單片機計算器課程設(shè)計報告

大連民族學(xué)院2007級電子信息工程專業(yè)單片機系統(tǒng)課程設(shè)計報告PAGEPAGE2大連民族學(xué)院2007級電子信息工程專業(yè)單片機系統(tǒng)課程設(shè)計報告機電信息工程學(xué)院單片機系統(tǒng)課程設(shè)計報告系：專業(yè)：班級：設(shè)計題目：多功能簡易計算器學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：完成日期：2010年5月31日目錄TOC\o"1-2"\h\z\u一、設(shè)計任務(wù)和性能指標(biāo) 21.1設(shè)計任務(wù) 21.2性能指標(biāo) 2二.設(shè)計方案 2三.系統(tǒng)硬件設(shè)計 33.1單片機最小系統(tǒng) 33.2鍵盤接口電路 33.3數(shù)碼管顯示電路 43.4錯誤報警電路 5四、系統(tǒng)軟件設(shè)計 64.1鍵盤掃描子程序設(shè)計 64.2移位子程序及結(jié)果計算子程序設(shè)計 104.3顯示子程序設(shè)計 124.4主程序設(shè)計 13五、調(diào)試及性能分析 135.1調(diào)試步驟 135.2性能分析 14六、心得體會 14參考文獻 14附錄1系統(tǒng)硬件電路圖 15附錄2程序清單 16一、設(shè)計任務(wù)和性能指標(biāo)1.1設(shè)計任務(wù)利用單片機及外圍接口電路(鍵盤接口和顯示接口電路)設(shè)計制作一個計算器，用LED顯示計算數(shù)值及結(jié)果。要求用Protel畫出系統(tǒng)的電路原理圖（要求以最少組件，實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計所要求的功能），印刷電路板（要求布局合理，線路清晰），繪出程序流程圖，并給出程序清單（要求思路清晰，盡量簡潔，主程序和子程序分開，使程序有較強的可讀性）。1.2性能指標(biāo)加法：四位加法，計算結(jié)果若超過四位則顯示計算錯誤減法：四位減法，計算結(jié)果若小于零則顯示計算錯誤乘法：個位數(shù)乘法除法：整數(shù)除法有清零功能，計算錯誤報警二.設(shè)計方案按照系統(tǒng)設(shè)計的功能的要求，初步確定設(shè)計系統(tǒng)由主控模塊、顯示模塊、錯誤報警模塊、鍵掃描接口電路共四個模塊組成，電路系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖1.1所示。主控芯片使用51系列AT89C52單片機，采用高性能的靜態(tài)80C51設(shè)計，由先進工藝制造，并帶有非易失性Flash程序存儲器。它是一種高性能、低功耗的8位COMS微處理芯片，市場應(yīng)用最多。鍵盤電路采用4*4矩陣鍵盤電路。顯示模塊采用4枚共陽極數(shù)碼管和74ls273鎖存芯片構(gòu)成等器件構(gòu)成。錯誤報警電路采用5V蜂鳴器。三.系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1單片機最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)就是支持主芯片正常工作的最小電路部分，包括主控芯片、復(fù)位電路和晶振電路。主控芯片選取STC89C52RC芯片，因其具有良好的性能及穩(wěn)定性，價格便宜應(yīng)用方便。晶振選取11.0592MHz，晶振旁電容選取30pF。采用按鍵復(fù)位電路，電阻分別選取100Ω和10K，電容選取10μF。以下為單片機最小系統(tǒng)硬件電路圖。單片機最小系統(tǒng)硬件電路3.2鍵盤接口電路計算器所需按鍵有：數(shù)字鍵：’1’,’2’,’3’,’4’,’5’,’6’,’7’,’功能鍵：’+’,’-‘,’*’,’/’,’=’,’C(清零)’共計16個按鍵，采用4*4矩陣鍵盤，鍵盤的行和列之間都有公共端相連，四行和四列的8個公共端分別接P1.0~P1.7，這樣掃描P1口就可以完成對矩陣鍵盤的掃描，通過對16個按鍵進行編碼，從而得到鍵盤的口地址，對比P1口德掃描結(jié)果和各按鍵的地址，我們就可以得到是哪個鍵按下，從而完成鍵盤的功能。以下為鍵盤接口電路的硬件電路圖鍵盤接口電路3.3數(shù)碼管顯示電路采用4位數(shù)碼管對計算數(shù)據(jù)和結(jié)果的顯示，這里選取共陽數(shù)碼管，利用NPN三極管對數(shù)碼管進行驅(qū)動，為了節(jié)省I/O資源，采取動態(tài)顯示的方法來顯示計算數(shù)據(jù)及結(jié)果。利用74273鎖存器來實現(xiàn)數(shù)碼管的動態(tài)顯示，P0口輸出顯示值，P2.4為段選口，控制273鎖存器的時鐘引腳，從而得到對數(shù)碼管輸入數(shù)據(jù)的控制。P2.0~P2.3用來作為位選端，控制哪幾位數(shù)碼管進行顯示。以下為數(shù)碼顯示電路的硬件電路圖數(shù)碼顯示電路硬件電路圖3.4錯誤報警電路錯誤報警電路就是在計算結(jié)果出現(xiàn)錯誤時或輸入數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯誤時，發(fā)出聲音警報，提示使用者錯誤出現(xiàn)。