通过制作《八路键控数码管》的实训项目学会单片机的PO口和P2口的结构特点及数据的输入/输出使用方法、键盘输入原理、数码管显示原理等知识点，为以后制作多功能八路抢答器做好准备。

　　一、任务目标
　　
　　使用八路直控键盘控制一位共阴极数码管显示数字。

　　二、硬件电路设计
　　
　　1．显示电路设计
　　
　　数码管由8个发光二极管（以下简称字段）构成，通过不同的组合可用来显示数字0—9、字符A～F、H、L、P、R、U、Y、符号“-”及小数点“．”。

 

　　数码管又分为共阴极和共阳极两种结构，如下左图所示为共阴极数码管的外型结构示意图。下右图为共阴极数码管的内部结构图。

　　共阴极数码管的8个发光二极管的阴极（二极管负端）连接在一起。通常，共阴极接低电平（一般接地），其他管脚接段驱动电路输出端，当某段驱动电路的输出端为高电平时，则该端所连接的字段导通并点亮，根据发光字段的不同组合可显示出各种数字和字符。此时，要求段驱动电路能提供额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。

　　我们知道单片机的PO口可以驱动8个LS型TTL负载（低电平灌输电流为3.2mA，高电平上拉电流为0）。因此我们选择单片机的PO口作为共阴极数码管的段驱动电路输出端，但是必须外接上拉电阻。数码管显示电路图如下图。

　　现在只需要通过指令控制单片机的PO口输出相应的高低电平就可以控制数码管显示数字0～9。

　　如：MOV PO，#06H；显示数字1。

　　MOV PO，#5BH；显示数字2。

　　数码管字型编码表如下表所示。

　　2．键盘电路设计
　　
　　常见的键盘电路形式有直接编码输入键盘电路（简称直控键盘）和矩阵键盘电路，直控键盘是直接用I/O口线构成的单个按键电路，其特点是每个按键单独占用一根I/O口线，每个按键的工作不会影响其它I/O口线的状态，直控键盘的典型电路如下图所示。

　　直控键盘电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一根I/O口线，因此，在按键较多时，I/O口线浪费较大，不宜采用，应采用矩阵键盘，矩阵键盘就不详细讨论了。

　　上图中按键输入均采用低电平有效，因为P2口内部自带了上拉电阻，所以外电路可不接上拉电阻。

　　3．八路键控数码管电路
　　
　　
　　键盘电路作为单片机的输入部分，数码显示电路作为单片机的输出部分，由键盘电路通过单片机控制数码管显示电路的八路键控数码管电路设计如下图。

 

 

 

三、程序设计
　　
　　1．数码管工作原理分析
　　
　　本电路采用的是共阴极数码管，接到单片机的PO口，现在只要向PO口输出相应的字型编码就可以显示相应的数字。

　　2．键盘工作原理分析
　　
　　P2口作为输入口使用时，要先向P2口写入高电平后才能读取到正确的输入电平。在读取电平的时候应考虑下面几点：

 

　　(1)检测有无按键按下，并采取软件措施，消除按键机械触点抖动的影响。一般采用软件措施：在检测到有按键按下时，执行一个10ms左右的延时子程序后，再检测该键电平是否仍保持闭合状态电平，若仍保持闭合状态电平，则确认该键处于闭合状态；同理，在检测到该键释放后，也应采用相同的步骤进行确认，从而可消除抖动的影响。

　　(2)有可靠的逻辑处理办法。每次只处理一个按键，其间任何按键的操作对系统不产生影响，且无论一次按键时间有多长，系统仅执行一次按键功能程序。

　　(3)准确输出按键值（或键号），以满足控制功能的要求。

　　3．程序流程图设计
　　
　　根据数码管工作原理的分析和键盘工作原理的分析，我们设计的程序流程图如下图。

 

 

