【51单片机】矩阵键盘逐行扫描法仿真实验+超详细Proteus仿真和Keil操作步骤

发布时间:2024-08-26  

一、环境

我用的是Keil5做编译工具,用proteus仿真。除了Keil5不知道有没有其他好用的能生成.hex文件的软件(要单片机运行是需要生成.hex文件的),Proteus则是一款很好用的仿真软件,原件很多。当然,之前有试过multisim14,也是非常不错的软件,自带有可以编写代码的文本编辑器,但没找到我想要的原件。所以选择了Proteus。

二、硬件部分

我们可以先打开Proteus:
Proteus的开始界面

1. Proteus新建工程

点击开始界面的创建工程,先创建一个Proteus的工程。
在这里插入图片描述
(注意:最好每个项目单独一个文件夹,后期的文件很乱很杂)
工程名写好,选择好文件夹,后面的可以一直下一步。

2. 添加元件

在这里插入图片描述可以直接点红色箭头或者先点击“元件模式”然后点击“P”进入元件库。
在这里插入图片描述

可以输入80C51进行筛选,我用的是第一个80C51
再找到筛选keypad,我用的是keypad-smallcalc
接着找LED,选择的是LED-BARGRAPH-GRN,作为输出,也方便调试。
在这里插入图片描述

选好的元件就在这了。然后点击就能放置元件。
在这里插入图片描述

3.连接线路

在这里插入图片描述

4、硬件效果

当然,红色和蓝色的点不是接上线就有的,这是仿真之后的效果。其中,红色是高电平,蓝色是低电平,无色是无电平或脉冲不稳定,黄色为短路。
注意:Proteus的部分原件默认接了电源和接地,所以找不到电源和接地管脚。比如T80C51就是默认了接电源接地,所以没有20、40管脚。


三、软件部分

刚刚完成了硬件部分,和真实的硬件一样,我们都需要有程序才能让单片机工作。现在我们来用Keil5编写程序。虽然课程是用的汇编,但由于个人不太习惯汇编的程序,所以我尝试的是C语言。目标是做成一个简单的计算器。


1、Keil5新建工程

菜单栏的project下的new uVision project,选择好芯片**T80C51,**选择好地址 (可以和Proteus的工程放一个文件夹)。
然后新建一个.c源文件,并把源文件添加到工程的 Source Group内。


2、代码:

(1 思路分析

想要做一个计算器,其中有“+、-、*、/ ” 。最开始我想到的是数字和运算符分开存放,然后再处理。后来发现无法预测输入的数字位数(因为每次只能输入一位,也不能像在黑窗口那样回车)。于是我决定把数字变成字符,跟运算符存放在一个char数列里,再分析处理数列,找出数字和运算符。


(2 添加头文件

添加头文件,并设置全局变量。


#include

int cro[4] = {0xFE,0xFD,0xFB,0xF7};//存放行值。分别表示是P2.0口低电平,P2.1低电平…………

char indata[50];//用于存放键盘输入的字符数列

int len=0;//数列的长度

int fnum=0;//用于存放第一个操作数(处理数列得到的数字)

int lnum=0;//用于存放第二个操作数(处理数字得到的数字)

int ans=0;//存放计算结果

char op;//存放运算符

这是51单片机的头文件,里面包含了51单片机的存储器、端口等


(3 延时程序

在单片机中延时程序经常用到,延时的方法也很多,有硬件延时、软件延时,汇编中可能会用nop,或者


MOV R0,100

DJNZ R0,$

在C语言中可以通过空循环来延时,就像下面这样。当然也有其他方法。


void delay_ms(int n){

int i,j;

for(i = 0; i < n; i++)

for(j = 0; j < 1000; j++);

}//这里的值只是大概写的,n==1时不一定真是1ms。也可以算准确值。

如果一个循环够用或者容易控制时间的话,可以不用嵌套。


(4 键盘扫描程序

最先尝试的是矩阵键盘的线路反转法,但是中间出了些问题,暂时放弃了,改用 逐行扫描法。
根据书上的原理,结合以上面的电路图 写出程序。
在这里插入图片描述

可见,我们的键盘连接了P2端口,低4位为行,高四位为列,LED则连接的P1端口。以此为例。


先使行端口(即P2端口低四位)输出低电平,读列值。若读入的列值不为0FFH,则有键按下


int keyscan(){

int temp;

P2 = 0xf0;//给P12口送入11110000B

temp = P2 & 0xf0;//读取列值

}

注意:在C语言里,二进制是前面加0b或0B,八进制是加0,十六进制加0x或0X。如十进制123,二进制0b123或0B123,八进制0123,十六进制0x123或0X123。


这样就能完成 行输出低电平,读取列值的操作。如果列值不为0xf0,表示有键按下,有一位变成低电平。


当有键按下时,可以加10毫秒延时去抖。再进行逐行扫描。


扫描的过程是第四位逐位输出低电平,读不为0xff 的列值


int keyscan(){

int n;

int row;

int temp;

P2 = 0xf0;

temp = P2 & 0xf0;

if(temp != 0xf0){

    delay_ms(10)//这里需要加10毫秒延时去抖,

for(n = 0; n < 4; n++ ){//遍历,低4位逐位输出0,直到找到按下键的列值

P2 = cro[n];//P2口低位输出0

rol = P2 & 0xf0;//读高四维

if(rol != 0xf0){

return (row|(cro[n]&0x0f));//找到按下键的列值后合成键码,并返回

break;

