基于AT89C51单片机键盘控制和LCD显示
基于AT89S52单片机键盘控制和LCD显示
摘要：提出一种基于单片机AT89S52的键盘输入和液晶显示系统的原理、器件、电路和编程设计。输入和显示部分是单片机的外围电路，同时也是人机交流的重要接口。从C51程序上实现键盘的消抖、按键识别、按键内容的液晶显示以及按键功能的液晶显示。
关键词：AT89S52 4×4行列式键盘 接口电路 LCD显示 计算器
引言
这里提出一种基于单片机的行列式键盘数字字符输入系统设计，该系统设计具有电路设计简单、成本低等特点，可运用于各种控制系统。液晶显示器LCD本身不会发光，是利用外部光的反射原理进行显示。它是基于AT89S52单片机可以显示16×2个字符显示系统。液晶显示功效低，显示美观，广泛运用于中小型测控仪器仪表。
（一）硬件电路组成及工作原理
该系统采用AT89S52单片机为核心芯片的电路实现，主要由AT89S52芯片、时钟电路、复位电路、4×4行列式键盘电路以及16×2字符的LCD1602电路。
4×4非编码矩阵行线分别接P3.0～P3.3、列线接单片机的P3.4～P3.7。LCD显示接口电路的传送命令和数据的高8位双向并行总线分别接于单片机的输入输出接口P2端口。1602使能信号E接P1.3，读\写选择端（R\W）接P1.4，数据\命令选择端（R\S）接P1.0。
系统硬件设计框图如图1
图1
AT89S52是一种带4kB闪烁可编程课擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS型8位微处理器，俗称单片机。它是一个低功耗、高性能的8位CMOS微控制器。由片内可反复
擦拭的FLASH只读程序存储器（ROM）、片外程序存储器内部硬件资源， P0P3 4×8 32位输入\输出总线（I\O）接口,其中P1、P3作为普通的接口，并有第二功能。P0可作为地址数据总线用于外接电路的扩展端口。其引脚如图2
图2
时钟电路由AT89S51得18、19引脚的时钟端（XTL1及ATAL 2）以及12MHZ晶振、47pF的电容C1、C2组成，采用片内振荡方式。其时间周期为1/12us，机器周期为1s。单片机的外部晶振电路如图3
图3
复位电路采用简单的上位电路，由开关、1K电阻及22uF电容接至 AT89S52的RST复位端。电路如图4
图4
键盘电路的设计原理
首先行列式键盘中的键实际上就是一个机械开关，该开关位于行线和列线的交点处，通过按键加以连接。当按下某个键时，该交点的行线和列线接通，相应行线或列线上的的电平发生变化，从而可以确定被按下的功能键。4行×4列的行列式键盘如图2.
` 图5
其次运用线翻转法判断有无键按下：
键盘的高4位用于列控制，低4位用于行控制，并将全部行线Y0～Y3置低电平，然后再检查列线电平的状态。只要其中有一列电平为低，则表示右键按下，并且被按下的键位于低电平和4根行线交叉的某一个按键中。
判断被按下键的位置：
依次将所有的行线Y4～Y7置为低电平，在判断4根列线的电平状态，当遇到某一列的电平
键盘扫描流程图
为低时表示此键按下。
LCD1602 液晶显示屏
液晶显示器具有显示质量高、发光恒定、不会刷新亮点和闪烁、体积小、电流小、字迹清晰以及功耗低的特点。本实验才用了16×2个字符，5×7点阵，8位数据接口的液晶显示。
在使用1602都必须进行初始化设置，并且每一个控制接口有固定的操作时序。其接口电路如图6
图6
硬件电路设计图
（二）C51 程序设计
设计思路
主函数流程图
按键操作子函数
附件1
源程序
//定义头文件、函数和变量
#include
#include
#include
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
#define BUS P2 //定义P2端口
unsigned char code str1[]="ENTER 1 TO START";
void keyscan();
void keyscan_0();
sbit E=P1^3;
sbit RS=P1^4;
sbit RW=P1^0;
char i,j,temp,num,num_0,num_1;
long a,b,c;
uchar flag,fuhao;
uchar code table[]= //定义键盘数组，用于查表
{
1,2,3,0x2f-0x30,
4,5,6,0x2a-0x30,
7,8,9,0x2d-0x30,
0x01-0x30,0,0x3d-0x30,0x2b-0x30
};
void delay(uchar m) //延时子函数
{
uchar y;
for(m;m>0;m--)
for(y=0;y<110;y++);
}
unsigned char Test_busy(void) //检测遇忙函数
