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劉靜波 |
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（南京工程學院 江蘇 南京 210013） | 1 引言
BCD碼又稱二/十進制碼，即二進制編碼的十進制碼，在設計、測試數字電路硬件過程或是面對帶有BCD碼接口的集成電路時，常常希望方便、快速地產生BCD碼來完成當前的工作，檢驗硬件電路的正確性，例如鎖相頻率合成集成電路MC145163P帶有4位BCD編碼接口，用于設置環路N分頻器，通過本文介紹而制作完成后的BCD發生器可以提供4位BCD編碼輸出，方便地控制每位BCD輸出，可以快速地得到BCD編碼而完成測試或輸出BCD編碼接到集成電路的BCD編碼接口，無需頻繁跳線。
另外，BCD編碼有8421碼、2421碼、余3碼等多種形式，本文以常見的8421碼為例介紹電路的實現和程序的編寫。如果對程序略加修改則可以很方便地實現其他類型的編碼方式（如2421碼）。本電路以AT89C2051為核心設計了4×4的矩陣鍵盤（S0-S15），這樣只需在鍵盤上按下相應的按鍵（S0-S9）即可以產生一個對應（十進制0-9）的BCD碼，通過設置切換按鍵（S10-S13）可以隨意地控制4位中任意的一位，期間用數碼管實時地顯示當前BCD碼對應的十進制數。
電路功能和特點：
4位BCD編碼輸出，利用單片機口線可以擴展位數。
改變軟件中鍵號0-鍵號9（即S0-S9對應功能）的程序可以實現其他編碼形式（如2421碼）。參見軟件部分。
電路以常用的8421碼為例，并有數碼顯示出對應的十進制數（也可以省略）。
完整的4×4的矩陣鍵盤掃描執行程序，可以移植到其他應用電路中。
BCD編碼由鎖存器實現信號鎖存，并引出接口，方便連接其他電路。
“位”控制和0-9編碼輸出互不影響，直接按下功能鍵就可以得到需要的BCD編碼輸出和“位數”選擇。
2 電路框圖
電路原理圖如圖1所示。
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3 電路分析
AT89C2051的P1口組成4×4矩陣鍵盤（S0-S15），其中P1.0-P1.3作為行線，P1.4-P1.7作為列線，設計鍵盤掃描程序可以達到預先設想的功能（見軟件設計部分）。按下S0-S9可以產生0-9十進制數對應的BCD碼，S10-S13用作4位BCD碼的切換按鍵，S14、S15暫未使用，可以不安裝，P3.3-P3.0是BCD碼的數據輸出線，從電路中可以看出，因為功用鍵盤而實現4位BCD編碼輸出，顯然P3.3-P3.0作為數據總線而同時并接在4個D鎖存器（4042），通過S10-S13來切換，對于4個D鎖存器（U3-U6）每次只有一個有效而把P3.3-P3.0的數據“讀入”然后鎖存。實際上S10-S13控制P3.4和P3.5的狀態（P3.4和P3.5共有4種組合）并通過2-4線譯碼器（U2；74LS139）得到對應的U3-U6的有效信號，表1是S10-S13控制所對應的各芯片狀態，可見，U3-U6中任意一個（例如U3）處于有效狀態而“讀入”P3.3-P3.0數據時，其余的（U4/U5/U6）處于鎖存狀態，保留原來數據，因此使用者可以在任意一位中改變所希望的BCD碼輸出。
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U2（74LS139）是2-4線譯碼器，功能見表1，他的輸入端B，A分別接至P3.4，P3.5，輸出端Y0-Y3取決于輸入端的組合，每種組合下只有一個輸出端（Y0-Y3）以低電平有效輸出。U3-U6是D鎖存器，主要是其中的5腳和6腳關系決定他們的工作狀態，查閱資料得知，當5腳和6腳邏輯電位相同時，該芯片可以把D3-D0數據輸出到Q3-Q0；當5腳和6腳邏輯電位不同時，該芯片處于鎖存原來數據的狀態，而不會“讀入”當前的D3-D0數據，電路中把U3-U6的6腳固定接低電位，而5腳分別用U2（74LS139）的輸出信號來控制，不難實現“可以單獨實現對各位BCD碼的設置”。4511是譯碼驅動，接共陰數碼管顯示當前每位的BCD碼所對應的十進制數，方便觀察，顯示部分很簡單，此處不在贅述，同時，顯示部分在電路上不是必須的，可省略，BCD碼通過J3和J2引出，之所以用兩個鏈接器是為了更靈活、方便使用。
4 軟件設計
主要是實現鍵盤處理，程序中必須確認是哪一個按鍵被按下，然后轉到相應的處理程序中執行，實際上該程序是一個完整的鍵盤掃描程序，如果改動其中的處理子程序完全可以應用到其他的控制電路中，下文附有詳細的程序和說明供參考，圖2是流程圖。
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鍵盤掃描程序的任務簡單講就是：首先確認是否有按鍵按下，然后通過掃描判斷來得到是在哪一行的按鍵，最后通過比較預先設定的4行表格查找并計算得到具體的按鍵，從而轉到相應的功能程序。
（1）置列線為輸入狀態（P1.4-P1.7為1），行線（P1.0-P1.3）先為0，即設定的P1.7-P1.0等于F0H并把該狀態保存，接這讀入當前P1口狀態，不難理解，只要有按鍵（任何一個）按下，P1口的狀態肯定不是原來設定的P1.7-P1.0等于F0H，通過判斷就可以實現第一步的目的：首先確認是否有按鍵按下？
（2）從第一行（P1.0行）開始一步步掃描，找出并確認按鍵在哪一行，掃描的方法步驟見表2。行線每次只有一個為0，例如第1次掃描時設定P1.0為0，而P1.1-P1.3為1，顯然，在當前掃描過程中按下按鍵如果不是P1.0行，那么P1口狀態始終是FEH，因此表2說明中強調“只有任一次比較P1口不等于該數值，說明當前按鍵就在該行”就是這樣的含義，其余各次比較也是一樣道理，通過這樣的判斷，可以實現查找按鍵所在得行數。
（3）程序中定義了4個表KEYVALTAB1-KEYVALTAB4，分別存放的數據用來為比較程序服務而指示出各行的按鍵具體位置，表3列出按鍵標號和比較數據對應關系，在R2中存放行號的起始值，R0用來存放在每一行中查到按鍵的具體位置（R0范圍是0-3），各行查找時比較的數據見表（3）。讀寫可以簡單分析就可以得到結果，假設通過程序先判斷按鍵在第一行，顯然如果S0按下，P1.7-P1.0的狀態是11101110（S1連接于P1.0和P1.4），也就是表3中S0→EEH。
（4）KEYCALCU子程序中通過乘3運算用于散轉指令JMP，注意LJMP是3字節指令，各按鍵對應的功能程序安排在一起串LJMP，所以通過乘3運算才能正確對應到各按鍵的執行目標功能程序。
關于各鍵的相應處理功能就較簡單，只要對應不同的按鍵輸入相應的控制命令，對于S0-S9是控制P3.3-P3.0不同的狀態以得到所對應的BCD編碼，對于S10-S13則是控制P3.4，P3.5的狀態以實現對U3-U6的控制，限于篇幅，詳細內容可以參見程序，程序開始執行時是逐個控制4位BCD編碼輸出，對應的數碼管依次顯示，初始狀態為0001，0000，0000，0000 4位BCD碼分別從J3，J2引出，數碼管顯示為1，0，0，0。
5 4×4鍵盤掃描程序
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