}

}

}

}

这就是逐行扫描的主要程序。


(5 配置按键功能

这时候我们发现,键码找对了,该怎么让它执行特定的程序呢?比如现在按'1',它并不代表'1'这个数。这个时候我们就需要给键配置一个功能或者含义。

我是这样定义的:


void act(int key){

switch(key){

case 0x77:indata[len++] = '+';P1 = 0x80;break;//输入的是运算符,输出运算符按键对应的行。并存放到前面定义的数组里,长度+1

case 0xB7: show(); break;//”=“键的功能是展示运算结果

case 0xD7:indata[len++] = '0';P1 = 0x00;break;//输入的是数字,输出对应的二进制数

case 0xE7:clear(); break;//清零键的功能是清零

case 0x7B:indata[len++] = '-';P1 = 0x40;break;

case 0xBB:indata[len++] = '3';P1 = 0x03;break;

case 0xDB:indata[len++] = '2';P1 = 0x02;break;

case 0xEB:indata[len++] = '1';P1 = 0x01;break;

case 0x7D:indata[len++] = '*';P1 = 0x20;break;

case 0xBD:indata[len++] = '6';P1 = 0x06;break;

case 0xDD:indata[len++] = '5';P1 = 0x05;break;

case 0xED:indata[len++] = '4';P1 = 0x04;break;

case 0x7E:indata[len++] = '/';P1 = 0x10;break;

case 0xBE:indata[len++] = '9';P1 = 0x09;break;

case 0xDE:indata[len++] = '8';P1 = 0x08;break;

case 0xEE:indata[len++] = '7';P1 = 0x07;break;

default:break;

}

}

到这里我们的基本要求已经完成。接下来是完善的部分。


(6 补坑

刚才用到而没有定义的函数,show()clear()。现在就让我们来把这两个函数写出来。

首先是'='号键的功能函数show()


void show(){

decode();//这是一个把存放按键的字符数组变成可以运算的数字的函数。

operat();//把字符型的数字变成int型的数字后,就该计算了。这是运算函数。

P1 = ans;//最终要把运算结果输出到LED。由于之前定义的是全局变量,所以不需要传参数

}

接下来是清零按键的功能,清零。


void clear(){

int i;

for(i=0;i indata[i] = '';

}

len=0;

fnum=0;

lnum=0;

ans=0;

op = '';

for(i=0;i<3;i++){//LED闪烁三次,作为提醒。

P1 = 0xff;

delay_ms(20);

P1 = 0x00;

delay_ms(20);

}

}

(7 深度补坑

前面的确做到了按哪个键输出对应的值。但是!!!我们怎么会满足于此呢?说好的计算器呢?

对!下面就来把运算功能的坑填一填。

首先是把字符数组的数据变成可以数学运算的数字。


void decode(){

int i;

int j;

for(i = 0; i if(indata[i] >= '0' && indata[i] <= '9')

fnum = fnum*10 + (indata[i]-'0');

else break;

}

if(indata[i] == '+' || indata[i]=='-'||indata[i]=='*'||indata[i]=='/'){//然后找到中间的运算符

op = indata[i];i++;

}

for(j = i; j lnum = lnum*10 + (indata[j]-'0');

}

}

是不是so easy?确实,都是基础。可能我的算法还不够好。暂且这么看着吧,提供一个思路。

然后,然后的然后就是该运算了。这个也非常简单,用一个多分支语句就能搞定了。


void operat(){

switch(op){

case '+':ans = fnum + lnum;break;

case '-':ans = fnum - lnum;break;

case '*':ans = fnum * lnum;break;

case '/':ans = fnum / lnum;break;

}

}

这样就能实现运算功能了。


(8 程序入口

最后我们只差一个程序入口函数了。把main() 函数加进去我们的程序就大功告成了。


void main(){

while(1)

{

act(keyscan());

delay_ms(70);

}

}

以上就是我编写时的思路和实现。


四、让程序跑起来

现在我们硬件搭建好了,软件也实现了,接下来就是让软件在硬件中跑起来。

1、生成.hex文件

在这里插入图片描述先点击这个'Option for target'。
在这里插入图片描述
然后找到'Output'里的'Creat HEX File',把复选框勾上,然后编译的时候就能生成.hex文件。
例如这个在这里插入图片描述
当然,这个文件也可能生成在'Object'文件夹里。
记住.hex文件的地址。

2、单片机添加程序文件

在Proteus中双击51单片机,进入单片机的属性窗口
在这里插入图片描述
点击'ProgramFile'后面的框选择文件,把刚才得到的.hex文件添加进去。点击左下角的开始仿真按键就可以试试自己写的程序的运行效果了。
在这里插入图片描述
输入了12 * 2 ,输出的是11000B,即24D;按下清零,LED闪烁提醒。功能基本实现。


五、 总结

这次时第一次用C写单片机,先前学的C似乎又能发挥作用了。但是没目前这个程序还是比较粗糙,可以再改进一下,比如可以做个连续运算的计算器,或者增加其他不一样的功能,包括多义键,以及输出设备LED也可以优化。
在这个过程中,我也发现自己的算法比较朴实无华,都是些常规的逻辑。希望有其他的做法的小伙伴一起讨论。


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