基于ARM的矩阵键盘设计及其linux驱动实现
1.引言
ARM微处理器已广泛应用于工业控制、消费类电子产品、通信系统等领域。矩阵键盘是一种常用的键盘形式，它将按键设计成M行N列，这样共需M+N根信号线，却可驱动M×N个按键，大大节约了I/O资源。本文介绍了一种利用TQ2440开发板的GPIO口扩展5×4矩阵键盘的方法，并将所有按键重新布局成手持终端的键盘形式，方便操作。
2.硬件设计
本设计扩展5行4列的矩阵键盘，如图1所示。其中行线ROW1-ROW5连接S3C2440的中断引脚EINT8，EINT9，EINT11，EINT13，EINT14［1］。这些中断引脚本身连有10kΩ的上拉电阻，把中断引脚电平拉高，确保按键空闲时不会触发中断。列线COL1-COL4连接S3C2440的普通I/O口GPF3，GPF4，GPG7，GPG10.这里需要注意的问题是：确保行线所用的中断在Linux的其他设备中均未使用到，否则会引起该驱动程序或其他驱动程序初始化失败。
考虑到手持终端设备按键的常用性与操作的方便性，只取矩阵键盘的前18键，并将它们重新布局为图2的形式。其中Ent键具有二重功能，即确认功能（短按）和开关机功能（长按），此功能将在驱动程序中实现。
3.矩阵键盘的Linux驱动程序设计
3.1 键盘驱动总体概述
驱动程序是操作系统内核和硬件设备之间的接口。设备驱动程序为应用程序屏蔽了硬件的细节，使应用程序可以像操作普通文件一样操作硬件设备［2］。驱动程序没有main函数，它以一个模块初始化函数作为入口，并且它完成初始化之后不再运行，等待系统调用。
驱动程序是linux内核的一部分，所以在程序编写上要采用linux的表达方式。首先将列I/O端口定义为数组：col_table ［］={ S3C2410_GPF3，S3C2410_GPF4，…}，行I/O端口定义为结构型：
button_irqs ［］={ {IRQ_EINT8，S3C2410_GPG0，S3C2410_GPG0_EINT8，0，“R1″}，
{IRQ_EINT9，S3C2410_GPG1，S3C2410_GPG1_EINT9，1，”R2″}，
…}。//中断号（irq），引脚（pin），引脚设置，序号，名称
矩阵键盘是作为Linux的一个字符设备注册到系统中的。我们首先向系统注册矩阵键盘
设备，包括设备号，设备名及file_operations结构体；file_operations结构体的成员函数是字符设备驱动程序设计的主体内容，这些函数实际会在应用程序进行Linux的open（）、write（）、read（）、close（）等系统调用时最终被调用［3］。用户对键盘没有写操作，其file_operations结构体的成员函数为open（）、read（）、close（）、poll（）。
中断的注册和行列初始化在打开键盘时（即open（）函数中）实现。注册中断包括：中断号，中断入口程序，中断方式，中断名和代号。关键语句为：request_irq（button_irqs ［i］.irq，buttons_interrupt，IRQ_TYPE_EDGE_FALLING，button_irqs［i］.name，（void*）&button_irqs［i］）。IRQ_TYPE_EDGE_FALLING意思为下降沿触发。然后再进行行列初始化：设置行线为中断，使能上拉，在linux中其表达方式为：
s3c2410_gpio_cfgpin（button_irqs［i］。
pin，S3C2410_GPIO_SFN2）；//设置第i行引脚为中断
s3c2410_gpio_pullup（button_irqs［i］。
pin，1）；//第i行引脚上拉
设置列线为输出，置低电平。语句表达同理，由于篇幅所限，这里不再一一列出。
read（）函数实现从设备中读取数据。该函数实现无按键按下时程序进入休眠，关键代码：
static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD（button_waitq）；//生成一个等待队列头队列，名为button_waitq
static volatile int ev_press = 0;//置1，表示有键按下
ev_press为0时执行语句：wait_event_interruptible（button_waitq，ev_press），程序即进入休眠。ev_press为1时把数据从内核空间复制到用户空间，关键语句：copy_to_user（buff，（const void *）key_values，min（sizeof（key_values），count））；
//buff为用户空间的指针，key_values为内核空间指针，最后一个参数为从内核空间向用
户空间拷贝数据的字节数，我们取实际大小与用户指定大小中的最小值。数据复制成功时返回零；出错时返回没有复制成功的数据字节数。
close（）函数实现关闭矩阵键盘设备，释放已注册的中断，关键语句：free_irq （button_irqs［i］.irq，（void *）&button_irqs［i］）。
Poll（）函数实现轮询，如果没有按键数据，调用linux的poll_wait函数等待；如果有按键数据，则select函数会立刻返回。
3.2 中断处理及键盘扫描程序
中断处理函数的名称为上面注册的buttons_interrupt.具体程序流程如图3所示。当有
按键按下时，该键所在行列导通。列的低电平将该行电平拉低，进而触发中断。然后，进入中断处理函数。由于按键存在抖动的问题，单靠一次中断的触发就判定有按键按下是不可靠
的，所以采用定时器延时10ms后再进入键盘扫描函数。
本设计的键盘扫描程序采用先确定行再确定列的方法，最后对行列进行一定的运算即得键值。首先确定行：逐行扫描，判断是否有行引脚为低电平。若有，保存该行值（row）。继续确定列：逐列置低电平，当该列为按下所在列时，才会使该行再次为低电平，从而确定列（column）。再对行列进行运算：k=row*4+column，则将矩阵键盘的每一键对应为键号0-19.键盘布局为图2所示形式后，我们只取矩阵键盘的前18键（键号0-17），键值保存为k+1.对于Ent键，通过按下的时间长短区分是确定功能还是开关机功能，按下时间小于0.5秒为确认功能，按下时间大于1.6秒为开关机功能，时间在0.5秒-1.6秒的视为无效操作。计时方法为：
若该行仍为低电平且整数cnt小于1700：延时1ms，cnt++;根据cnt值即得按下时间。
开关机功能保存为第18键号，键值19.
