器選擇 顯示器是最常用的輸出顯示設(shè)備，其種類很多，但在單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最常用的是發(fā)光二極管顯示器（ LED）和液晶顯示器（ LCD）兩種。由于這兩種顯示器它們擁有成本低廉，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，接口容易實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)，所以被廣泛應(yīng)用于各類單片機(jī)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)之中。 在現(xiàn)階段常用的顯示器包括 LED 二極管顯示以及 LCD 液晶顯示兩種類型。 LED 是自發(fā)光顯示，價(jià)格便宜、體積大、耗電高、圖像質(zhì)量一般，適合于室外 大屏幕展示，如廣告牌、商場(chǎng)電子宣傳欄等。 LCD 液晶顯示是投射光顯示，價(jià)格稍高、體積小、耗電低、圖像質(zhì)量高，適用于各類顯示屏的設(shè)計(jì)，如電腦液晶屏、手機(jī)屏幕等。 二者在各個(gè)方面的比較都有其優(yōu)勢(shì)，但對(duì)于此次設(shè)計(jì)，需顯示相關(guān)字符及金額操作的情況，顯示內(nèi)容較靈活，對(duì)數(shù)字和字符顯示要求比較高。因此選用自帶數(shù)據(jù)庫類型的LCD 液晶顯示器。 綜合上述兩種顯示器的優(yōu)缺點(diǎn)，因此在本設(shè)計(jì)中選用了目前常見的性能比較好的有串行數(shù)據(jù)端口及自帶漢字?jǐn)?shù)據(jù)庫的 LCD1602 點(diǎn)陣液晶顯示屏。 中北大學(xué) 2020 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 8 頁 共 31 頁 3 硬件電路設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用單片機(jī)作 AT89S51 為本設(shè)計(jì)的核心元件。利用兩片 LCD1602 液晶顯示器作為顯示器件。通電后，未插卡時(shí)顯示 ―CHU RU IC KA‖，插卡后顯示 ―KA NEI YU E‖，按充值鍵后顯示 ―+‖，按扣費(fèi)鍵后顯示 ―‖。 在本次設(shè)計(jì)中，接入一個(gè) 4*4 的按鍵鍵盤，其中 0 至 9 號(hào)鍵用于數(shù)字 0、 9 的輸出， 10 號(hào)鍵用做操作完成后的確定鍵， 11 號(hào)鍵用做充值鍵， 12號(hào)鍵用做扣費(fèi)鍵，由于考慮到按鍵處接線電路較為復(fù)雜， 1 1 15 號(hào)鍵空閑不用，在外板子上接上復(fù)位鍵，用于退回主頁面。 另外，本系統(tǒng)還有一個(gè)重要的 組成部分插卡接口，即 SLE4442，該部分主要是用于IC 卡插入，是本系統(tǒng)相當(dāng)重要的組成部分。 SLE4442 具有 7 種指令，包括讀、寫主存儲(chǔ)器，讀、寫主保護(hù)器，讀、寫安全存儲(chǔ)器和密碼校驗(yàn)指令。 因此本系統(tǒng)硬件由以下幾個(gè)部分組成： （ 1） AT89S51 單片機(jī)電路 （ 2） LCD1602 液晶顯示電路 （ 3） 4*4 按鍵開關(guān) （ 4）蜂鳴器報(bào)警電路 （ 5） SLE4442 智能 IC 卡，及插卡電路 由于要給各個(gè)芯片提供電源，所以還包括 5V電源電路。 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 單片機(jī)最小系統(tǒng)，也稱為最小應(yīng)用系統(tǒng)，是指用最少的元件組 成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。對(duì) 51 系列單片機(jī)而言，最小系統(tǒng)包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)、晶振電路、復(fù)位電路。 （ 1）時(shí)鐘電 路 AT89S51內(nèi)部有一個(gè)可以用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，而引腳 XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。此時(shí)鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。內(nèi)部方式的時(shí)鐘 是 在 XTAL1和 XTAL2引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。定時(shí)元件一般通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶體振蕩頻率可以在 ～ 12MHz之間選擇，電容值在 5～ 30pF之間選擇，電容值的大小能夠?qū)?頻率起微調(diào)的作用。 外部方式的時(shí)鐘電路 XTAL1接地， XTAL2接外部振蕩器。