基于Proteus软件的4*4矩阵键盘设计与仿真
前言
随着人们生活水平的提高，19世纪兴起的数字电路以其先天的便捷、稳定的优点在现代电子技术电路中占有越来越重要的地位。数字电路与模拟电路相比有显而易见的稳定性。近年来，数字电路又有了巨大的发展。可编程逻辑器件（PAL、GAL等）的发展和普及最终使IC的设计面向了用户（这是模拟电路无法做到的），而这毫无疑问会给用户带来巨大的便捷，从而奠定它在电子电路中的对位。
单片机技术的出现给现代工业测控领域带来了一次技术革命。目前，单片机仍以其高可靠性、高性价比，在工业控制系统、数据采集系统、智能画仪器仪表、智能家电等诸多领域得到了广泛的应用。作为将要从事单片机应用系统开发方面的技术人员，掌握单片机的应用技术是必要的。
在单片机的应用过程中，单片机只是应用系统的一个核心部件，为把单片机系统应用于不同的领域，只掌握单片机的基础知识是远远不够的，要想构成一个完善的应用系统，还要熟悉执行机构及硬件接口电路的应用特性，同时，还应该掌握系统的结构布局、印刷电路板的结构布局及软件的设计技巧这些书本上学不到的知识，因此为设计出完善的应用系统，必须在实际工作中勤于实践，逐步积累这方面的经验。单片机将计算机的基本部件微型化，使之集成在一块芯片上的微机。单片机有着体积小、功耗低、功能强、性能价格比高、易于推广应用等显著优点，在许多领域得到日益广泛的应用。
单片机系统的开发过程中，程序设计语言的选择尤为重要。C51提供高效的代码，结构化的编程和丰富的操作符，多被采用。C51是一种编译型程序设计语言，它兼顾了多种高级语言的特点，并具备汇编语言的功能，而且可以直接实现对硬件的控制。
此次设计选用的德国Keil公司开发的基于Windows平台的单片机集成开发环境，是51单片机开发的优秀软件之一，它集编辑、编译、仿真功能于一体，支持C语言、汇编语言的程序设计及调试，再加上单片处理器（89C51）、键盘、LED显示器及单片机的晶振电路，最终实现基于单片机AT89C51的4*4矩阵键盘proteus仿真。
1
基于Proteus软件的4*4矩阵键盘设计与仿真
第一章 单片机的概述
单片微型计算机（single chip microcomputer）简称单片机，又称微控制器（micro controller unit）或嵌入式控制器（embedded controller）。它将计算机的基本部件微型化，使之集成在一块芯片上的微机。片内含有CPU、ROM、RAM、并行I/O、串行I/O、定时器/计数器、中断控制、系统时钟及系统总线。单片机有着体积小、功耗低、功能强、性能价格比高、易于推广应用等显著优点，在自动化装置、智能化仪器仪表、过程控制和家用电器等许多领域得到日益广泛的应用。
用C51进行单片机程序设计是单片机开发与应用的必然趋势。采用C51可以很容易的进行单片机的程序移植工作，有利于产品中的单片机的重新选型。随着国内单片机开发工具研制水平的提高，现在的单片机仿真器普遍支持C51程序的调试，为单片机编程使用C51提供了便利的条件。
1.1什么是单片机？
单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如CPU，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件?