　　4．程序设计
　　
　　本程序将会用到下面的条件跳转指令：

　　JZ REL；指令功能：A为0跳转指令，既当累加器A=OOH时跳转，否则顺序执行。

　　其中REL是跳转的相对偏移量，可以是正，向后跳，也可以是负，向前跳，不过不能超过一个页面。

　　不过编程者经常不写实际偏移量而用标号代替，编译时，软件自动算出当前位置到目标位置的偏移量。

　　JB BIT．REL指令功能：指定位为1跳转指令，即当BIT=1时跳转，否则顺序执行。

　　其中BIT是一个位变量，如P1.1，PSW.5等。

　　ORG OOOOH；随后的指令代码从OOOOH单元开始存放。

　　LJMP START；转到标号START处ORG 0030H；随后的指令代码从0030H单元开始存放。

　　START：MOV P0，#OOH；关闭数码管，不显示任何内容。

　　SAOMIAO：MOV P2，#OFFH；对P2口所有位写1，也就是处于读状态，确保读数正确。

　　CLRA；对累加器A清零。

　　MOV A，P2；第一次读取P2口的数据，并送入累加器A中。

　　CPL A；对A按位取反，如果没有键按下，A为OOH，如果有键按下，相应的位为1。

　　JZ SAOMIAO；如果A=OOH，说明没有键按下，跳到标号SAOMIAO处继续扫描。如果A不等于OOH，说明有键按下，应该调用10MS的延时去抖子程序。

　　LCALL DELAY10MS；调用10MS的延时去抖子程序。

　　MOVA，P2；第二次读取P2口的数据，并送入累加器A中。

　　CPL A；对A按位取反，如果没有键按下，A为OOH，如果有键按下，相应的位为1。

　　JZ SAOMIAO．；如果A=OOH，说明没有键按下，跳到标号SAOMIAO处继续扫描。如果A不等于OOH，说明确实有键按下，顺序执行下面的程序，判断是哪个键按下了。

　　JB ACC．O，SZO；如果SO键按下，  则ACC．0=1，转去执行显示数字0，否则顺序执行。

　　JB ACC．1，SZ1；如果S1键按下，  则ACC．1=1，转去执行显示数字1，否则顺序执行。

　　JB ACC．2，SZ 2；如果S2键按下，  则ACC．2=1，转去执行显示数字2，否则顺序执行。

　　JB ACC．3，SZ 3；如果S3键按下，  则ACC．3=1，转去执行显示数字3，否则顺序执行。

　　JB ACC．4，SZ 4；如果S4键按下，  则ACC．4=1，转去执行显示数字4，否则顺序执行。

　　JB ACC．5，SZ 5；如果S5键按下，  则ACC．5=1，转去执行显示数字5，否则顺序执行。

　　JB ACC．6，SZ 6；如果S6键按下，  则ACC．6=1，转去执行显示数字6，否则顺序执行。

　　JB ACC．7，SZ 7；如果S7键按下，  则ACC．7=1，转去执行显示数字7，否则顺序执行。

　　LJMP SAOMJAO；跳转到 SAOMJAO处继续扫描。

　　SZO：MOVPO，#3FH；显示数字0。

　　LJMPSAOMIAO；跳转到SAOMIAO处继续扫描按键。

　　SZ1：MOVPO，#06H；显示数字1。

　　LJMPSAOMIAO；跳转到SAOMIAO处继续扫描按键。

　　S22：MOVPO，#5BH；显示数字2。

　　LJMPSAOMIAO；跳转到SAOMIAO处继续扫描按键。

　　S23：MOVPO，#4FH；显示数字3。

　　LJMPSAOMIAO：跳转到SAOMIAO处继续扫描按键。

　　S24：MOVPO，#66H；显示数字4。

　　LJMPSAOMIAO：跳转到SAOMIAO处继续扫描按键。

　　S25：MOVPO，#6DH；显示数字5。

　　LJMPSAOMIAO：跳转到SAOMIAO处继续扫描按键。

　　S26：MOVPO，#7DH；显示数字6。

　　LJMPSAOMIAO；跳转到SAOMIAO处继续扫描按键。

　　S27：MOVPO，#07H；显示数字7。

　　LJMPSAOMIAO：跳转到SAOMIAO处继续扫描按键。

DELAY10MS：MOVR7，#20；从本行开始，到RET结束，为10MS延时去抖子程序。

D1: MOV R6,#250

D2: DJNZ R6,D2

DJNZ R7,D1

RET

END

 

　　四、制作步骤
　　
　　第一步：按照电路原理图，列出器件清单，并购买相应的器件材料，正常的价格是20元以内。

　　第二步：焊接成电路板，具体步骤可以参考前面几期的文章。

　　第三步：使用Keil C51 uVision2编辑源程序，编译源代码并生成目标程序代码。再把目标程序代码通过编程器写入到单片机芯片中。

　　第四步：把单片机芯片插到“八路键控数码管电路”的紧锁坐上，并通电、测试、观察结果。按下SO到S7号按键时，数码管显示立刻显示数字0到7。如果同时按下2个按键，只会显示编号小的数字。例如：如同时按下S5和S6，只会显示按键编号为S5对应的数字“5”，而不会显示数字“6”。

　　本功能的实现是为了以后我们制作八路抢答器，实践当中不会出现同时按下多个按键的可能性，总会有时间差异的。