基于单片机的学校作息时间控制

基于单片机的学校作息时间控制内容摘要：

可驱动（吸收或输出电流） 4个 TTL 逻辑门电路。 对P3 口写入“ 1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。 此时，被外部拉低的P3 口将用上拉电阻输出电流。 P3口除了作为一般的 I/O 口线外，还具有的第二种功能，如下表所示： 7 表 第二功能 此外， P3 口还接收一些用于 FLASH 闪存编程和程序校验的控制信号。 键盘部分 在单片机应用系统中，除了复位键有专门的复位电路以及专一的复位功能以外，其他的按键或键盘都是以开关状态来控制功能或输入数据的。 键盘是人机交互的一个重要工具。 键盘有两种基本类型：编码键盘和非编码键盘。 编码键盘本身除了按键以外，还包括产生键码的硬件 电路。 这种键盘使用非常方便，但价格相对较高。 非编码键盘是靠软件来识别键盘上的闭合键，由此计算出编码。 非编码键盘几乎不需要附加硬件逻辑，在单片机应用系统中被普遍使用。 本设计中也是采用非编码键盘。 1）按键的分类 按照结构原理可分为两类，一类是触点式开关按键，如机械式开关、导电橡胶式开关等；另一类是无触点开关按键，如电气式按键、磁感应按键等。 前者造价低，后者寿命长。 目前，微机系统中常用的是第一类。 按照接口原理可分为编码键盘与非编码键盘两类，两类键盘的区别是键符识别及给出相应键码的方法。 2）键输入原理 端口引脚 第二功能 RXD(串行输入口 ) TXD(串行输出口 ) INTO(外中断 0) INT1(外中断 1) TO(定时 /计数器 0) T1(定时 /计数器 1) WR(外部数据存储器写选通 ) RD(外部数据存储器读选通 ) 8 当所设置的功能键（复位键单独）或数字键按下时，计算机应用系统应完成该按键所设定的功能，键信息输入是与软件结构密切相关的过程。 对于一组键或一个键盘，总有一个接口电路与 CPU 相连。 CPU 可以采用查询或中断方式了解有无将键输入并检查是哪一个键按下，将该键号送入累加器 ACC，然后通过跳转指令转入执行该键的功能程序，执行完后再返回主程序。 3）按键结构与特点 微机键盘通常使用机械触点式按键开关，其主要功能是把机械上的通断转换成为电气上的逻辑关系。 也就是说，它能提供标准的 TTL 逻辑电平，以便与通用数字 系统的逻辑电平相容。 机械式按键再按下或释放时，由于机械弹性作用的影响，通常伴随有一定时间的触点机械抖动，然后其触点才稳定下来。 抖动时间的长短与开关的机械特性有关，一般为 510ms。 在触点抖动期间检测按键的通与断状态，可能导致判断出错。 即按键一次按下或释放被错误地认为是多次操作，这种情况是不允许出现的。 为了克服按键触点机械抖动所致的检测误判，必须采取去抖动措施，可从硬件、软件两方面予以考虑。 在键数较少时，可采用硬件去抖，而当键数较多时，采用软件去抖。 软件上采取的措施是：在检测到有按键按下时，执行一个 10ms 左右（具体时间应视所使用的按键进行调整）的延时程序后，再确认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。 4）按键编码 一组按键或键盘都要通过 I/O 口线查询按键的开关状态。 根据键盘结构的不同，采用不同的编码。 无论有无编码，以及采用什么编码，最后都要转换成为与累加器中数值相对应的键值，以实现按键功能程序的跳转。 5）编制键盘程序 一个完善的键盘控制程序应具备以下功能： （ 1）检测有无按键按下，并采 取硬件或软件措施，消除键盘按键机械触点抖动的影响。 （ 2）有可靠的逻辑处理办法。 每次只处理一个按键，其间对任何按键的操作对系统都无影响，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），以满足跳转指令要求。 9 独立式按键是指各按键相互独立地接通一条输入数据线，如图 所示。 这是最简单的键盘结构，该电路为查询方式电路。 当任何一个键按下时，与之相连的输入数据线即被清 0(低电平 )，而平时该线为 1(高电平 )。 要判别是否有键按下，用单片机的位处理指令十分方 便。 这种键盘结构的优点是电路简单；缺点是当键数较多时，要占用较多的 I/O线。 