單片機(jī)課程設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易計(jì)算器

1、信息與通信工程學(xué)院信息與通信工程學(xué)院 簡(jiǎn)易計(jì)算器簡(jiǎn)易計(jì)算器 學(xué) 院（系）： 信息與通信工程 專 業(yè)： 電子信息工程 學(xué) 生 姓 名： 丁璞 楊一雄 學(xué) 號(hào)： 指 導(dǎo) 教 師： 劉忠富 完 成 日 期： 大連民族學(xué)院 目 錄 一、設(shè)計(jì)任務(wù)和性能指標(biāo).2 1.1 設(shè)計(jì)任務(wù).2 1.2 性能指標(biāo).2 二.設(shè)計(jì)方案.2 三.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).3 3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng).3 3.2 鍵盤接口電路.3 3.3 數(shù)碼管顯示電路.4 3.4 錯(cuò)誤報(bào)警電路.5 四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).6 4.1 鍵盤掃描子程序設(shè)計(jì).6 4.2 移位子程序及結(jié)果計(jì)算子程序設(shè)計(jì).10 4.3 顯示子程序設(shè)計(jì).12 4.4 主程序設(shè)計(jì).13

2、五、調(diào)試及性能分析.13 5.1 調(diào)試步驟.13 5.2 性能分析.14 六、心得體會(huì).14 參考文獻(xiàn).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(jì)任務(wù)和性能指標(biāo)一、設(shè)計(jì)任務(wù)和性能指標(biāo) 1.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 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 利用單片 機(jī)及外圍接口電路(鍵盤接口和顯示接口電路)設(shè)計(jì)制作一個(gè)計(jì)算器，用 LED 顯示計(jì)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)所要求的 功能），序清單（要求思路清晰，盡量簡(jiǎn)潔，主程序和子程序分開，使程序有較強(qiáng)的 可讀性）。 1.2 性能指標(biāo) 1. 加

3、法：四位加法，計(jì)算結(jié)果若超過四位則顯示計(jì)算錯(cuò)誤 2. 減法：四位減法，計(jì)算結(jié)果若小于零則顯示計(jì)算錯(cuò)誤 3. 乘法：個(gè)位數(shù)乘法 4. 除法：整數(shù)除法 5. 有清零功能，計(jì)算錯(cuò)誤報(bào)警 二二.方案總體設(shè)計(jì)方案總體設(shè)計(jì) 按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能的要求，初步確定設(shè)計(jì)系統(tǒng)由主控模塊、顯示模塊、錯(cuò)誤報(bào) 警模塊、鍵掃描接口電路共四個(gè)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(jī)，采用高性能的靜態(tài) 80C51 設(shè)計(jì)，由先進(jìn)工藝制造，并 帶有非易失性 Flash 程序存儲(chǔ)器。它是一種高性能、低功耗的 8 位 COMS 微處理芯片， 市場(chǎng)應(yīng)用最多。 鍵盤電路采用 4*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(cuò)誤報(bào)警電路采用 5V 蜂鳴器。 系統(tǒng)選用以 STC89C51 單片機(jī)為主控機(jī)。通過擴(kuò)展必要的外圍接口電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì) 算器的設(shè)計(jì)。 復(fù)位電路 晶振 圖 2.1 基本 結(jié)構(gòu) 三三.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)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(jià)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 10

5、0 和 10K，電容選取 10F。 以下為單片機(jī)最小系統(tǒng)硬件電路圖。 44 矩陣 鍵盤 單 片 機(jī) 顯示電路 圖 3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng) 3.2 鍵盤接口電路 計(jì)算器所需按鍵有： 數(shù)字鍵：1,2,3,4,5,6,7,8,9,0 功能鍵：+, - , *, / , = , C( 清零) 共計(jì) 16 個(gè)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(gè)公共端分別接 P1.0P1.7，這樣掃描 P1 口就可以完成對(duì)矩陣鍵盤的掃描， 通過對(duì) 16 個(gè)按鍵進(jìn)行編碼，從而得到鍵盤的口地址，對(duì)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(gè)鍵按下，從而完成鍵盤的