{
unsigned char Busy;
BUS=0xff;
RS=0;
RW=1;
E=1;
_nop_();
Busy=BUS&0x80;
E=0;
return Busy;
}
void write_cmd(unsigned char command) //写命令函数
{
while(Test_busy());
RW=0;
RS=0;
E=0;
BUS=command;
E=1;
_nop_();
E=0;
}
void write_dat(unsigned char dat) //写数据函数
{
while(Test_busy());
RW=0;
RS=1;
E=0;
BUS=dat;
E=1;
_nop_();
E=0;
}
void Lcd_init(void) //LCD液晶复位函数
{
write_cmd(0x38);
write_cmd(0x01);
write_cmd(0x06);
write_cmd(0x0c);
write_cmd(0x80);
num_1=0;
i=0;
j=0;
a=0;
b=0;
c=0;
flag=0;
fuhao=0;
}
void keyscan_0() //选择按键1，键盘开始工作
{
P3=0xf7;
if(P3!=0xf7)
{
temp=P3&0xf0;
switch(temp)
{
case 0xe0:num_0=0;write_cmd(0x01);
break;
}
}
}
void keyscan() // 键盘扫描程序操作
{
P3=0xf7;
if(P3!=0xf7)
{
delay(20);// 延迟20ms
if(P3!=0xf7)
{
temp=P3&0xf0;
switch(temp)
{
case 0xe0:num=0;
break;
case 0xd0:num=1;
break;
case 0xb0:num=2;
break;
case 0x70:num=3;
break;
}
}
while(P3!=0xf7);
if(num==0||num==1||num==2) //如果按下的是'1','2'或'3'
{
if(j!=0)
{
write_cmd(0x01);
j=0;
}
if(flag==0) //没有按过符号键
{
a=a*10+table[num];
}
Else //如果按过符号键
{
b=b*10+table[num];
}
}
Else //如果按下的是'/'
{
flag=1;
fuhao=4; //4表示除号已按
}
i=table[num];
write_dat(0x30+i);
}
P3=0xfb;
if(P3!=0xfb)
{
delay(5);
if(P3!=0xfb)
{
temp=P3&0xf0;
switch(temp)
{
case 0xe0:num=4;
break;
case 0xd0:num=5;
break;
case 0xb0:num=6;
break;
case 0x70:num=7;
break;
}
}
while(P3!=0xfb);
if(num==4||num==5||num==6&&num!=7) //如果按下的是'4','5'或'6'
{
if(j!=0)
{
write_cmd(0x01);
j=0;
}
if(flag==0) //没有按过符号键
{
a=a*10+table[num];
}
else //如果按过符号键
{
b=b*10+table[num];
}
}
else //如果按下的是'/'
{
flag=1;
fuhao=3; //3表示乘号已按
}
i=table[num];
write_dat(0x30+i);
}
P3=0xfd;
if(P3!=0xfd)
{
delay(5);
if(P3!=0xfd)
{
temp=P3&0xf0;
switch(temp)
{
case 0xe0:num=8;
break;
case 0xd0:num=9;
break;
case 0xb0:num=10;
break;
case 0x70:num=11;
break;
}
}
while(P3!=0xfd);
if(num==8||num==9||num==10) //如果按下的是7','8'或'9'
{
if(j!=0)
{
write_cmd(0x01);
j=0;
}
if(flag==0) //没有按过符号键
{
a=a*10+table[num];
}
else //如果按过符号键
{
b=b*10+table[num];
}
}
else if(num==11) //如果按下的是'-'
{
flag=1;
fuhao=2; //2表示减号已按
}
i=table[num];
write_dat(0x30+i);
}
P3=0xfe;
if(P3!=0xfe)