4.驱动程序的测试
测试程序属于上层应用程序，直接调用键盘驱动程序提供的接口即可实现度键盘的操作。我们调用open（）函数实现矩阵键盘设备的打开，再调用read（）函数即可将键盘数据读取出来并保存到自己定义的数组中，最后使用printf（）函数将测试结果显示出来。
功运用到笔者的项目中，键盘输入的正确率和反应时间均符合设计要求。
5.总结
本文介绍了一种直接从ARM的I/O口扩展矩阵键盘的方法，它无需增加其它接口元器件，设计快速实用，并实现了在Linux系统下的驱动，为ARM嵌入式设备扩展手持终端式键盘提供了一种解决方案。
3X3_矩阵键盘
功能描述： 矩阵键盘，3×3矩阵键盘，数码管显示对应按键，动态扫描，中断实现。 其中上拉电阻属性需设置为“digital”。 KEIC程序： /*矩阵键盘3X3，中断方式，外部中断0 */ #include
while(--count != 0) for(i = 0; i < 125; i++); } //主函数入口 void main() { EA=1; EX0=1; IT0=1; while(1) { //初始化各行为低电压 Row1=0;Row2=0;Row3=0; Line1=1;Line2=1;Line3=1; P2=DispCode[m]; } } //中断函数 void int0_ISR(void) interrupt 0 { if(IN0==0) { Delay(10);//消除抖动 if(IN0==0) { //行循环扫描，判定为哪行哪列被按下 Row1=0;Row2=1;Row3=1; if(Line1==0){m=1;return;} else if(Line2==0){m=2;return;} else if(Line3==0){m=3;return;} Row1=1;Row2=0;Row3=1; if(Line1==0){m=4;return;} else if(Line2==0){m=5;return;} else if(Line3==0){m=6;return;} Row1=1;Row2=1;Row3=0; if(Line1==0){m=7;return;} else if(Line2==0){m=8;return;} else if(Line3==0){m=9;return;} } } }
4X4扫描式矩阵键盘课程设计
4X4扫描式矩阵键盘课程设计 课程设计名称: 4_4扫描式矩阵键盘设计 姓名：DUKE 班级：电子1008班 学号：10086 成绩： 日期：2014年1月6日
摘要 随着21世纪的到来，电子信息行业将是人类社会的高科技行业之一，式设施现代化的基础，也是人类通往科技巅峰的直通路。电子行业的发展从长远来看很重要，但最主要的还是科技问题。 矩阵式键盘提高效率进行按键操作管理有效方法，它可以提高系统准确性，有利于资源的节约，降低对操作者本身素质的要求。是它能准时、实时、高效地显示按键信息，以提高工作效率和资源利用率。 矩阵式键盘乃是当今使用最为广泛的键盘模式，该系统以N个端口连接控制N*N个按键，显示在LED数码管上。单片机控制依据这是键盘显示系统，该系统可以对不同的按键进行实时显示，其核心是单片机和键盘矩阵电路部分，主要对按键与显示电路的关系、矩阵式技术及设备系统的硬件、软件等各个部分进行实现。 4*4矩阵式键盘采用AT89C51单片机为核心，主要由矩阵式键盘电路、译码电路、显示电路等组成，软件选用C语言编程。单片机将检测到的按键信号转换成数字量，显示于LED显示器上。该系统灵活性强，易于操作，可靠性高，将会有更广阔的开发前景。
目录 第一章：系统功能要求-------------------------------------------------------- 1.1 4*4 矩阵式键盘系统概述------------------------------------------------ 1.2 本设计任务和主要内容--------------------------------------------------- 第二章：方案论证--------------------------------------------------------------- 第三章：系统硬件电路的设计------------------------------------------------ 3.1 单片机控制系统原理----------------------------------------------------- 3.2 原理图绘制说明---------------------------------------------------------- 3.3 画出流程图---------------------------------------------------------------- 3.4 原理图绘制--------------------------------------------------------------- 第四章：系统程序的设计------------------------------------------------------ 4.1 程序的编写步骤----------------------------------------------------------- 4.2 编写的源程序-------------------------------------------------------------- 第五章：调试及性能分析------------------------------------------------------ 第六章：心得体会--------------------------------------------------------------- 参考文献----------------------------------------------------------------------------
扫描矩阵键盘简介以及其FPGA设计思路