6、功能。 以下為鍵盤接口電路的硬件電路圖 圖 3.2 矩陣鍵盤內(nèi)部電路 3.3 LCD 顯示模塊： 本設(shè)計(jì)采用 LCD 液晶顯示器來顯示輸出數(shù)據(jù)通過 D0-D7 引腳向 LCD 寫指令字或 寫數(shù)據(jù)以使 LCD 實(shí)現(xiàn)不同的功能或顯示相應(yīng)數(shù)據(jù) 在與單片機(jī)最小系統(tǒng)連接時(shí)，采用并行連接方式，此方式的特點(diǎn)是傳輸速度快。 并行接口的輸入由 p0.0-p0.7 進(jìn)行控制，傳輸信息。 LCD 顯示使用了兩片極化材料，在它們之間是液體水晶溶液。電流通過該液體時(shí) 會(huì)使水晶重新排列，以使光線無法透過它們。因此，每個(gè)水晶就像百葉窗，既能允許 光線穿過又能擋住光線。 LCD 也就顯示具有直角顯示、低耗電量、體積小、還是零

7、輻射等優(yōu)點(diǎn)。 圖 3.3 LCD 顯示電路 3.4 錯(cuò)誤報(bào)警電路 錯(cuò)誤報(bào)警電路就是在計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)或輸入數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，發(fā)出聲音警報(bào)， 提示使用者錯(cuò)誤出現(xiàn)。 這里就采用 5V 蜂鳴器作為報(bào)警設(shè)備，利用 PNP 三極管對(duì)蜂鳴器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，有 P2.2 對(duì)其進(jìn)行控制，這樣在出現(xiàn)錯(cuò)誤的同時(shí)用 P2.2 輸出低，就可以使蜂鳴器工作，完 成報(bào)警任務(wù)。 在編寫程序時(shí)，報(bào)警電路實(shí)現(xiàn)的功能是：當(dāng)計(jì)算正常時(shí)使 p2.2 口輸出高電平時(shí)， 蜂鳴器不會(huì)響應(yīng)。當(dāng)計(jì)算出現(xiàn)錯(cuò)誤（例如 0 作為被除數(shù)時(shí)）此時(shí)給 p2.2 輸出低電平， 使蜂鳴器響應(yīng)，達(dá)到報(bào)警功能。 以下為報(bào)警電路硬件電路圖 圖 3.4 報(bào)警電路 四系統(tǒng)軟

8、件設(shè)計(jì)四系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 首先初始化參數(shù)；然后掃描鍵盤看是否有鍵輸入，若有，讀取鍵碼；判斷鍵碼是 數(shù)字鍵、清零鍵還是功能鍵（“+”“-”“*”“/”“=”），是數(shù)值鍵則送數(shù)碼管顯 示并保存數(shù)值，是清零鍵則做清零處理，是功能鍵則又判斷是“=”還是運(yùn)算鍵，若是 “=”則計(jì)算最后結(jié)果并送數(shù)碼管顯示，若是其它功能鍵則不顯示。(其中里面包含了 延時(shí)去抖動(dòng)程序)。 開始 初始化 清零鍵和功 能鍵 輸入 是否是數(shù)字鍵？ 是 否 圖 4.1 程序流程圖 4.1 鍵盤掃描子程序設(shè)計(jì) 要進(jìn)行數(shù)據(jù)的計(jì)算就必須先進(jìn)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(duì)鍵盤進(jìn)行掃描，從而確定究竟是哪個(gè)鍵按下。 是否是

9、運(yùn)算鍵？ 清零鍵 數(shù)碼管不顯示 數(shù)碼管顯示數(shù)字 計(jì)算 數(shù)碼管顯示結(jié)果 數(shù)字鍵 是 否否 對(duì)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(duì)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(gè)按鍵按下。如對(duì)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(huì)由 0 xfe 變?yōu)槠渌?，再由這個(gè)值來確定是哪個(gè)鍵按下。 以下為鍵盤掃描子程序的程序清單。 void keyscan() /矩陣鍵盤 P3=0 xfe; temp=P3; temp=temp if(temp!=0 xf0) Delay

