1 引言

BCD碼又稱二/十進(jìn)制碼，即二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制碼，在設(shè)計(jì)、測試數(shù)字電路硬件過程或是面對(duì)帶有BCD碼接口的集成電路時(shí)，常常希望方便、快速地產(chǎn)生BCD碼來完成當(dāng)前的工作，檢驗(yàn)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(shè)置環(huán)路N分頻器，通過本文介紹而制作完成后的BCD發(fā)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(shí)現(xiàn)和程序的編寫。如果對(duì)程序略加修改則可以很方便地實(shí)現(xiàn)其他類型的編碼方式（如2421碼）。本電路以AT89C2051為核心設(shè)計(jì)了4×4的矩陣鍵盤（S0-S15），這樣只需在鍵盤上按下相應(yīng)的按鍵（S0-S9）即可以產(chǎn)生一個(gè)對(duì)應(yīng)（十進(jìn)制0-9）的BCD碼，通過設(shè)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(shù)碼管實(shí)時(shí)地顯示當(dāng)前BCD碼對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。

電路功能和特點(diǎn)：

4位BCD編碼輸出，利用單片機(jī)口線可以擴(kuò)展位數(shù)。

改變軟件中鍵號(hào)0-鍵號(hào)9（即S0-S9對(duì)應(yīng)功能）的程序可以實(shí)現(xiàn)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(shù)碼顯示出對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)（也可以省略）。

完整的4×4的矩陣鍵盤掃描執(zhí)行程序，可以移植到其他應(yīng)用電路中。

BCD編碼由鎖存器實(shí)現(xiàn)信號(hào)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(shù)”選擇。

2 電路框圖

電路原理圖如圖1所示。

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(shè)計(jì)鍵盤掃描程序可以達(dá)到預(yù)先設(shè)想的功能（見軟件設(shè)計(jì)部分）。按下S0-S9可以產(chǎn)生0-9十進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)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(shù)據(jù)輸出線，從電路中可以看出，因?yàn)楣τ面I盤而實(shí)現(xiàn)4位BCD編碼輸出，顯然P3.3-P3.0作為數(shù)據(jù)總線而同時(shí)并接在4個(gè)D鎖存器（4042），通過S10-S13來切換，對(duì)于4個(gè)D鎖存器（U3-U6）每次只有一個(gè)有效而把P3.3-P3.0的數(shù)據(jù)“讀入”然后鎖存。實(shí)際上S10-S13控制P3.4和P3.5的狀態(tài)（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(duì)應(yīng)的U3-U6的有效信號(hào)，表1是S10-S13控制所對(duì)應(yīng)的各芯片狀態(tài)，可見，U3-U6中任意一個(gè)（例如U3）處于有效狀態(tài)而“讀入”P3.3-P3.0數(shù)據(jù)時(shí)，其余的（U4/U5/U6）處于鎖存狀態(tài)，保留原來數(shù)據(jù)，因此使用者可以在任意一位中改變所希望的BCD碼輸出。

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(gè)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(guān)系決定他們的工作狀態(tài)，查閱資料得知，當(dāng)5腳和6腳邏輯電位相同時(shí)，該芯片可以把D3-D0數(shù)據(jù)輸出到Q3-Q0；當(dāng)5腳和6腳邏輯電位不同時(shí)，該芯片處于鎖存原來數(shù)據(jù)的狀態(tài)，而不會(huì)“讀入”當(dāng)前的D3-D0數(shù)據(jù)，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(hào)來控制，不難實(shí)現(xiàn)“可以單獨(dú)實(shí)現(xiàn)對(duì)各位BCD碼的設(shè)置”。4511是譯碼驅(qū)動(dòng)，接共陰數(shù)碼管顯示當(dāng)前每位的BCD碼所對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)，方便觀察，顯示部分很簡單，此處不在贅述，同時(shí)，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(gè)鏈接器是為了更靈活、方便使用。

4 軟件設(shè)計(jì)

主要是實(shí)現(xiàn)鍵盤處理，程序中必須確認(rèn)是哪一個(gè)按鍵被按下，然后轉(zhuǎn)到相應(yīng)的處理程序中執(zhí)行，實(shí)際上該程序是一個(gè)完整的鍵盤掃描程序，如果改動(dòng)其中的處理子程序完全可以應(yīng)用到其他的控制電路中，下文附有詳細(xì)的程序和說明供參考，圖2是流程圖。

鍵盤掃描程序的任務(wù)簡單講就是：首先確認(rèn)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(yù)先設(shè)定的4行表格查找并計(jì)算得到具體的按鍵，從而轉(zhuǎn)到相應(yīng)的功能程序。

（1）置列線為輸入狀態(tài)（P1.4-P1.7為1），行線（P1.0-P1.3）先為0，即設(shè)定的P1.7-P1.0等于F0H并把該狀態(tài)保存，接這讀入當(dāng)前P1口狀態(tài)，不難理解，只要有按鍵（任何一個(gè)）按下，P1口的狀態(tài)肯定不是原來設(shè)定的P1.7-P1.0等于F0H，通過判斷就可以實(shí)現(xiàn)第一步的目的：首先確認(rèn)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(rèn)按鍵在哪一行，掃描的方法步驟見表2。行線每次只有一個(gè)為0，例如第1次掃描時(shí)設(shè)定P1.0為0，而P1.1-P1.3為1，顯然，在當(dāng)前掃描過程中按下按鍵如果不是P1.0行，那么P1口狀態(tài)始終是FEH，因此表2說明中強(qiáng)調(diào)“只有任一次比較P1口不等于該數(shù)值，說明當(dāng)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(shí)現(xiàn)查找按鍵所在得行數(shù)。

（3）程序中定義了4個(gè)表KEYVALTAB1-KEYVALTAB4，分別存放的數(shù)據(jù)用來為比較程序服務(wù)而指示出各行的按鍵具體位置，表3列出按鍵標(biāo)號(hào)和比較數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系，在R2中存放行號(hào)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(shí)比較的數(shù)據(jù)見表（3）。讀寫可以簡單分析就可以得到結(jié)果，假設(shè)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(tài)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(yùn)算用于散轉(zhuǎn)指令JMP，注意LJMP是3字節(jié)指令，各按鍵對(duì)應(yīng)的功能程序安排在一起串LJMP，所以通過乘3運(yùn)算才能正確對(duì)應(yīng)到各按鍵的執(zhí)行目標(biāo)功能程序。

關(guān)于各鍵的相應(yīng)處理功能就較簡單，只要對(duì)應(yīng)不同的按鍵輸入相應(yīng)的控制命令，對(duì)于S0-S9是控制P3.3-P3.0不同的狀態(tài)以得到所對(duì)應(yīng)的BCD編碼，對(duì)于S10-S13則是控制P3.4，P3.5的狀態(tài)以實(shí)現(xiàn)對(duì)U3-U6的控制，限于篇幅，詳細(xì)內(nèi)容可以參見程序，程序開始執(zhí)行時(shí)是逐個(gè)控制4位BCD編碼輸出，對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管依次顯示，初始狀態(tài)為0001，0000，0000，0000 4位BCD碼分別從J3，J2引出，數(shù)碼管顯示為1，0，0，0。

5 4×4鍵盤掃描程序