【正文】 自身接口實現(xiàn)數(shù)碼管靜態(tài)顯示和鍵盤掃描，使用8051單片微機外加作地址鎖存用的兩塊8三態(tài)鎖存器74LS373芯片可構(gòu)成一個完整的最小微機電路。以此為基礎(chǔ)，在智能裝置中若要配置多位數(shù)碼管顯示器，以及m行n列矩陣鍵盤的話，可以不擴展I/O芯片而由8051自身I/O口，實現(xiàn)上述功能, 即用P0口的八個端口作為LED的段選,用P1口和P2口的做鍵盤電路的接口。綜上所述，方案一中鍵盤顯示均采用動態(tài)掃描方式，其軟件實現(xiàn)起來比較簡單，但硬件電路過于復(fù)雜，沒有合理利用單片機的I/O．而方案二外圍電路簡單，且軟件實現(xiàn)起來也不是太復(fù)雜，合理利用單片機I/O口，比較起來本文采用的是方案二。167。 總體結(jié)構(gòu)框圖輸入部分鍵盤輸入 控制器AT89C511輸出部分LED顯示圖11 病房呼叫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖167。 框架模塊功能描述，按鍵輸入相當(dāng)于一個外界的干擾信號，用于向單片機傳輸命令或數(shù)據(jù)。，需要時對控制器發(fā)出中斷信號，以對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)。三．微處理器采用常見的AT89C51單片機為控制核心，通過軟件編程，對實時采集的信息進行處理，同時也調(diào)節(jié)電路進行驅(qū)動和控制。四．輸出部分包括LED顯示電路，將從鍵盤上輸入的信號顯示出來，給人以直觀的印象。五．系統(tǒng)過程的綜述：鍵盤（按鈕）輸入信號，AT89C51單片機收到信號后進行處理，通過輸出系統(tǒng)將信號顯示在LED屏上，此時還可以通過按鍵進行中斷調(diào)節(jié)，顯示會發(fā)生相應(yīng)變化，實際情況出發(fā)，人們易于操作。第2章 系統(tǒng)硬件設(shè)計167。 硬件構(gòu)成示意圖圖21 硬件構(gòu)成示意圖167。 單片機簡介單片機全稱為單片微型計算機（Single Chip Microputer）,又稱為微控制器（Micro controller Unit）或嵌入式控制器（Embedded Controller）。它是將計算機的基本部件微型化并集成到一塊芯片上的微型計算機，通常片內(nèi)都含有CPU、ROM、RAM、并行I/O、串行I/O、定時器/計數(shù)器、中斷控制、系統(tǒng)時鐘及系統(tǒng)總線等。隨著技術(shù)的發(fā)展，單片機片內(nèi)集成的功能越來越強大，并朝著片上系統(tǒng)方向發(fā)展。單片機有著體積小、功耗低、功能強、性能價格比高、易于推廣應(yīng)用等顯著優(yōu)點，在自動化裝置、智能儀器儀表、過程控制、通信、家用電器等許多領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用[1]。167。 主要單元模塊介紹167。 控制器AT89C51 AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓,高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器(PEROM)和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng),片內(nèi)置通用8位中央處理器(CPU)和Flash存儲單元，功能強大AT89C51單片機可為您提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域[2]。主要特性：一．