10、_1ms(10); temp=P3; temp=temp if(temp!=0 xf0) temp=P3; switch(temp) case 0 xee: key=1; break; case 0 xde: key=2; break; case 0 xbe: key=3; break; case 0 x7e: key=15; break; while(temp!=0 xf0) temp=P3; temp=temp if(key=1 i+; ssb=key; b+; Delay_1ms(300); if(key=13) L1602_string(1,i+,-); e=-; A=f(ss,b);

11、 b=0; P3=0XF7; temp=P3; temp=temp if(temp!=0 xf0) Delay_1ms(10); temp=P3; temp=temp if(temp!=0 xf0) temp=P3; switch(temp) case 0 xe7: key=10; break; case 0 xd7: key=0; break; case 0 xb7: key=11; break; case 0 x77: key=12; break; while(temp!=0 xf0) temp=P3; temp=temp if(key=12) L1602_string(1,i+,+);

12、e=+; A=f(ss,b); b=0; if(key=11) L1602_string(1,i+,=); e=; A=f(ss,b); b=0; if(key=11) /= H=f(ss,b); b=0; switch(e) case +: result=A+H; break; case -: result=A-H; break; case *: result=A*H; break; case /: result=A/H; break; default: result=H; L1602_string(1,i+,=); show(result); if(key=10) /清零 wcmd(0 x

13、01); wcmd(0 x80); b=0; i=1; k=1; if(key=0) L1602_char(1,i,key + 48); i+; ssb=key; b+; Delay_1ms(300); 4.2 移位子程序及結(jié)果計(jì)算子程序設(shè)計(jì) 輸入數(shù)據(jù)要存儲(chǔ)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(shí)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(duì)于結(jié)果計(jì)算子程序，包含加、減、乘、除四種運(yùn)算。以加法運(yùn)算為例，各種運(yùn) 算各有其標(biāo)志位來代表計(jì)算類型，當(dāng)加法標(biāo)志位 add=1 是，就將輸入的兩個(gè)數(shù)據(jù)按照 加法進(jìn)行計(jì)算。 首先將

14、數(shù)組內(nèi)的數(shù)按照對(duì)應(yīng)的位關(guān)系，將其轉(zhuǎn)化為一個(gè)十進(jìn)制數(shù)，這樣我們就得到了 加速和被加數(shù)這樣倆個(gè)十進(jìn)制數(shù)，從而我們就可以簡(jiǎn)單的將兩個(gè)數(shù)進(jìn)行相加，結(jié)果就 是我們所求的數(shù)值。但這個(gè)數(shù)值不能直接顯示到數(shù)碼管上，我們還要對(duì)其進(jìn)行處理， 使其變?yōu)閷?duì)應(yīng)進(jìn)位的四個(gè)數(shù)存入數(shù)組內(nèi)，以便顯示。既通過對(duì)結(jié)果數(shù)值分別除以 1000、100、10 和對(duì) 10 取余，得到我們想要的四個(gè)數(shù)，送顯示子程序顯示。其余減、 乘、除的計(jì)算方法與加法的計(jì)算方法一樣，這里不再累述。 以下為移位子程序和結(jié)果計(jì)算子程序的程序清單。 uint exp(uint m) /位數(shù)函數(shù) uint n=1; while(m) n=n*10; -m; ret

15、urn n; uint f(uint g,uint d)/結(jié)果函數(shù) uint m=0,i,j; for (i=0;i10) z=z/10; n+; return n; void show(uint h) /顯示得數(shù)函數(shù) uint n,i,dat; n=length(h); for(i=n;i0;-i) dat=h/(exp(i-1); L1602_char(2,k+,dat + 48); h=h%(exp(i-1); 4.3 顯示子程序設(shè)計(jì) 從始至終無論是輸入的計(jì)算數(shù)據(jù)，還是計(jì)算后的結(jié)果值。都存儲(chǔ)在同一數(shù)組 dat 中，這樣我們只要在顯示時(shí)一直調(diào)用 dat 中的值，就能正確的顯示數(shù)據(jù)。 以下為