這里就采用5V蜂鳴器作為報警設(shè)備，利用PNP三極管對蜂鳴器進行驅(qū)動，有P2.5對其進行控制，這樣在出現(xiàn)錯誤的同時用P2.5輸出低，就可以使蜂鳴器工作，完成報警任務(wù)。以下為報警電路硬件電路圖報警電路硬件電路圖系統(tǒng)整體硬件電路圖見附錄一四、系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1鍵盤掃描子程序設(shè)計要進行數(shù)據(jù)的計算就必須先進行數(shù)據(jù)的輸入，也就必須確定按鍵輸入的數(shù)值是什么，這就需要對鍵盤進行掃描，從而確定究竟是哪個鍵按下。對于鍵盤的掃描，既可以用行掃描也可以用列掃描，這里采用行掃描的方法來完成對鍵盤的掃描。行掃描就是逐行掃描鍵盤，看是哪一行有鍵按下，再通過返回的鍵碼來確定究竟是哪個按鍵按下。如對第一行掃描就令P1.0為低，P1口其余為高，這樣若第一行有鍵按下，則P1口的值就會由0xfe變?yōu)槠渌?，再由這個值來確定是哪個鍵按下。以下為鍵盤掃描子程序的程序清單。ucharkeyscan(){ inti; P1=0xfe; temp=P1; temp=temp&0xf0; while(temp!=0xf0) { delay(5); temp=P1; temp=temp&0xf0; while(temp!=0xf0) { temp=P1; switch(temp) { case0xee:{rdat++;num=1;left(rdat,num);} break; case0xde:{rdat++;num=2;left(rdat,num);} break; case0xbe:{rdat++;num=3;left(rdat,num);} break; case0x7e:{rdat++;num=4;left(rdat,num);} break; } while(temp!=0xf0) { temp=P1; temp=temp&0xf0; } } } P1=0xfd; temp=P1; temp=temp&0xf0; while(temp!=0xf0) { delay(5); temp=P1; temp=temp&0xf0; while(temp!=0xf0) { temp=P1; switch(temp) { case0xed:{rdat++;num=5;left(rdat,num);} break; case0xdd:{rdat++;num=6;left(rdat,num);} break; case0xbd:{rdat++;num=7;left(rdat,num);} break; case0x7d:{rdat++;num=8;left(rdat,num);} break; } while(temp!=0xf0) { temp=P1; temp=temp&0xf0; } } } P1=0xfb; temp=P1; temp=temp&0xf0; while(temp!=0xf0) { delay(5); temp=P1; temp=temp&0xf0; while(temp!=0xf0) { temp=P1; switch(temp) { case0xeb:{rdat++;num=9;left(rdat,num);} break; case0xdb:{rdat++;num=10;left(rdat,num);} break; case0xbb:{equ();} break; case0x7b:{rdat=0;add=0;subb=0;mul=0;div=0; result=0; dat[0]=10;dat[1]=dat[2]=dat[3]=0; } break; } while(temp!=0xf0) { temp=P1; temp=temp&0xf0; } } } P1=0xf7; temp=P1; temp=temp&0xf0; while(temp!=0xf0) { delay(5); temp=P1; temp=temp&0xf0; while(temp!=0xf0) { temp=P1; switch(temp) { case0xe7:{rdat=0;add=1;subb=0; mul=0;div=0; for(i=0;i<5;i++){ if(dat[i]==10) {dat[i]=0;} } result=dat[0]+10*dat[1]+100*dat[2]+1000*dat[3]; dat[0]=10;dat[1]=dat[2]=dat[3]=0; } break; case0xd7:{rdat=0;add=0;subb=1; mul=0;div=0; for(i=0;i<5;i++){ if(dat[i]==10) {dat[i]=0;} }result=dat[0]+10*dat[1]+100*dat[2]+1000*dat[3]; dat[0]=10;dat[1]=dat[2]=dat[3]=0; } break; case0xb7:{rdat=0;add=0;subb=0; mul=1;div=0; for(i=0;i<5;i++){ if(dat[i]==10) {dat[i]=0;} } result=dat[0]+10*dat[1]+100*dat[2]+1000*dat[3]; dat[0]=10;dat[1]=dat[2]=dat[3]=0; } break; case0x77:{rdat=0;add=0;subb=0; mul=0;div=1; for(i=0;i<5;i++){ if(dat[i]==10) {dat[i]=0;} } result=dat[0]+10*dat[1]+100*dat[2]+1000*dat[3]; dat[0]=10;dat[1]=dat[2]=dat[3]=0; } break; } while(temp!