對(duì)外部振蕩信號(hào)沒有特殊中北大學(xué) 2020 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 9 頁 共 31 頁 要求，只要求保證脈沖寬度，因而一般采用頻率低于 12MHz的方波信號(hào)。 （ 2）復(fù)位及復(fù)位電路 復(fù)位操作：復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。其主要功能是把 PC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)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為了擺脫困境，同時(shí)也需按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。 復(fù)位信號(hào)及其產(chǎn)生： RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端。復(fù)位信號(hào)是高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)該 持續(xù) 24個(gè)振蕩周期 (即二個(gè)機(jī)器周期 )以上。整個(gè)復(fù)位電路主要包括芯片內(nèi)、外兩部分。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào) (RST)送至施密特觸發(fā)器，再由片內(nèi)復(fù)位電路在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2時(shí)刻對(duì)施密特觸發(fā)器的輸出進(jìn)行采樣，然后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)。 復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位相按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路電路圖如圖 所示。 X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 .0 /T 21P 1 .1 /T 2 E X2P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U2A T 8 9 S 5 1n e t= d 7C43 0 P FC53 0 P FX2CR Y S T A L+5vC61 0 n FR21k復(fù)位電路 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖 SLE4442 部分 SLE4442 是西門子公司的一款具有可編程安全代碼（ PSC）和寫保護(hù)功能的智能型存儲(chǔ)芯片。它具有 256EEPORM 主 存儲(chǔ)器，不可逆的 4 個(gè)寫保護(hù)器， 1B 的錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器具有 3B 密碼保護(hù)功能。 SLE4442 采用兩線數(shù)據(jù)傳輸方式，符合 IS071863 標(biāo)準(zhǔn)。 中北大學(xué) 2020 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 10 頁 共 31 頁 SLE4442 具有一個(gè)安全邏輯，用于控制存儲(chǔ)器的讀寫操作。在密碼成功之前，除密碼外，數(shù)據(jù)都可以讀出，只有密碼校驗(yàn)成功之后才可以執(zhí)行數(shù)據(jù)的寫入動(dòng)作。 SLE4442卡為 256 字節(jié)加密卡，存在讀、寫數(shù)據(jù)、保護(hù)數(shù)據(jù)以及密碼操作。 SLE4442 主要指標(biāo) （ 1）字節(jié)數(shù)： 256 字節(jié) EEPROM （ 2）存儲(chǔ)器： 32 位保護(hù)存儲(chǔ)器 （ 3）密碼： 3 字節(jié)用戶密碼，密碼錯(cuò)誤計(jì)數(shù)： 3 次 （ 4）溫度范圍： 0℃ ～ 70℃ （ 5）擦寫次數(shù)：至少 100,000 次擦寫循環(huán) SLE4442 引腳的配置 1) SLE4442 IC 卡采用兩線數(shù)據(jù)傳輸方式其引腳配置如下圖 所示： 圖 SLE4442IC 卡引腳的配置 2) SLE4442 IC 卡管腳功能說明如表 所示。 表 SLE4442 IC 卡管腳功能 引腳號(hào) 標(biāo)記符號(hào) 功能 CI VCC +5V電壓輸入 C2 RST 復(fù)位 C3 CLK 串行時(shí)鐘輸入 C4 NC 空 C5 GND 地 C6 NC 空 C7 I/O 串行數(shù)據(jù)輸入 /輸出 C8 NC 空 C1 C2 C5 C6 C7 C3 C8 C4 VCC RST CLK NC GND NC I/O NC 中北大學(xué) 2020 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 11 頁 共 31 頁 IC 卡接口電路 在此電路中，由于 AT89S51 是主控芯片，因此 AT89S51 需要完成對(duì) IC 芯片的復(fù)位、讀寫等操作。