扫描键盘的设计思想和代码技巧非常值得学习。 首先扫描键盘可以节省FPGA 的引脚资源，例如一个4x4的扫描键盘有16个按键，如果不用扫描方式而是直接把16跟控制线接入FPGA ，就要16个引脚，而用扫描方式只需要4+4=8个引脚。尤其是随着键盘的增大，比如8x9=72的键盘，用扫描方式只需要17个引脚。 要想了解扫描键盘的原理，首先要知道矩阵键盘的电路结构。 如上图所示，矩阵键盘的某一个按钮按下会使对应的一条行线和列线导通，为了便于分析扫描过程做如下简化： 3.3v Row0 Row1 Row2 Row3 Col 0 Col 1 Col 2 Col 3 Row0 Row1 Row2 Row3 Col 0 Col 1 Col 2 Col 3 3 5 A E D C 2 B 9 8 F 4 6 0 1 7 接高电平 由FPGA 输出给键盘高低电平的组合，即是扫描码 键盘行线 高低电平的变化输入给FPGA
扫描键盘的工作状态分为两种： 第一种状态是判断是否有键按下，该状态下四根列线对应的电平状态是{col 0,col 1,col 2,col 3}=0000 。四根行线左端都接高电平，没有键被按下时，四根行线右端的状态是{row0,row1,row2,row3}=1111 。假如上图中按键3被按下了，也就是说row0和col 0接通了。那么四根行线右端的状态将会是{row0,row1,row2,row3}=0111 。也就是说，在第一种状态下，只要键盘行线输入FPGA的状态不是1111，就说明有键被按下了。马上进入第二状态。 第二种状态是判断具体哪个键被按下了。该状态下四根行线左端接高电平不变，四根列线对应的电平状态不断变化，由FPGA的输出的扫描码控制四根列线的电平状态。由第一状态的行线输入已经可以确定按键所处的行了。接下来只要再确定按键所处的列就可以确定到底哪个键被按下了。 如何根据行线的输入确定按键所处的列，奥妙就在于扫描码了。让列线以1000、0100、0010、0001的电平状态不断循环。假设上一状态确定按键处于row0行，那么随着扫描的进行，行线输入的变化规律如下表： 1000 0100 0010 0001 1000 0100 0010 0001 1000 0100 0010 0001 扫描 码 Row0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 Row1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Row2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Row3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 观察上表可以发现，在row0是1的时候与之对应的扫描码可以体现出按键所在列。 一个随之而来的设计思路是在第一状态确定按键所在行，然后在第二状态捕捉特定行是高电平的时候所对应的扫描码。 但是这里有一个不可避免的实际问题，那就是机械键盘的抖动！这种抖动主要体现在两个方面：第一，我们手指按某个键的时候可能由于接触面积大无意中碰到周围的键。第二，在按着一个键的时候由于力度不均或者接触不良，行线和列线并不能时刻保持接通的状态。下图来自网络上，描述的是单片机的机械键盘，借用一下。
监控矩阵键盘说明书
.. 主控键盘 （SYSTEM KEYBOARD） 使用说明书 （中文版第二版）
Copyright 2009-2012. All Rights Reserved. 注意事项： 1.安装场所 远离高温的热源和环境，避免直接照射。 为确保本机的正常散热，应避开通风不良的场所。 为了防止电击和失火，请勿将本机放置于易燃、易爆的场所。 小心轻放本机避免强烈碰撞、振动等，避免安装在会剧烈震动的场所。避免在过冷、过热的场所间相互搬动本机，以免机器部产生结露，影响机器的使用寿命。 2.避免电击和失火 切记勿用湿手触摸电源开关和本机。 勿将液体溅落在本机上，以免造成机器部短路或失火。 勿将其它设备直接放置于本机上部。 安装过程中进行接线或改线时，都应将电源断开，预防触电。 重要提示： 为了避免损坏，请勿自动拆开机壳，必须委托有资格有专业维修人员在指定的维修单位进行维修。 清洁装置时,请勿使用强力清洗剂,当有灰尘时用干布擦拭装置。 不得在电源电压过高和过低的场合下使用该本机。 务请通读本使用说明书，以便您掌握如正确使用本机。当您读本说明书后，请把它妥善保存好，以备日后参考。如果需要维修，请在当地与经本公司授权的维修站联系。 环境防护： 本机符合电磁辐射标准，对人体无电磁辐射伤害。 申明：
产品的发行和销售由原始购买者在可协议条款下使用； 未经允，任单位和个人不得将该产品全部或部分复制、再生或翻译成其它机器可读形式的电子媒介； 本手册若有任修改恕不另行通知； 因软件版本升级而造成的与本手册不符，以软件为准。 目录 设备概述 (3) 第一部分控制矩阵切换系统 (4) 1.1键盘通电 (4) 1.2键盘操作加锁 (4) 1.3键盘操作解锁 (4) 1.4键盘密码设置 (4) 1.5选择监视器 (5) 1.6选择摄像机 (5) 1.7控制解码器 (5) 1.8控制智能高速球 (6) 1.9操作辅助功能 (7) 1.10系统自由切换 (8) 1.11系统程序切换 (9) 1.12系统同步切换 (10) 1.13系统群组切换 (10) 1.14报警联动 (10) 1.15防区警点 (11) 1.16警点状态 (11) 1.17声音开关 (11) 第二部分控制数字录像机、画面处理器 (11) 2.1进入数字录像机、画面处理器模式 (11) 2.2退出数字录像机、画面处理器模式 (11) 2.3选择数字录像机、画面处理器 (11) 2.4控制数字录像机、画面处理器 (12) 第三部分设置连接 (12) 3.1键盘工作模式 (12)
2×2矩阵式键盘
2×2矩阵式键盘 摘要：本设计主要是用来学习键盘扫描程序的设计，数码管的动态显示程序设计。设计中，将单片机8051的并行口P1的P1.0,P1.1接键盘的行，将P1.2,P1.3接键盘的列，将并行口P2的P2.7~P2.0分别接数码管的数据段g,f,a,b,d,h,e,c. 以及将P3.6,P3.7分别接数码管的偏选端，当按下第0行0列时数码管就显示00，按下第0行1列时数码管就显示01，第1行0列时数码管就显示02，第1行1列时数码管就显示03。本设计一共四个按键，用双数码管动态显示。 关键字：单片机，数码管动态显示，行列式键盘，共阴数码管 一、矩阵式键盘工作原理 如下图1，I/O接口线组成行、列结构，按键设置在行、列的交点上。行线通过上拉电阻接+5V。 第一步是CPU检测键盘上是否有按键。具体过程如下：P1.2, P1.3输出0，即将列P1.2, P1.3置成低电平，然后将行线P1.0,P1.1电平状态读入累加器A中。如果有键按下，总有一根行线电平被拉至低电平，从而使行输入状态不全为“1”。 