與MCS51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容；二．4K字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲器；三．1000次擦寫周期 三．全靜態(tài)操作:0Hz24MHz ；四．三級加密程序存儲器； 五．1288字節(jié)內(nèi)部RAM； 六．32個可編程I/O口線；七．2個16位定時/計數(shù)器； 八．6個中斷源； 九．可編程串行UART通道； 十．低功耗空閑和掉電模式。輸入輸出引腳AT89C51引腳如圖22示：圖22 AT89C51引腳圖P0~P3：通用I/O口；VCC：電源端，一般接5V；GND：電源地；XTAL1，XTAL2：外接晶體振蕩器，不能超過24M；需加微調(diào)電容，一般為30pF；RST/VPD：復(fù)位端，平時為低電平；ALE/PROG：地址鎖存允許信號端；EA/Vpp：外部程序存儲器地址允許輸入端/固化編程電壓輸入端。復(fù)位電路：RST引腳是復(fù)位信號輸入端嗎，高電平有效。采用上點復(fù)位，因為本系統(tǒng)設(shè)計的值班室“響應(yīng)按鈕”具有復(fù)位鍵，所以不需要進行手動復(fù)位，以節(jié)省資源，如圖4所示圖23 復(fù)位設(shè)計時鐘電路：時鐘是時序的基礎(chǔ)，AT89C51核片內(nèi)由一個反相放大器構(gòu)成振蕩器，可以由它產(chǎn)生時鐘，時鐘可以由兩種方式產(chǎn)生內(nèi)部方式和外部方式。本系統(tǒng)采用內(nèi)部方式，在XTAL1和XTAL2端外接石英晶體作為定時元件，內(nèi)部反相放大器自激振蕩，產(chǎn)生時鐘。時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻。電容采用33pF電容。如下圖24所示。圖24 時鐘電路167。一．矩陣式鍵盤最簡單的鍵盤，每個鍵對應(yīng)I/O端口的一位，沒有什么鍵閉和時，各位均處于高電位。當(dāng)有一個鍵按下時，就是對應(yīng)位接地而成為低電位，而其它位仍為高電位。這樣，CPU只要檢測到某一位為”0”，便可判別出對應(yīng)鍵已經(jīng)按下。但是，當(dāng)鍵盤上的鍵較多時，引線太多，占用的I/O端口也太多。比如，一個有64個鍵的鍵盤，采用這種方法來設(shè)計時，就需要64條連線和8個8位并行端口。所以，這種簡單結(jié)構(gòu)只用在僅由幾個鍵的小鍵盤中。通常使用的鍵盤結(jié)構(gòu)是矩陣式的，如圖25所示。設(shè)有個鍵盤，那么，采用矩陣式結(jié)構(gòu)以后，便只要條引線就行了。比如，有個鍵，那么，只要用兩個并行端口和16條引線便可以完成鍵盤的連接[3]。圖25 矩陣鍵盤二．鍵的識別為了識別鍵盤上的閉和鍵，通常采用兩種方法，一種稱為行掃描法，另一種稱為行反轉(zhuǎn)法。[4]：行掃描法識別閉和鍵的原理如下：先使第0行接地，其余行為高電平，然后看第0行是否有鍵閉和，這是通過檢查列線電位來實現(xiàn)的，即在第0行接地時，看是否有條列線變成低電平。如果有某條列線變?yōu)榈碗娖?，則表示第0行和此列線相交位置上的鍵被按下；如果沒有任何一條列線為低電平，則說明第0行上沒有鍵被按下。此后，再將第1行接地，然后檢測列線中是否有變?yōu)榈碗娖降木€。如此往下逐行掃描，直到最后一行。在掃描過程中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某一行有鍵閉合時，也就是列線輸入中有一位為0時，便在掃描中途退出，而將輸入值進行移位，從而確定閉合鍵所在的列線位置。根據(jù)行線位置和列線位置便能再掃描法來確定具體位置。將行線和一個并行接口相接，CPU每次使并行輸出接口的某一位為0，便相當(dāng)于將某一行線接地，而其他位為1，則相當(dāng)于使其他行線處于高電平[5]。