首先對(duì)于復(fù)位響應(yīng)操作，由于復(fù)位響應(yīng)是根據(jù) ISO7816 標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行的。在操作期間的任何時(shí)候都可以復(fù)位，只有經(jīng)過了復(fù)位才能對(duì) IC 卡進(jìn)行其他操作。開始時(shí)地址計(jì)數(shù)器隨一個(gè)時(shí)鐘脈沖而被設(shè)置成 0。當(dāng) RST 線從 H 狀態(tài)置到 L 狀態(tài)時(shí)，第一個(gè)數(shù)據(jù)位的內(nèi)容被送到 I/O 線上。若連續(xù)輸入 32 個(gè)時(shí)鐘脈沖，主存儲(chǔ)器中的前 4 個(gè) 字節(jié)地址單元中的內(nèi)容被讀出。在第 33 個(gè)時(shí)鐘脈沖的下降沿， I/O 線被置成 H 狀態(tài)而關(guān)閉。 復(fù)位響應(yīng)之后，芯片等待著命令。每條命令都以一個(gè) ―啟動(dòng)狀態(tài) ‖開始。整個(gè)命令包括三個(gè)字節(jié)。隨后緊跟著一個(gè)附加脈沖并用一個(gè) ―停止?fàn)顟B(tài) ‖來結(jié)束操作。當(dāng) CLK 為 H狀態(tài)期間， I/O 線的下降沿為啟動(dòng)狀態(tài)；當(dāng) CLK 為 H 狀態(tài)期間， I/O 線的上升沿為停止?fàn)顟B(tài)。需要注意的是：脈沖的下降沿之后， I/O 線上的第一位數(shù)據(jù)變?yōu)橛行?。隨后每增加一個(gè)時(shí)鐘脈沖，芯片內(nèi)部的一位數(shù)據(jù)被送到 I/O 線上。其輸出的順序是從 每 個(gè)字節(jié)的最低位開始。當(dāng)所需要的最后一個(gè)數(shù)據(jù)送 出以后，需要再附加一個(gè)時(shí)鐘脈沖來把 I/O 線置成 H 狀態(tài)，以便準(zhǔn)備接受新的命令。在輸出數(shù)據(jù)期間，任何 ―啟動(dòng)狀態(tài) ‖和 ―停止?fàn)顟B(tài) ‖均被屏蔽掉。 智能 IC 卡電路由 SLE4442 外接 5V電源組成。如圖 所示。 圖 SLE4442 智能 IC 卡電路 LCD1602 液晶顯示部分 LCD1602 簡(jiǎn)介 LCD 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的 點(diǎn)陣 型液晶模塊。它由若干個(gè) 5X7 或者 5X11 等 點(diǎn)陣 字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都中北大學(xué) 2020 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 12 頁 共 31 頁 可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫仫@示圖形（用自定義 CGRAM，顯示效果也不好）。 1602LCD 是指顯示的內(nèi)容為 16X2,即可以顯示兩行，每行 16 個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。 液晶 顯示器技術(shù)參數(shù) 主要技術(shù)參數(shù)和性能 : （ 1） 供電電源 VDD:～ 。 （ 2） 可顯示內(nèi)容 :16(列 )2(行 )。 （ 3） 顯示特點(diǎn)：全屏幕點(diǎn)陣。 （ 4） 內(nèi)建有 192 個(gè) 5X7 點(diǎn)陣的字型的字符發(fā)生器 CGROM （ 5） 有 80 字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 DDRAM。 顯示原理 1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（ CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了 160 個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“ A”的代碼是 01000001B（ 41H），顯示時(shí)模塊把地址 41H 中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“ A”。 因?yàn)?1602 識(shí)別的是 ASCII 碼，試驗(yàn)可以用 ASCII 碼直接賦值，在單片機(jī)編程中還可以用字符型常量或變量賦值，如 ’A’。以下是 1602 的 16 進(jìn)制 ASCII 碼表地址：讀的時(shí)候，先讀左邊那列，再讀上面那行，如：感嘆號(hào)！的 ASCII 為 0x21，字母 B 的 ASCII為 0x42（前面加 0x表示十六進(jìn)制）。以下為 CGROM 中字符碼與字符字模關(guān)系對(duì)照表 ，