第二步是识别是哪一个键按下。具体过程如下：先将P1.2输出为0，即将列P1.2置成低电平。然后读入行线P1.0,P1.1电平状态，如果全为“1”，则按下的键不在此列；如果不全为“1”，则按下的键必在此列；而且是该列与“0”电平线相交的交点上的那个键。再将P1.3输出为0，即将列P1.3置成低电平。做法如上。 二、数码管动态显示原理 A.数码管原理：在单片机应用系统中，经常用到LED数码管作为显示输出设备。LED数码管虽然显示信息简单，但它具有显示清晰、亮度高、使用电压低、寿命长、与单片机接口方便等特点，所以在应用中经常使用它。 LED数码管显示器是由发光二极管按一定的结构组合起来的显示器件。在单片机应用系统中通常使用的是8段式LED数码管显示器，他有公阳极和共阴极两种。如图1—1所示。其中共阳极8段发光二极管的阳极端连接在一起，阴极端分开控制，使用时公共端接电源，要使哪根数码管亮，则对应的阴极接低电平。而共阴极8段发光二极管的阴极端连接在一，阳极端分开控制，使用时公共端接地，要使哪根数码管亮，则对应的阳极接高电平即可。从a~g引脚输入不同的8位二进制编码，可显示不同的数字或字符。h为小数点位。 图1—1 在此我们着重介绍下本次实验中用到的共阴极结构的数码管。在共阴极结构中，各段发光二极管的阴极连在一起，将此公共点接地，某一段发光二极管的阴极为高电平时，该段发光。共阴极字段码：LED显示0～9某个字符时，则要求在a～dp送固定的字段码，如要使LED 显示“0”,则要求a、b、c、d、f各引脚为高电平，g和dp为低电平，字段码为“3fh” 。dp g f e d c b a对应为0 0 1 1 1 1 1 1 。共阴极字符0～9七段码如下： 字符：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
扫描式矩阵键盘课程设计
扫描式矩阵键盘课程设 计 Company number【1089WT-1898YT-1W8CB-9UUT-92108】
4X4扫描式矩阵键盘课程设计课程设计名称: 4_4扫描式矩阵键盘设计 姓名： DUKE 班级：电子1008班 学号： 10086 成绩： 日期： 2014年1月6日 摘要 随着21世纪的到来，电子信息行业将是人类社会的高科技行业之一，式设施现代化的基础，也是人类通往科技巅峰的直通路。电子行业的发展从长远来看很重要，但最主要的还是科技问题。 矩阵式键盘提高效率进行按键操作管理有效方法，它可以提高系统准确性，有利于资源的节约，降低对操作者本身素质的要求。是它能准时、实时、高效地显示按键信息，以提高工作效率和资源利用率。 矩阵式键盘乃是当今使用最为广泛的键盘模式，该系统以N个端口连接控制N*N个按键，显示在LED数码管上。单片机控制依据这是键盘显示系统，该系统可以对不同的按键进行实时显示，其核心是单片机和键盘矩阵电路部分，主要对按键与显示电路的关系、矩阵式技术及设备系统的硬件、软件等各个部分进行实现。 4*4矩阵式键盘采用AT89C51单片机为核心，主要由矩阵式键盘电路、译码电路、显示电路等组成，软件选用C语言编程。单片机将检测到的按键信号
转换成数字量，显示于LED显示器上。该系统灵活性强，易于操作，可靠性高，将会有更广阔的开发前景。 目录 第一章：系统功能要求-------------------------------------------------------- 1.1 4*4 矩阵式键盘系统概述------------------------------------------------ 1.2 本设计任务和主要内容--------------------------------------------------- 第二章：方案论证--------------------------------------------------------------- 第三章：系统硬件电路的设计------------------------------------------------ 3.1 单片机控制系统原理----------------------------------------------------- 3.2 原理图绘制说明---------------------------------------------------------- 3.3 画出流程图---------------------------------------------------------------- 3.4 原理图绘制---------------------------------------------------------------
矩阵键盘电路设计
课程设计 题目矩阵键盘电路设计教学院计算机学院 专业计算机应用技术班级 姓名 指导教师 2010 年01 月12 日
前言.................................................................... 第一章需求分析......................................................... 功能描述......................................................... 功能分析......................................................... 第二章系统的原理及分析................................................. 用到的知识点的介绍，知识点使用的总体思路 第三章详细设计......................................................... 硬件设计 系统结构图，元器件的选择等 软件设计 所设计的软件关键模块的程序流程 第四章测试............................................................ 运行结果分析等 第五章总结............................................................. 参考文献................................................................ 附录 关键程序代码........................................................