{
delay(5);
if(P3!=0xfe)
{
temp=P3&0xf0;
switch(temp)
{
case 0xe0:num=12;
break;
case 0xd0:num=13;
break;
case 0xb0:num=14;
break;
case 0x70:num=15;
break;
}
}
while(P3!=0xfe);
switch(num)
{
case 12:{write_cmd(0x80+0x4f);
write_cmd(0x04);
i=0;
c=(long)(((float)sqrt(a))*1000);
while(c!=0)
{
write_dat(0x30+c%10);
c=c/10;
i++;
if(i==3)
write_dat(0x2e);
}
if(sqrt(a)<=0)
write_dat(0x30);
write_dat(0x3d);
a=0;b=0;flag=0;fuhao=0;} //按下的是"*"，开方
break;
case 13:{ //按下的是"0"
if(flag==0) //没有按过符号键
{
a=a*10;
write_dat(0x30);
}
else if(flag==1) //如果按过符号键
{
b=b*10;
write_dat(0x30);
}
}
break;
case 14:{j=1;
if(fuhao==0){write_cmd(0x01);a=0;b=0;fuhao=0;flag=0;}
if(fuhao==1){write_cmd(0x80+0x4f);//按下等于键，光标前进至第二行最后一//个显示处
write_cmd(0x04); //设置从后住前写数据，每写完一个数据，光标后退
//一格
c=a+b;
while(c!=0)
{
write_dat(0x30+c%10);
c=c/10;
}
write_dat(0x3d); //再写"="
a=0;b=0;flag=0;fuhao=0;
}
else if(fuhao==2){write_cmd(0x80+0x4f);//光标前进至第二行最后一个显示处
write_cmd(0x04); //设置从后住前写数据，每写完一个数据，光标后退//一格
if(a-b>0)
c=a-b;
else
c=b-a;
while(c!=0)
{
write_dat(0x30+c%10);
c=c/10;
}
if(a-b<0)
write_dat(0x2d);
write_dat(0x3d); //再写"="
a=0;b=0;flag=0;fuhao=0;
}
else if(fuhao==3){write_cmd(0x80+0x4f);
write_cmd(0x04);
c=a*b;
while(c!=0)
{
write_dat(0x30+c%10);
c=c/10;
}
write_dat(0x3d);
a=0;b=0;flag=0;fuhao=0;
}
else if(fuhao==4){write_cmd(0x80+0x4f);
write_cmd(0x04);
i=0;
c=(long)(((float)a/b)*1000);
while(c!=0)
{
write_dat(0x30+c%10);
c=c/10;
i++;
if(i==3)
write_dat(0x2e);
}
if(a/b<=0)
write_dat(0x30);
write_dat(0x3d);
a=0;b=0;flag=0;fuhao=0;
}
}
break;
case 15:{write_dat(0x30+table[num]);flag=1;fuhao=1;}
break;
}
}
}
main()
{
unsigned char p;
p=0;
Lcd_init();
while(str1[p]>0)
{
write_dat(str1[p]);
p++;
}
num_0=1;
do
{
keyscan_0();
}while(num_0==1);
do
{
keyscan();
} while(num_0==0);
}
附件2
计算器操作说明书
按键的具体功能：
0～9 正常的数字功能
A键: 除法运算
B键; 乘法运算
C键; 减法运算
D键：加法运算
*键：开方运算
#键: 等于或清零
具体操作
启动计算器 液晶显示“ENTER 1 TO START ”
按“1” 进入正常工作模式
按“=” 清零
加、减、乘、除计算后可直接进行下一次运算，也可再按“=”清零后计算。开方运算后必须按“=”清零方能进行下次运算
加、减、乘计算结果不能超过9位
除法、开方运算结果精确到小数点后3位
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