16、顯示子程序的程序清單。 void show(uint h) /顯示得數(shù)函數(shù) uint n,i,dat; n=length(h); for(i=n;i0;-i) dat=h/(exp(i-1); L1602_char(2,k+,dat + 48); h=h%(exp(i-1); 4.4 主程序設(shè)計(jì) 主程序既把以上各子程序串連成一個(gè)整體，使整個(gè)程序循環(huán)運(yùn)行。而在以上程序中 也已經(jīng)加入了個(gè)程序之間的連接點(diǎn)，首先進(jìn)入程序后就立即進(jìn)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(huì)跳轉(zhuǎn)到移位子程序和結(jié)果計(jì)算子 程序進(jìn)行相應(yīng)的處理。通過計(jì)算或移位后，數(shù)組內(nèi)的值發(fā)生改變，顯示的值也會(huì)同時(shí)

17、發(fā)生改變。之后再進(jìn)行鍵盤掃描，如此反復(fù)運(yùn)行，就構(gòu)成了程序的整體。 以下為主程序清單。 void main() /主函數(shù) L1602_init(); while(1) keyscan(); 整體程序清單見附錄二。 五、調(diào)試及性能分析五、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(yàn)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(cè)量個(gè)芯片座對(duì)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(cè)試其他功能。 將芯片插上后，對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)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(cè)試程序?qū)ζ溥M(jìn)行

18、測(cè)試。 各部分硬件檢測(cè)無誤后，下載程序進(jìn)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(shí)首先遇到的問題是程序無法下載進(jìn)入單片機(jī)，通過將電路板接線與 原理電路圖接線的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，串口芯片與單片機(jī)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(jì)封裝不符，用相對(duì)應(yīng) 的下載線可以下載。 成功下載程序后，發(fā)現(xiàn) LCD 顯示不正確，查看后發(fā)現(xiàn)有先沒有連接，可能是制板 時(shí)漏印，連接后顯示正常。 5.2 性能分析 對(duì)于計(jì)算器的性能，主要的衡量指標(biāo)就在于計(jì)算的精度，本次制作的計(jì)算器性能情 況如下： 加法運(yùn)算：四位加法運(yùn)算，和值不超過 9999，若超過上限，則顯示錯(cuò)誤提

19、示 E， 蜂鳴器報(bào)警提示。 減法運(yùn)算：四位減法運(yùn)算，若結(jié)果為負(fù)，對(duì)其取絕對(duì)值。 乘法運(yùn)算：積不超過 9999 的乘法運(yùn)算，若超出上限，顯示錯(cuò)誤提示 E，蜂鳴器報(bào) 警提示。 除法運(yùn)算：整數(shù)除法，既計(jì)算結(jié)果為整數(shù)，若除數(shù)為零，則顯示錯(cuò)誤提示 E，蜂 鳴器報(bào)警提示。 通過對(duì)實(shí)際性能的分析，可以得到本次設(shè)計(jì)滿足設(shè)計(jì)的要求。 六、心得體會(huì)六、心得體會(huì) 通過本次課程設(shè)計(jì)我真正的自己完成了對(duì)給定要求系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)、 電路板設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)以及對(duì)成品的調(diào)試過程。從整個(gè)過程中學(xué)習(xí)到了很多方面的知 識(shí)，了解到以往學(xué)習(xí)中自己知識(shí)在某方面的不足之處，是對(duì)以往學(xué)習(xí)科目的一種貫穿 和承接，從而能更好的認(rèn)識(shí)和學(xué)習(xí)，