為了檢查列線上的電位，將列線和一個并行輸入輸出口相接，CPU只要讀取輸入輸出口中的數(shù)據(jù)，就可以設(shè)法判別出第幾號鍵被按下[6]。從上面的原理中知道，程控掃描法是由程序控制鍵掃描的方法。程控掃描的任務(wù)是：（1）首先判斷是否有鍵按下。其方法是使所有的行輸出均為低電平，然后從端口A讀入列值 。如果沒有鍵按下，則讀入的列值為FFH；如果有鍵按下，則讀入的列值不為FFH。（2）去除鍵抖動。若有鍵按下，則延時5～10ms，再一次判斷有無鍵按下，如果此時仍有鍵按下，則認(rèn)為鍵盤上有一個鍵處于穩(wěn)定閉合期。（3）若有鍵閉合，則求出閉合鍵的鍵值. 求鍵值的方法是對鍵盤逐行掃描。如圖26行掃描法。調(diào)顯示程序掃描整個鍵盤有鍵按下？再次掃描整個鍵盤有鍵按下？延時10ms輸出使Xi為低電平此行有鍵按？行值＋08H求下一行為低電平模型各行掃描完了？列值＋1列數(shù)據(jù)右移1位延時有鍵按下？鍵釋放了？計算鍵值（BUFF） 鍵值調(diào)查找功能鍵程序YNYNYYNNYNNY開始圖26 行掃描法流程圖[7]：行反轉(zhuǎn)法也是識別閉合鍵的常用方法，它的原理如下所述。這了敘述方便，以44=16鍵的鍵盤為例。圖27是行反轉(zhuǎn)法的工作示意圖。圖27 行反轉(zhuǎn)法連接圖從圖中可以看到，用行反轉(zhuǎn)法識別閉合鍵時，要將行線接一個并行口，先讓它工作為輸出方式，將列線接到一個并行口，先讓它工作在輸出方式。程序使CPU通過輸出端口往各行線上全部送低電平，然后讀入列線的值[8]。如果此時有某一個鍵被按下，則必定會使某一列線值為0，然后，程序再對兩個并行端口進行方式設(shè)置，使接行線的并行端口工作在輸出方式，而使接列線的并行端口工作在輸出方式，并且將剛才讀得的列線值從所接的并行端口輸出，再讀取行線的輸入值，那么，在閉合鍵所在的行線上的值必定為0。這樣，當(dāng)一個鍵被按下時，必定可以讀得一對惟一的行值和列值[9]。在鍵盤設(shè)計時，除了以鍵碼的識別以外，還有抖動問題需要解決[10]。有軟件方法可以很容易解決抖動問題，這就是通過延遲來等待抖動消失，這之后，再讀入鍵碼。167。一．LED顯示原理 LED即發(fā)光二極管，它是一種由某種半導(dǎo)體材料制成的PN結(jié)，由于摻雜濃度很高，當(dāng)正相偏置時，會產(chǎn)生大量的電子空穴復(fù)合，把多余的能量釋放為光能。LED顯示器具有工作電壓低、體積小、壽命長（約十萬小時）、響應(yīng)速度快，顏色豐富（紅、黃、綠等）等特點，是智能儀器最常使用的顯示器[11]。，發(fā)光工作電流在5mA20mA，發(fā)光強度基本上與正向電流成正比，故電路須串聯(lián)適當(dāng)?shù)南蘖麟娮鑋12]。LED很適合于脈沖工作狀態(tài)，在平均電流相同的情況下，脈沖狀態(tài)比直流工作狀態(tài)產(chǎn)生的亮度增強20%左右。LED顯示器有單個、七段和點陣式幾種類型，本設(shè)計將使用七段LED顯示器。二．七段LED顯示七段LED顯示器由數(shù)個LED組成一個陣列，并封裝與一個標(biāo)準(zhǔn)外殼中。為適用于不同的驅(qū)動電路，有共陰極和共陽極兩種結(jié)構(gòu)，如圖所示。用七段LED顯示器可組成09數(shù)字和多種字母，為了適應(yīng)各種裝置的需要，這種顯示中還有一個小數(shù)點，所以實際共有八段[13]。圖28 LED顯示器的兩種結(jié)構(gòu)為了顯示某個數(shù)或字符，就要點亮對應(yīng)的段，這就需要譯碼。譯碼有硬件和軟件之分，硬件譯碼的優(yōu)點是計算機時間的開銷比較小，但硬件開支大[14]。與硬件電路相比，軟件譯碼顯示電路省去了硬件譯碼器，本設(shè)計采用軟件譯碼的方式。按照