=0xf0) { temp=P1; temp=temp&0xf0; } } }returnnum;}4.2移位子程序及結(jié)果計算子程序設(shè)計輸入數(shù)據(jù)要存儲在一四位數(shù)組內(nèi)，而我們鍵入的值是數(shù)據(jù)的高位，后鍵入的值是低位，這樣我們就需要在輸入低位數(shù)值時將高位數(shù)值從數(shù)組的低位移向數(shù)組的高位，這就是編寫移位子程序的目的。對于結(jié)果計算子程序，包含加、減、乘、除四種運算。以加法運算為例，各種運算各有其標(biāo)志位來代表計算類型，當(dāng)加法標(biāo)志位add=1是，就將輸入的兩個數(shù)據(jù)按照加法進行計算。首先將數(shù)組內(nèi)的數(shù)按照對應(yīng)的位關(guān)系，將其轉(zhuǎn)化為一個十進制數(shù)，這樣我們就得到了加速和被加數(shù)這樣倆個十進制數(shù)，從而我們就可以簡單的將兩個數(shù)進行相加，結(jié)果就是我們所求的數(shù)值。但這個數(shù)值不能直接顯示到數(shù)碼管上，我們還要對其進行處理，使其變?yōu)閷?yīng)進位的四個數(shù)存入數(shù)組內(nèi)，以便顯示。既通過對結(jié)果數(shù)值分別除以1000、100、10和對10取余，得到我們想要的四個數(shù)，送顯示子程序顯示。其余減、乘、除的計算方法與加法的計算方法一樣，這里不再累述。以下為移位子程序和結(jié)果計算子程序的程序清單。voidleft(ucharrx,uchardate){ switch(rx) { case1:dat[0]=date;break; case2:dat[1]=dat[0],dat[0]=date;break; case3:dat[2]=dat[1],dat[1]=dat[0],dat[0]=date;break; case4:dat[3]=dat[2],dat[2]=dat[1],dat[1]=dat[0],dat[0]=date;break; }}voidequ(){ inti,j,k; longints; if(add==1){for(i=0;i<5;i++){ if(dat[i]==10) {dat[i]=0;} } s=dat[0]+10*dat[1]+100*dat[2]+1000*dat[3]; result=result+s;add=0;} if(subb==1){for(i=0;i<5;i++){ if(dat[i]==10) {dat[i]=0;} } s=dat[0]+10*dat[1]+100*dat[2]+1000*dat[3]; result=result-s;subb=0;} if(mul==1){for(i=0;i<5;i++){ if(dat[i]==10) {dat[i]=0;} } s=dat[0]+10*dat[1]+100*dat[2]+1000*dat[3]; result=result*s;mul=0; }if(div==1){for(i=0;i<5;i++){ if(dat[i]==10) {dat[i]=0;} } s=dat[0]+10*dat[1]+100*dat[2]+1000*dat[3]; result=result/s;div=0; } If(result>9999){dat[0]=11;dat[3]=dat[2]=dat[1]=0;} if(result<=9999) { dat[0]=result%10; dat[1]=(result/10)%10; dat[2]=(result/100)%10; dat[3]=(result/1000)%10; } for(j=3;j>0;j--) {if(dat[j]>0) { for(k=j-1;k>=0;k--) { if(dat[k]==0){dat[k]=10;} } } } if(dat[0]==0){dat[0]=10;}}4.3顯示子程序設(shè)計從始至終無論是輸入的計算數(shù)據(jù)，還是計算后的結(jié)果值。都存儲在同一數(shù)組dat[]中，這樣我們只要在顯示時一直調(diào)用dat[]中的值，就能正確的顯示數(shù)據(jù)。以下為顯示子程序的程序清單。voiddisplay(){ ucharaa; keyscan(); P2=0x07; aa=dat[0]; P0=table[aa]; P2=0x27; delay(3); P2=0x0b; aa=dat[1]; P0=table[aa]; P2=0x2b; delay(3); P2=0x0d; aa=dat[2]; P0=table[aa]; P2=0x2d; delay(3); P2=0x0e; aa=dat[3]; P0=table[aa]; P2=0x2e; delay(3); }4.4主程序設(shè)計主程序既把以上各子程序串連成一個整體，使整個程序循環(huán)運行。