1.2 MCS－51单片机内部结构
1. CPU
CPU即中央处理器的简称，是单片机的核心部件，它完成各种运算和控制操作，CPU由运算器和控制器两部分电路组成。
（1）运算器电路运算器电路包括ALU（算术逻辑单元）、ACC（累加器）、B寄存器、状态寄存器、暂存器1和暂存器2等部件，运算器的功能是进行算术运算和逻辑运算。运算电路以ALU为核心单元，可以完成半字节、单字节以及多字节数据的运算操作，其中包括加、减、乘、除、十进制调整等算术运算以及与、或、异或、求补和循环等逻辑操作，运算结果的状态由状态寄存器保存。 （2）控制器电路
控制器电路包括程序计数器PC、PC加1寄存器、指令寄存器、指令译码器、数据指针DPTR、堆栈指针SP、缓冲器以及定时与控制电路等。控制电路完成指挥控制工作，协调单片机各部分正常工作。程序计数器PC用来存放即将要执行的指令地址，它可以完成64K的外部
2
基于Proteus软件的4*4矩阵键盘设计与仿真
存储器寻址，执行指令时，PC内容的高8位经P2口输出，低8位经P0口输出。数据指针DPTR为16位数据指针，它可以对64K的外部数据存储器和I/O口进行寻址，它的低8位为DPL（地址82H），高8位为DPH（地址为83H）。堆栈指针SP在片内RAM（128字节）中开辟栈区，并随时跟踪栈顶地址，它按先进后出的原则存取数据，上电复位后，SP指向07H。
2. 定时器/计数器 MCS－51单片机片内有两个16位的定时/计数器，即定时器0和定时器1。它们可以用于定时控制、延时以及对外部事件的计数和检测等。
3. 存储器 MCS－51系列单片机的存储器包括数据存储器和程序存储器，其主要特点是程序存储器和数据存储器的寻址空间是相互独立的，物理结构也不相同。对MCS－51系列（8031除外）而言，有4个物理上相互独立的存储器空间：即内、外程序存储器和内、外数据存储器。对于8051其芯片中共有256个RAM单元，其中后128个单元被专用寄存器占用，只有前128个单元供用户使用。
4. 并行I/O口 MCS－51单片机共有4个8位的I/O口（P0、P1、P2和P3），每一条I/O线都能独立地用作输入或输出。P0口为三态双向口，能带8个TTL门电路，P1、P2和P3口为准双向口，负载能力为4个TTL门电路。
5. 串行I/O口 MCS－51单片机具有一个采用通用异步工作方式的全双工串行通信接口，可以同时发送和接收数据。它具有两个相互独立的接收、发送数据缓冲器，两个缓冲器共
用一个地址（99H），发送缓冲器只能写入，不能读出，接收缓冲器只能读出，不能写入。 6. 中断控制系统 MCS－51单片机的中断功能较强，以满足控制应用的需要。8051共有5个中断源，即外中断2个，定时/计数中断2个，串行中断1个。所有中断分为高级和低级两个中断优先级。
7. 时钟电路 MCS－51芯片内部有时钟电路，但晶体振荡器和微调电容必须外接。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列，振荡器的频率范围为1.2MHz～12MHz，典型取值为6MHz。 8. 总线 以上所有组成部分都是通过总线连接起来，从而构成一个完整的单片机。系统的地址信号、数据信号和控制信号都是通过总线传送的，总线结构减少了单片机的连线和引脚，提高了集成度和可靠性。
1.3单片机的应用领域
单片机是随着大规模集成电路的出现极其发展，将计算机的CPU，RAM，ROM，定时/计数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成了芯片级的计算机，因此单片机早期的含义称为单片微型计算机.它拥有优异的性价比、集成度高、体积小、可靠性高、控制功能
3
基于Proteus软件的4*4矩阵键盘设计与仿真
强、低电压、低功耗的显著优点. 单片机的应用领域 ：
（1）单片机在智能仪器仪表中的应用； （2）单片机在工业测控中的应用；
（3）单片机在计算机网络和通讯技术中的应用； （4）单片机在日常生活及家电中的应用； （5）单片机在办公自动化方面。
1.4 AT89C51简介
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度、非易失性存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚可以相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器， 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。引脚分布如下图：
图1-1 引脚分布图 1.主要特性： ·与MCS-51 兼容
·4K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环 数据保留时间：10年 ·全静态工作：0Hz-24Hz
4
基于Proteus软件的4*4矩阵键盘设计与仿真
·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 ·低功耗的闲置和断电模式 ·片内振荡器和时钟电路 2.管脚说明：
VCC：供电电压。 GND：接地。
P0口：P0口可作为通用的I/O口，但必须外接上拉电阻。作为输入口，每个引脚可吸收8个TTL的灌电流。作为输入时，首先应将该引脚置为1。在访问外部数据存储器或者程序存储器时，这组线分时转换地址（低8位）和数据总线。
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口作为第八位地址接收。
P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示： 管脚 备选功能
P3.0 RXD（串行输入口）
5
百度搜索“70edu”或“70教育网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，70教育网，提供经典综合文库44矩阵键盘仿真(2)在线全文阅读。
相关推荐：