图 独立式键盘接口电路 行列式键盘 为了减少键盘与单片机接口时所占用 I/O 线的数目，在键数较多时，通常都将键盘排列成行列矩阵形式。 图 所示的就是本设计所采用的 4 4 键盘接口电路图，下面就说明一下行扫描法识别哪一个按键被按下的工作原理。 图 行列式式键盘接口电路 首先判别键盘中有无键按下，由单片机 I/O 口向键盘送 (输出 )全扫描字，然后读入 10 (输入 )列线状态来判断。 方法是：向 行线 (图中水平线 )输出全扫描字 00H，把全部行线置为低电平，然后将列线的电平状态读入累加器 A 中。 如果有按键按下，总会有一根列线电平被拉至低电平，从而使列输入不全为 1。 判断键盘中哪一个键被按下是通过将行线逐行置低电平后，检查列输入状态实现的。 方法是：依次给行线送低电平，然后查所有列线状态，称行扫描。 如果全为 1，则所按下的键不在此行；如果不全为 1，则所按下的键必在此行，而且是在与零电平列线相交的交点上的那个键。 1） 行扫描法识别键号（值）的工作原理 将第 0行变为低电平，其余行为高电平时，输出编码为 1110。 然后读取 列的电平，判别第 0 行是否有键按下。 在第 0 行上若有某一按键按下，则相应的列被拉到低电平，则表示第 0行和此列相交的位置上有按键按下。 若没有任一条列线为低电平，则说明 0行上无键按下。 将第 1 行变为低电平，其余行为高电平时，输出编码为 1101。 然后通过输入口读取各列的电平。 检测其中是否有变为低电平的列线。 若有键按下，则进而判别哪一列有键按下，确定按键位置。 将第 2 行变为低电平，其余行为高电平时，输出编码为 1011。 判别是否有哪一列键按下的方法同上。 将第 3 行变为低电平，其余行为高电平时，输出编码为 0111。 判别是否 有哪一列键按下的方法同上。 在扫描过程中，当发现某行有键按下，也就是输入的列线中有一位为 0 时，便可判别闭合按键所在列的位置，根据行线位置和列线位置就能判断按键在矩阵中的位置，知道是哪一个键按下。 2) 键盘扫描工作过程 （ 1） 判断键盘中是否有键按下； （ 2）进行行扫描，判断是否键按下，若有，则调用延时子程序去抖动； （ 3)读取按键的位置码； (4)将按键的位置码转换为键值（键的顺序号） 0、 2„ 、 F。 3）键的位置码及键值的译码过程 上述行扫描过程结束后得到的行号和列号存放在不同的寄存器中。 键值（号）的 获得（译码）通常采用计数译码法。 这种方法根据矩阵键盘的结构特点，每个按键的值 =行号每行的按键个数 +列号，即键号（值） =行首键号 +列号，由此： 第 0 行的键值为： 0行 4+列号（ 0～ 3）为 0、 3； 第 1 行的键值为： 1行 4+列号（ 0～ 3）为 7； 第 2 行的键值为： 2行 4+列号（ 0～ 3）为 A、 B； 11 第 3 行的键值为： 3行 4+列号（ 0～ 3）为 C、 D、 E、 F。 4 4键盘行首键号为 0、 C，列号为 0， 1， 2， 3。 编制程序时可以把键号制成表，查表实现键功能的处理或直接用跳转程 序的处理。 显示部分 显示器是计算机的主要输出设备，它把运算结果、程序清单等以字符的形式显示出来，以供用户查阅。 目前常用的显示器有数码管显示器（ LED 显示器）、液晶显示器（ LCD显示器）和 CRT 显示器等，本设计中采用的是 LED 显示器。 下面就相信介绍 LED 显示器的结构和工作原理。 LED 显示器简介 1) 数码管结构 数码管由 8 个发光二极管（以下简称字段）按“日”字形排列构成，其中 7 个发光二极管组成“日”字形的笔画段，另一个发光二极管为圆点形状。 通过不同的组合可用来显示数字 0 ~字符 A ~ F、 H、 P等、符号 “ ” 及小数点 “ .”。 数码管又分为共阴极和共阳极两种结构。 2) 数码管工作原理 共阳 (阴 )极数码管的 8 个发光二极管的阳极（阴极）连接在一起。 通常，公共阳（阴）极接高（低）电平，其它管脚接段驱动电路输出端。 当某段驱动电路的输出端为低（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或字符。 此时，要求段驱动电路能吸收额定的段导通电流，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。 （注：二极管阳（阴）极为二极管正（负）端，高电平一般指接电源，低电平一 般指接地。 ） 3) 数码管字形编码 当某一二极管导通时，相应的字段发亮。 这样，若干个二极管导通，就构成了一个字符。 在共阴极数码管中，导通的二极管用“ 1”表示，其余的用“ 0”表示。 这些“ 1”，“ 0”数符按一定的顺序排列，就组成了所要显示字符的显示代码。 例如，对于共阴极数码管来说，阳极排列顺训为 h、 g、 f、 c、 e、 d、 c、 b、 a。 这样，字符 1的显示代码为 00000110，字符 F 的显示代码为 11110001，用十六进制表示分别为 06H 和 71H。 若要显示某一个字符，就在二极管的阳极按显示代码加以高电平，阴极加低电平 即可。 12 LED 静态显示法接口设计 所谓静态显示，就是每一个显示器各笔画段都要独占具有锁存功能的输出口线， CPU把欲显示的字形代码送到输出口上，就可以使显示器显示所需的数字或符号，此后，即使 CPU 不再去访问它，因为各笔画段接口具有锁存功能，显示的内容也不会消失。 静态显示法的优点是显示程序十分简单，显示亮度大，由于 CPU 不必经常扫描显示器，所以节约了 CPU 的工作时间。 但是其主要缺点是占用的 I/O 口线较多，硬件成本较高。 所以静态显示法常用在显示器数目较少的应用系统中。 LED 动态显示法接 口设计 动态显示是一位一位地轮流点亮各位数码管，这种逐位点亮显示器的方式称为位扫描。 通常，各位数码管的段选线相应并联在一起，由一个 8位的 I/O 口控制；各位的位选线（公共阴极或阳极）由另外的 I/O 口线控制。 [10]动态方式显示时，各数码管分时轮流选通，要使其稳定显示，必须采用扫描方式，即在某一时刻只选通一位数码管，并送出相应的段码，在另一时刻选通另一位数码管，并送出相应的段码。 依此规律循环，即可使各位数码管显示将要显示的字符。 虽然这些字符是在不同的时刻分别显示，但由于人眼存在视觉暂留效应，只要每位显示间隔足够 短就可以给人以同时显示的感觉。 采用动态显示方式比较节省 I/O 口，硬件电路也较静态显示方式简单，但其亮度不如静态显示方式，而且在显示位数较多时， CPU 要依次扫描，占用 CPU 较多的时间。 本设计 显示电路采用简单实用的 8 位共阳 LED 数码管，段码 由 P0 口输出， 用 74LS244驱动 ； 位码 由 P2 口输出， 用 PNP 三 极管 驱动。 其 显示电路 原理图 如图 所示。 图 显示电路 原理图 13 74LS244 芯片 AT89S52 外部扩展空间很大，但数据总线口和控制信号线的负载能力有限的。 如果扩展的芯片较多， AT89S52 总线 接 口负载 就会 过重， 不利于系统的正常运行。 此时，就需要 扩展 接 口， 同时提高其驱动能力 ，以减轻总线 接 口的负担。 因此，本设计中的显示电路，就利用 74LS244 来扩展单片机的 P0口，以满足八个 LED 数码显示器的驱动。 实际上，我在自制的电路板上验证过，不加此芯片也可以正常显示，只是效果不太好而已。 下面就简单的介绍一下 74LS244。 1）功 能特性 74LS244 是 一种三态输出的 8总线缓冲驱动器，无锁存功能， 8个三态门分为两组，每组 4个 ， 使用时可分别以 1G 和 2G 作为它们的选通工作信号。 当 1G 和 2G都为低电平时，输出端 Y 和输入端 A状态相同；当 1G 和 2G 都为高电平时，输出呈高阻态。 74LS244的驱动能力比较强，因此适合单片机并行接口的扩展。 2） 引脚 功能 74LS244 是 20 引脚的 双列 直 插 芯片，其封装形式如图 所示。 下面结合图 来介绍一下各引脚的功能。 图 74LS244 逻辑及管教图 （ 1）电源引脚  Vcc（ 20 脚）： 主电源正端，接 +5V 电源。  GND（ 10 脚）：主电源负端，接地。 （ 2）控制引脚  1G（ 1脚）： 1Y11Y4 输出控制 端 ，低电平有效，高电平高阻。  2G（ 19 脚）： 2Y12Y4 输出控制 端 ，低电平有效，高电平高阻。 （ 3） I/O 引脚 14  输入引脚 ( 1 1 1 17 脚 )： 1A11A4,2A12A4。  输出引脚 (1 1 14。