矩阵键盘的工作原理和扫描确认方式
9.3.1 矩阵键盘的工作原理和扫描确认方式 来源：《AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践》M16华东师范大学电子系马潮 当键盘中按键数量较多时，为了减少对I/O 口的占用，通常将按键排列成矩阵形式，也称为行列键盘，这是一种常见的连接方式。矩阵式键盘接口见图9-7 所示，它由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上。当键被按下时，其交点的行线和列线接通，相应的行线或列线上的电平发生变化，MCU 通过检测行或列线上的电平变化可以确定哪个按键被按下。 图9-7 为一个 4 x 3 的行列结构，可以构成12 个键的键盘。如果使用 4 x 4 的行列结构，就能组成一个16 键的键盘。很明显，在按键数量多的场合，矩阵键盘与独立式按键键盘相比可以节省很多的I/O 口线。 矩阵键盘不仅在连接上比单独式按键复杂，它的按键识别方法也比单独式按键复杂。在矩阵键盘的软件接口程序中，常使用的按键识别方法有行扫描法和线反转法。这两种方法的基本思路是采用循环查循的方法，反复查询按键的状态，因此会大量占用MCU 的时间，所以较好的方式也是采用状态机的方法来设计，尽量减少键盘查询过程对MCU 的占用时间。 下面以图9-7 为例，介绍采用行扫描法对矩阵键盘进行判别的思路。图9-7 中，PD0、PD1、PD2 为3 根列线，作为键盘的输入口（工作于输入方式）。PD3、PD4、PD5、PD6 为4根行线，工作于输出方式，由MCU（扫描）控制其输出的电平值。行扫描法也称为逐行扫描查询法，其按键识别的过程如下。 √将全部行线PD3－PD6 置低电平输出，然后读PD0－PD2 三根输入列线中有无低电平出现。只要有低电平出现，则说明有键按下（实际编程时，还要考虑按键的消抖）。如读到的都是高电平，则表示无键按下。 √在确认有键按下后，需要进入确定具体哪一个键闭合的过程。其思路是：依
课程设计-制作单片机的4X4矩阵键盘
课程设计-制作单片机的4X4矩阵键盘
目录 摘要.............................................. 错误!未定义书签。第一章硬件部分 (5) 第一节AT89C51 (5) 第二节4*4矩阵式键盘 (8) 第三节LED数码管 (11) 第四节硬件电路连接 (13) 第二章软件部分 (15) 第一节所用软件简介 (15) 第二节程序流程图 (18) 第三节程序 (20) 第三章仿真结果 (23) 心得体会 (26) 参考文献 (27)
第一章硬件部分 第一节AT89C51 AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。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。引脚如图所示 AT89C5 图1 AT89C51管脚 图 AT89C51其具有以下特性： 与MCS-51 兼容 4K字节可编程FLASH存储器 寿命：1000写/擦循环 数据保留时间：10年
全静态工作：0Hz-24MHz 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 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 特性概述: AT89C51 提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32 个I/O 接口，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。 管脚说明： VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须接上拉电阻。 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口作为低八位地址接收。
单片机矩阵键盘设计方案
1、设计原理 (1)如图14.2所示，用单片机的并行口P3连接4×4矩阵键盘，并以单片机的P3.0-P3.3各管脚作输入线，以单片机的P3.4-P3.7各管脚作输出线，在数码管上显示每个按键“0-F”的序号。 (2)键盘中对应按键的序号排列如图14.1所示。 2、参考电路 图14.2 4×4矩阵式键盘识别电路原理图 3、电路硬件说明 (1)在“单片机系统”区域中，把单片机的P3.0-P3.7端口通过8联拨动拨码开关JP3连接到“4×4行列式键盘”区域中的M1-M4，N1-N4端口上。 (2)在“单片机系统”区域中，把单片机的P0.0-P0.7端口连接到“静态数码显示模块”区域中的任何一个a-h端口上;要求：P0.0对应着a，P0.1对应着b，……，P0.7对应着h。 4、程序设计内容 (1)4×4矩阵键盘识别处理。 (2)每个按键都有它的行值和列值，行值和列值的组合就是识别这个按键的编码。矩阵的行线和列线分别通过两并行接口和CPU通信。键盘的一端(列线)通过电阻接VCC，而接地是通过程序输出数字“0”实现的。键盘处理程序的任务是：确定有无键按下，判断哪一个键按下，键的功能是什么?还要消除按键在闭合或断开时的抖动。两个并行口中，一个输出扫描码，使按键逐行动态接地;另一个并行口输入按键状态，由行扫描值和回馈信号共同形成键编码而识别按键，通过软件查表，查出该键的功能。 5、程序流程图(如图14.3所示) 6、汇编源程序 ;;;;;;;;;;定义单元;;;;;;;;;; COUNT EQU 30H ;;;;;;;;;;入口地址;;;;;;;;;;
ORG 0000H LJMP START ORG 0003H RETI ORG 000BH RETI ORG 0013H RETI ORG 001BH RETI ORG 0023H RETI ORG 002BH RETI ;;;;;;;;;;主程序入口;;;;;;;;;; ORG 0100H START: LCALL CHUSHIHUA LCALL PANDUAN LCALL XIANSHI LJMP START ;;;;;;;;;;初始化程序;;;;;;;;;;