20、也對(duì)將來從事工作大有裨益。 在試驗(yàn)過程中，充分的讓理論和實(shí)踐進(jìn)行了結(jié)合。實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)， 確實(shí)只有在實(shí)踐中，才能讓理論知識(shí)得以實(shí)現(xiàn)，這也是工科所期望的成果，在這次試 驗(yàn)里，讓我們更具象的認(rèn)識(shí)理論，對(duì)學(xué)習(xí)有莫大的幫助。 從本次課設(shè)中我也看到了自身的很多不足之處，對(duì)知識(shí)的掌握不夠扎實(shí)，有一知 半解的現(xiàn)象。有時(shí)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(cuò)誤。這在以后的工作和生活中是不可取的，通過對(duì)自身問題的認(rèn)識(shí)與改正相信再遇 到同樣問題時(shí)會(huì)更好的解決。以后的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)也會(huì)更好的完成。 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 1 徐維祥、劉旭敏. 單片微型機(jī)原理及應(yīng)用. 大連：大連理工大學(xué)出版社，

21、1996 2 李光飛、樓然苗、胡佳文、謝象佐. 單片機(jī)課程設(shè)計(jì)與實(shí)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(jī)原理及應(yīng)用. 北京:電子工業(yè)出版社,2002 4 劉巖川、董玉華、劉忠富、韓志敏.單片機(jī)原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京:電子工業(yè)出版社, 2014 附錄附錄 1 系統(tǒng)硬件電路圖系統(tǒng)硬件電路圖 附錄附錄 2 實(shí)物圖實(shí)物圖 附錄附錄 3 程序清單程序清單 #include #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char #define ulong unsigned lo

22、ng uchar code table10 = 0 x03, 0 x9f, 0 x25, 0 x0d, 0 x99, 0 x49, 0 x41, 0 x1f, 0 x01, 0 x09; uchar i=1,j=0; uchar key,temp; uchar e; uint ss8; uint b=0,A,H,result,k=1; sbit E=P23;/1602 使能引腳 sbit RW=P36;/1602 讀寫引腳 sbit RS=P24;/1602 數(shù)據(jù)/命令選擇引腳 void Delay_1ms(uint i)/1ms 延時(shí) uint x,j; for (j=0;ji;j+); f

23、or (x=0;x=148;x+); void delay() _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); bit Busy(void) bit busy_flag = 0; RS = 0; RW = 1; E = 1; delay(); busy_flag = (bit)(P0 E = 0; return busy_flag; void wcmd(uchar del) while(Busy(); RS = 0; RW = 0; E = 0; delay(); P0 = del; delay(); E = 1; delay(); E = 0; vo

24、id wdata(uchar del) while(Busy(); RS = 1; RW = 0; E = 0; delay(); P0 = del; delay(); E = 1; delay(); E = 0; void L1602_init(void) wcmd(0 x38); Delay_1ms(5); wcmd(0 x38); Delay_1ms(5); wcmd(0 x38); Delay_1ms(5); wcmd(0 x38); wcmd(0 x08); wcmd(0 x0c); wcmd(0 x04); wcmd(0 x01); void L1602_char(uchar ha

25、ng,uchar lie,char sign) uchar a; if(hang = 1) a = 0 x80; if(hang = 2) a = 0 xc0; a = a + lie - 1; wcmd(a); wdata(sign); void L1602_string(uchar hang,uchar lie,uchar *p) uchar a,b=0; if(hang = 1) a = 0 x80; if(hang = 2) a = 0 xc0; a = a + lie - 1; while(1) wcmd(a+); b+; if(*p = 0)|(b=16) break; wdata

26、(*p); p+; uint exp(uint m) /位數(shù)函數(shù) uint n=1; while(m) n=n*10; -m; return n; uint f(uint g,uint d)/結(jié)果函數(shù) uint m=0,i,j; for (i=0;i10) z=z/10; n+; return n; void show(uint h) /顯示得數(shù)函數(shù) uint n,i,dat; n=length(h); for(i=n;i0;-i) dat=h/(exp(i-1); L1602_char(2,k+,dat + 48); h=h%(exp(i-1); void keyscan() /矩陣鍵盤 P3=0 xfe; temp=P3; temp=temp if(temp!=0 xf0) Delay_1ms(10); temp=P3; temp=temp if(temp!=0 xf0) temp=P3; switch(temp) case 0 xee: key=1; break; case 0 xde: key=2; break; case 0 xbe: key=3; break; case 0 x7e: key=1