而在以上程序中也已經(jīng)加入了個程序之間的連接點，首先進入程序后就立即進入顯示子程序，而顯示子程序內(nèi)又調(diào)用鍵盤掃描子程序，若有鍵按下，則會跳轉(zhuǎn)到移位子程序和結(jié)果計算子程序進行相應(yīng)的處理。通過計算或移位后，數(shù)組內(nèi)的值發(fā)生改變，顯示的值也會同時發(fā)生改變。之后再進行鍵盤掃描，如此反復(fù)運行，就構(gòu)成了程序的整體。以下為主程序清單。voidmain(){ num=0; while(1) { display(); }}整體程序清單見附錄二。五、調(diào)試及性能分析5.1調(diào)試步驟在焊接好器件后，先不要將芯片插在芯片座上，要先驗證先板上電源是否好用，有無短路等。接上USB電源，用萬用表測量個芯片座對應(yīng)電源和地之間的電壓值，觀察電壓值是否正常。一切正常后方可將芯片插入芯片座，以繼續(xù)測試其他功能。將芯片插上后，對各個模塊進行調(diào)試，按鍵是否工作正常，數(shù)碼管是否顯示正常等。編寫相關(guān)部分的測試程序?qū)ζ溥M行測試。各部分硬件檢測無誤后，下載程序進行整體調(diào)試，一切正常后，結(jié)束調(diào)試過程。在具體調(diào)試時首先遇到的問題是程序無法下載進入單片機，通過將電路板接線與原理電路圖接線的對比發(fā)現(xiàn)，串口芯片與單片機連接的輸入，輸出接反，重新用銅線連接后，依然無法下載程序。后找到原因是由于下載串口與設(shè)計封裝不符，用相對應(yīng)的下載線可以下載。成功下載程序后，發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管顯示不正確，查看后發(fā)現(xiàn)有先沒有連接，可能是制板時漏印，連接后顯示正常。5.2性能分析對于計算器的性能，主要的衡量指標(biāo)就在于計算的精度，本次制作的計算器性能情況如下：加法運算：四位加法運算，和值不超過9999，若超過上限，則顯示錯誤提示E，蜂鳴器報警提示。減法運算：四位減法運算，若結(jié)果為負，對其取絕對值。乘法運算：積不超過9999的乘法運算，若超出上限，顯示錯誤提示E，蜂鳴器報警提示。除法運算：整數(shù)除法，既計算結(jié)果為整數(shù)，若除數(shù)為零，則顯示錯誤提示E，蜂鳴器報警提示。通過對實際性能的分析，可以得到本次設(shè)計滿足設(shè)計的要求。六、心得體會通過本次課程設(shè)計我真正的自己完成了對給定要求系統(tǒng)的硬件設(shè)計、電路設(shè)計、電路板設(shè)計、軟件設(shè)計以及對成品的調(diào)試過程。從整個過程中學(xué)習(xí)到了很多方面的知識，了解到以往學(xué)習(xí)中自己知識在某方面的不足之處，是對以往學(xué)習(xí)科目的一種貫穿和承接，從而能更好的認識和學(xué)習(xí)，也對將來從事工作大有裨益。從本次課設(shè)中我也看到了自身的很多不足之處，對知識的掌握不夠扎實，有一知半解的現(xiàn)象。有時做事不夠穩(wěn)定，過于毛躁，不能平心靜氣的去分析所遇到的問題和錯誤。這在以后的工作和生活中是不可取的，通過對自身問題的認識與改正相信再遇到同樣問題時會更好的解決。以后的設(shè)計實驗也會更好的完成。參考文獻[1]徐維祥、劉旭敏.單片微型機原理及應(yīng)用.大連：大連理工大學(xué)出版社，1996[2]李光飛、樓然苗、胡佳文、謝象佐.單片機課程設(shè)計與實例指導(dǎo).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004[3]余永權(quán).89系列FLASH單片機原理及應(yīng)用.北京:電子工業(yè)出版社,2002[4]李群芳,黃建.單片機微型計算機與接口技術(shù).北京:電子工業(yè)出版社,2001[5]樓然苗、李光飛.51系列單片機設(shè)計實例.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2003附錄1系統(tǒng)硬件電路圖附錄2程序清單#include<reg52.h>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharsbitdula=P2^6;sbitwela=P2^7;sbitkey1=P3^4;ucharcodetable[]={0xff,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xc0,0x86};uchardat[]={10,0,0,0,0};uchars[],a[];ucharnum,temp,num1,rdat,add,subb,mul,div;unsignedlongintresult;voidleft(ucharrx,uchardate);ucharkeyscan();voidequ();voiddelay(uintz){ uintx,y; for(x=z;x>0;x--) for(y=110;y>0;y--);}voiddisplay();voidmain(){ num=0; while(1) { display(); }}voiddisplay(){ ucharaa; keyscan(); P2=0x07; aa=dat[0]; P0=table[aa]; P2=0x27; delay(3); P2=0x0b; aa=dat[1]; P0=table[aa]; P2=0x2b; delay(3); P2=0x0d; aa=dat[2]; P0=table[aa]; P2=0x2d; delay(3); P2=0x0e; aa=dat[3]; P0=table[aa]; P2=0x2e; delay(3); }ucharkeyscan(){ inti; P1=0xfe; temp=P1; temp=temp&0xf0; while(temp!