EDA矩阵键盘
实验十五矩阵键盘接口电路的设计 一、实验目的 1、了解普通4×4键盘扫描的原理。 2、进一步加深七段码管显示过程的理解。 3、了解对输入/输出端口的定义方法。 一、实验原理 实现键盘有两种方案：一是采用现有的一些芯片实现键盘扫描；再就是用软件实现键盘扫描。作为一个嵌入系统设计人员，总是会关心产品成本。目前有很多芯片可以用来实现键盘扫描，但是键盘扫描的软件实现方法有助于缩减一个系统的重复开发成本，且只需要很少的CPU 开销。嵌入式控制器的功能能强，可能充分利用这一资源，这里就介绍一下软键盘的实现方案。 图15-1 简单键盘电路 通常在一个键盘中使用了一个瞬时接触开关，并且用如图15-1 所示的简单电路，微处理器可以容易地检测到闭合。当开关打开时，通过处理器的I/O 口的一个上拉电阻提供逻辑1；当开关闭合时，处理器的/IO 口的输入将被拉低得到逻辑0。可遗憾的是，开关并不完善，因为当它们被按下或者被释放时，并不能够产生一个明确的1 或者0。尽管触点可能看起来稳定而且很快地闭合，但与微处理器快速的运行速度相比，这种动作是比较慢的。当触点闭合时，其弹起就像一个球。弹起效果将产生如图15-2 所示的好几个脉冲。弹起的持续时间通常将维持在5ms～30ms 之间。如果需要多个键，则可以将每个开关连接到微处理器上它自己的输入端口。然而，当开关的数目增加时，这种方法将很快使用完所有的输入端口。
图15-2 按键抖动 键盘上阵列这些开关最有效的方法（当需要5 个以上的键时）就形成了一个如图15-3 所示的二维矩阵。当行和列的数目一样多时，也就是方型的矩阵，将产生一个最优化的布列方式（I/O 端被连接的时候）。一个瞬时接触开关（按钮）放置在每一行与线一列的交叉点。矩阵所需的键的数目显然根据应用程序而不同。每一行由一个输出端口的一位驱动，而每一列由一个电阻器上拉且供给输入端口一位。 图15-3 矩阵键盘 键盘扫描的实现过程如下：对于4×4键盘，通常连接为4行、4列，因此要识别按键，只需要知道是哪一行和哪一列即可，为了完成这一识别过程，我们的思想是，首先固定输出4行为高电平，然后输出4列为低电平，在读入输出的4行的值，通常高电平会被低电平拉低，如果读入的4行均为高电平，那么肯定没有按键按下，否则，如果读入的4行有一位为低电平，那么对应的该行肯定有一个按键按下，这样便可以获取到按键的行值。同理，获取列值也是如此，先输出4列为高电平，然后在输出4行为低电平，再读入列值，如果其中有哪一位为低电平，那么肯定对应的那一列有按键按下。 获取到行值和列值以后，组合成一个8位的数据，根据实现不同的编码在对每个按键进行匹配，找到键值后在7段码管显示。 二、实验内容 本实验要求完成的任务是通过编程实现对4X4矩阵键盘按下键的键值的读取，并在数码管上完成一定功能（如移动等）的显示。按键盘的定义，按下“*”键则在数码管是显示“E”键值。按下“#”键在数码管上显示“F”键值。其它的键则按键盘上的标识进行显示。 在此实验中数码管与FPGA的连接电路和管脚连接在以前的实验中都做了详细说
矩阵键盘简易计算器要点
《微处理器系统与接口技术》课程实践报告 计算器 班级： 学号： 学生姓名： 指导老师： 日期： 2014.7.5 ******电子与信息工程学院
目录 1、设计题目:计算器 (3) 2、设计目的 (3) 3、计算器总体设计框图 (3) 4、计算器详细设计过程 (4) 4.1输入模块 (4) 4.2键盘输入电路 (5) 4.3主程序模块 (6) 5、分析与调试 (6) 7、运行结果 (8) 8、结束语 (8) 8、参考文献 (8) 9、源程序附录 (9) 9.1主程序 (9) 9.2延时函数delay (12) 9.3显示函数display (12) 9.4键盘扫描函数 (14) 9.5预定义函数 (15)
1、设计题目:计算器 2、设计目的 此次课程实践题目是基于单片机简单计数器的设计，本此设计使用的是Intel公司MCS-51系列的8051AH单片机。设计的计算器可以实现2位小数的加、减、乘、除运算以及整数的乘方运算，其中用4*4矩阵键盘来输入待参与运算的数据和运算符；八位数码管动态显示输入待参与运算的数据以及运算后产生的结果，每个硬件模块的调用过程中涉及到了函数入口及出口参数说明，函数调用关系描述等。 3、计算器总体设计框图 计算器以MCS-51系列的8051AH单片机作为整个系统的控制核心，应用其强大的I/O功能和计算速度，构成整个计算器。通过矩阵键盘输入运算数据和符号，送入单片机进行数据处理。经单片机运算后控制LED数码管的输出。整体框图如图1所示： 图3 整体框图 本系统硬件主要由矩阵键盘、独立键盘I/O输入输出、数码管显示等主要部分组成。各模块的主要功能如下： (1)矩阵键盘将十六进制编码的数字送到单片机。 (2) 单片机扫描键盘信号并接收，对输入的键盘信号进行处理 (3) LED以动态扫描的方式移位显示每次输入的数据和最后的运算结果。实践设计的具体流程图如下图2所示：
矩阵键盘设计实验报告
南京林业大学 实验报告 基于AT89C51 单片机4x4矩阵键盘接口电路设计 课程机电一体化设计基础 院系机械电子工程学院 班级 学号 姓名 指导老师杨雨图 2013年9月26日
一、实验目的 1、掌握键盘接口的基本特点，了解独立键盘和矩阵键盘的应用方法。 2、掌握键盘接口的硬件设计方法，软件程序设计和贴士排错能力。 3、掌握利用Keil51软件对程序进行编译。 4、用Proteus软件绘制“矩阵键盘扫描”电路，并用测试程序进行仿真。 5、会根据实际功能，正确选择单片机功能接线，编制正确程序。对实验结果 能做出分析和解释，能写出符合规格的实验报告。 二、实验要求 通过实训，学生应达到以下几方面的要求： 素质要求 1.以积极认真的态度对待本次实训，遵章守纪、团结协作。 2.善于发现数字电路中存在的问题、分析问题、解决问题，努力培养独立 工作能力。 能力要求 1.模拟电路的理论知识 2.脉冲与数字电路的理念知识 3.通过模拟、数字电路实验有一定的动手能力 4.能熟练的编写8951单片机汇编程序 5.能够熟练的运用仿真软件进行仿真 三、实验工具 1、软件：Proteus软件、keil51。 2、硬件：PC机，串口线，并口线，单片机开发板 四、实验内容 1、掌握并理解“矩阵键盘扫描”的原理及制作，了解各元器件的参数及格 元器件的作用。 2、用keil51测试软件编写AT89C51单片机汇编程序 3、用Proteus软件绘制“矩阵键盘扫描”电路原理图。 4、运用仿真软件对电路进行仿真。 五．实验基本步骤 1、用Proteus绘制“矩阵键盘扫描”电路原理图。 2、编写程序使数码管显示当前闭合按键的键值。 3、利用Proteus软件的仿真功能对其进行仿真测试，观察数码管的显示状 态和按键开关的对应关系。 4、用keil51软件编写程序，并生成HEX文件。 5、根据绘制“矩阵键盘扫描”电路原理图，搭建相关硬件电路。 6、用通用编程器或ISP下载HEX程序到MCU。 7、检查验证结果。
单片机课程设计4X4矩阵键盘显示要点
长沙学院 《单片机原理及应用》 课程设计说明书 题目液晶显示4*4矩阵键盘按键号 程序设计 系(部) 电子与通信工程系 专业(班级) 电气1班 姓名龙程 学号2011024109 指导教师刘辉、谢明华、王新辉、马凌 云 起止日期2014.5.19—2014.5.30
长沙学院课程设计鉴定表
《单片机技术及应用》课程设计任务书系(部)：电子与电气工程系专业：11级电子一班指导教师：谢明华、刘辉
目录 前言 (5) 一、课程设计目的 (6) 二、设计内容及原理 (6) 2.1 单片机控制系统原理 (6) 2.2阵键盘识别显示系统概述 (6) 2.3键盘电路 (7) 2.4 12864显示器 (8) 2.5整体电路图 (9) 2.6仿真结果 (9) 三、实验心得与体会 (10) 四、实验程序 (10) 参考文献 (18)
前言 单片机，全称单片微型计算机（英语：Single-Chip Microcomputer），又称微控制器 应（不用外接硬件）和节约成本。它的最大优点是体积小，可放在仪表内部，但存储量小，输入输出接口简单，功能较低。由于其发展非常迅速，旧的单片机的定义已不能满足，所以在很多应用场合被称为范围更广的微控制器；从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的32位300M的高速单片机。现代人类生活中所用的几乎每件有电子器件的产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电子产品中都含有单片机。汽车上一般配备40多片单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百片单片机在同时工作!单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算机的总和，甚至比人类的数量还要多。 是以电流刺激液晶分子产生点、线、面配合背部灯管构成画面。由一定数量的彩色或黑白像素组成，放置于光源或者反射面前方。液晶显示器功耗低，因此倍受工程师青睐，适用于使用电池的电子设备。英国科学家在上世纪制造了第一块液晶显示器即LCD。而第一台可操作的LCD基于动态散射模式(Dynamic Scattering Mode,DSM)，是RCA公司乔治·海尔曼带领的小组开发的。 LED点阵屏通过LED(发光二极管）组成，以灯珠亮灭来显示文字、图片、动画、视频等，是各部分组件都模块化的显示器件，通常由显示模块、控制系统及电源系统组成。LED点阵显示屏制作简单，安装方便，被广泛应用于各种公共场合，如汽车报站器、广告屏以及公告牌等。 交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口（如P1口）就可以构成4*4=16个按键， 键盘是合理的。
矩阵键盘操作说明
矩阵键盘操作说明 一、系统复位 1按数字键0后，按MON键 2输入99后，按NEXT键 二、键盘视频选择 首先是监视器选择然后是摄像机选择 1、按键盘上的CLEAR键，清除键盘数字输入ENTER区中的数字显示 2、输入所选择的监视器号，该数字在键盘数字输入ENTER区中显示 3、按MON键，该监视器号在键盘监视器MONITOR区中显示 4、同时系统主机将返回该监视器对应的图像号，在键盘的摄像机CAMERA区中显示。 5、输入选择的摄像机号，该数字在键盘数字输入ENTER区中显示 6、按CAM键 7、系统主机将返回该图像号，在键盘的摄像机CAMERA区中显示则选择的图像再选择的 监视器上显示 三、图像区域切换 在指定的监视器上运行一个指定区域的图像切换，该功能可以在任何一个监视上浏览切换所有的图像操作步骤如下： 1、按键盘上CLERA键，清除数字输入ENTER区中的数字显示 2、输入所选择的监视器号，该数字在键盘数字输入ENTER区中显示 3、按MON键，该监视器号在键盘监视器MONITOR区中显示 4、输入区域切换中的开始图像号 5、按ON键，确认开始区域的开始图像 6、输入区域切换中的结束图像号 7按OFF键确定区域切换的结束图像 完成后则该监视器开始区域切换依次按照设定的图像号进行切换如要添加一个图像到切换序列中则： 1和设置区域切换的步骤一样重复1-3步，选择一个监视器，该监视必须已存在一个切换队列 2、输入所希望添加的摄像机图像好，该摄像机图像号必须在系统的最大允许摄像机图像号的范围内 3、按组合键ENTER-ON,ENTER键必须在前面，确定添加的图像。 如要在切换队列中删除一个图像： 1、和设置区域切换的步骤一样重复1-3步，选择一个监视器，该监视必须已存在一个切换队列 2输入所希望添加的摄像机图像好，该摄像机图像号必须在这个序列切换范围内。 3、按组合键ENTER-OFF,ENTER必须在前面，确认删除图像。 四、报警设置 单布防 针对需要布防的防区一个一个的布防，防区布防后，根据监视器与防区触点权限表，自动将该防区分配到与之对应的监视器上。一旦报警，则与之相关的报警监视器就可以对这个报警防区进行响应。具体操作如下1、输入防区号 2、按组合键ARM-ON,ARM键必须先按，对该报警防区进行确认。 全布防。撤防即按ARM-OFF键 1、输入数字键0