=0xf0) { delay(5); temp=P1; temp=temp&0xf0; while(temp!=0xf0) { temp=P1; switch(temp) { case0xee:{rdat++;num=1;left(rdat,num);} break; case0xde:{rdat++;num=2;left(rdat,num);} break; case0xbe:{rdat++;num=3;left(rdat,num);} break; case0x7e:{rdat++;num=4;left(rdat,num);} break; } while(temp!=0xf0) { temp=P1; temp=temp&0xf0; } } } P1=0xfd; temp=P1; temp=temp&0xf0; while(temp!=0xf0) { delay(5); temp=P1; temp=temp&0xf0; while(temp!=0xf0) { temp=P1; switch(temp) { case0xed:{rdat++;num=5;left(rdat,num);} break; case0xdd:{rdat++;num=6;left(rdat,num);} break; case0xbd:{rdat++;num=7;left(rdat,num);} break; case0x7d:{rdat++;num=8;left(rdat,num);} break; } while(temp!=0xf0) { temp=P1; temp=temp&0xf0; } } } P1=0xfb; temp=P1; temp=temp&0xf0; while(temp!=0xf0) { delay(5); temp=P1; temp=temp&0xf0; while(temp!=0xf0) { temp=P1; switch(temp) { case0xeb:{rdat++;num=9;left(rdat,num);} break; case0xdb:{rdat++;num=10;left(rdat,num);} break; case0xbb:{equ();} break; case0x7b:{rdat=0;add=0;subb=0;mul=0;div=0; result=0; dat[0]=10;dat[1]=dat[2]=dat[3]=0; } break; } while(temp!=0xf0) { temp=P1; temp=temp&0xf0; } } } P1=0xf7; temp=P1; temp=temp&0xf0; while(temp!=0xf0) { delay(5); temp=P1; temp=temp&0xf0; while(temp!=0xf0) { temp=P1; switch(temp) { case0xe7:{rdat=0;add=1;subb=0; mul=0;div=0; for(i=0;i<5;i++){ if(dat[i]==10) {dat[i]=0;} } result=dat[0]+10*dat[1]+100*dat[2]+1000*dat[3]; dat[0]=10;dat[1]=dat[2]=dat[3]=0; } break; case0xd7:{rdat=0;add=0;subb=1; mul=0;div=0; for(i=0;i<5;i++){ if(dat[i]==10) {dat[i]=0;} } result=dat[0]+10*dat[1]+100*dat[2]+1000*dat[3]; dat[0]=10;dat[1]=dat[2]=dat[3]=0; } break; case0xb7:{rdat=0;add=0;subb=0; mul=1;div=0; for(i=0;i<5;i++){ if(dat[i]==10) {dat[i]=0;} } result=dat[0]+10*dat[1]+100*dat[2]+1000*dat[3]; dat[0]=10;dat[1]=dat[2]=dat[3]=0; } break; case0x77:{rdat=0;add=0;subb=0; mul=0;div=1; for(i=0;i<5;i++){ if(dat[i]==10) {dat[i]=0;} } result=dat[0]+10*dat[1]+100*dat[2]+1000*dat[3]; dat[0]=10;dat[1]=dat[2]=dat[3]=0; } break; } while(temp!=0xf0) { temp=P1; temp=temp&0xf0;