FPGA矩阵键盘课程设计
FPGA课程设计报告 项目名称基于FPGA的4*4矩阵键盘的设计 专业班级通信1 学生姓名张 指导教师 2016年7 月10 日
摘要 本课程设计提出了基于FPGA的4*4矩阵键盘的设计，主要是在软件Quartus II 9.0这个环境中，以硬件描述语言Verilog进行编写程序,从而完成矩阵键盘的相关设计。主要由矩阵式键盘电路、显示电路等组成，实现过程是通过行扫描输入随机信号，列扫描判断哪一个键被按下，并最后由数码管显示该按键。此次课程设计完成了4*4矩阵键盘控制LED数码管显示系统的设计，该设计具有灵活性强，易于操作，可靠性高，广泛应用于各种场合的特点，是进行按键操作管理的有效方法，它可以提高系统准确性，有利于资源的节约，降低对操作者本身的要求，并能正确、实时、高效地显示按键信息，以提高工作效率和资源换利用率的意义。 关键词：数码管；矩阵键盘；按键；显示电路
Abstract This course is designed based on FPGA is proposed 4 * 4 matrix keyboard design, mainly in the Quartus II software 9.0 this environment, with the Verilog hardware description language program, so as to complete the related design of matrix keyboard. Main matrix keyboard circuit, display circuit and so on, complete the 4 * 4 matrix keyboard control LED digital tube display system design, the design has strong flexibility, easy operation, high reliability, widely used in various occasions. Into 4 * 4 matrix keyboard control LED digital tube display system design, design flexibility is strong, easy to operate, high reliability, widely used in various occasions. Matrix keyboard control system, can improve efficiency, and is an effective method to manage the keystrokes, it can improve the system accuracy, and is conducive to resource saving and reduce the requirement of the operator itself, and correctly, real-time and efficient to show the key information, in order to improve the work efficiency and the utilization ratio of resources in meaning. Keywords: Digital tube; Matrix keyboard; The key; Disply circuit
矩阵键盘
4×4矩阵键盘 1．原理说明 一般的4*4矩阵键盘（如图1）一般要8个I/O口（如图1），对于按键较多的硬件系统来说是很浪费的I/O口，本方案仅采用4个I/O和4个普通二极管就可以轻松实现4×4矩阵键盘，方案原理与普通4*4矩阵键盘类似，下面先分析普通矩阵键盘原理，再进一步改进为本方案。 原理如下B4口为低电平，A1～A4,B1～B3为高电平，单片机不停的扫描，假若有键按下如A1与B4交叉处按下则对应的A1被拉低为低电平，可以定义此键号为1，同理以此类推B3口为低电平，其余口为高电平，交叉处按键按下可定义其按键号，将按键号存储在寄存器中，可用查表方法并通过数码管显示按键号。 对于下图（图2）用4个I/O和4个普通二极管初始化PA0.0～PA0.3 均为高电平，在这里二极管作用是当IO口为低电平时可以导通，高电平时截止。程序流程图如下 图1
图2 2．程序介绍如下 void RCC_Configuration(void); { RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE); } void GPIO_Configuration(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0| GPIO_Pin_1| GPIO_Pin_2| GPIO_Pin_3; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_PP _ OUT; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); } GPIOSetBits() { GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);