单片机十进制加法计算器设计资料文档格式.docx
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5、2proteus的操作.............................（10）
6、总结.........................................（11）
7、参考文献......................................（11）
附录1程序.......................................（12）
附录2系统硬件电路图..............................（18）
1、设计任务和要求
1.1设计要求
本次课程设计，我选择的课题是单片机十进制加法计算器软硬件设计，设计任务为：
设计一键盘显示装置，键盘上除需定义10个十进制数字键外还要相应的功能键，其它键不定义无响应。
利用此系统可分别可输入十进制被加数与加数，实现两数相加并将结果以十进制形式显示出来。
1.2性能指标
本课程设计的十进制加法计算器的计算范围为0~255，计算结果全为整数，计算结果溢出结果不显示。
1、加法：
三位加法，计算结果超过255溢出不显示
2、减法：
三位减法，计算结果若小于零溢出不显示
3、乘法：
三位数乘法
4、除法：
整数除法
5、有清零功能
1.3设计方案的确定
按照1.1的设计要求，本课题需要使用数码管显示和扩展4*4键盘，由于AT89C51芯片的I口不够多，而且为了硬件电路设计的简单化，故选择串行动态显示和用P1口扩展4*4键盘，扩展的4*4键盘定义十个数字键，六个功能键，使用串行动态显示显示运算结果。
主程序进行初始化，采用行列扫描进行查表得出键值，每次按键后调用显示子程序。
二、单片机简要原理
在该课程设计中，主要用到一个AT89C51芯片和串接的共阴数码管。
作为该设计的主要部分，下面将对它们的原理及功能做详细介绍和说明。
2.1AT89C51的介绍：
图1AT89C51外形结构和引脚分布图
芯片AT89C51的外形结构和引脚图如图一所示。
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
2.2单片机最小系统
单片机最小系统就是支持主芯片正常工作的最小部分，包括主控芯片、复位电路和晶振电路。
（一）复位电路
图2复位电路
本设计采用上电与手动复位电路，电阻分别选取100和10K，电容选取10uF，系统一上电，芯片就复位，或者中途按按键也可以进行复位。
（2）晶振电路
图3晶振电路
晶振电路是单片机的心脏，它用于产生单片机工作所需要的时钟信号。
单片机的晶振选取11.0592MHz，晶振旁电容选取30pF。
三、硬件设计
简易数字计算器系统硬件设计主要包括：
键盘电路，显示电路以及其他辅助电路。
下面分别进行设计。
3.1键盘电路的设计
键盘可分为两类：
编码键盘和非编码键盘。
编码键盘是较多按键（20个以上）和专用驱动芯片的组合，当按下某个按键时，它能够处理按键抖动、连击等问题，直接输出按键的编码，无需系统软件干预。
通用计算机使用的标准键盘就是编码键盘。
当系统功能比较复杂，按键数量很多时，采用编码键盘可以简化软件设计。
但大多数智能仪器和电子产品的按键数目都不太多（20个以内），为了降低成本和简化电路通常采用非编码键盘。
非编码键盘的接口电路有设计者根据需要自行决定，按键信息通过接口软件来获取。
本课题需要的是16个按键，故选择用非编码键盘。
计算器输入数字和其他功能按键要用到很多按键，如果采用独立按键的方式，在这种情况下，编程会很简单，但是会占用大量的I/O口资源，因此在很多情况下都不采用这种方式，而是采用矩阵键盘的方案。
矩阵键盘采用四条I/O线作为行线，四条I/O线作为列线组成键盘，在行线和列线的每个交叉点上设置一个按键。
这样键盘上按键的个数就为4×
4个。
这种行列式键盘结构能有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。
矩阵键盘的工作原理：
计算器的键盘布局如图五所示：
一般有16个键组成，在单片机中正好可以用一个P口实现16个按键功能，这种形式在单片机系统中也最常用。
具体电路连接如图五所示：
图54*4键盘接口电路
3.2显示电路的设计
当系统需要显示少量数据时，采用LED数码管进行显示是一种经济实用的方法。
数码管显示有静态显示和动态显示两种方法。
为了减少端口的使用，故选择动态显示。
电路如下图六所示：
图6三位数码管的显示电路
四、软件设计
在十进制加法计算器的软件规划要求下，简易计算器的程序主要包括以下功能模块：
（1）
主模块，为系统的初始化。
（2）
显示与读键模块，分为判键程序段、运算操作子程序、显示子程序等部分；
4.1系统设计
（一）系统模块图
图六系统模块图
此系统包括输入、运算和显示模块，由单片机控制。
其中通过输入键盘模块将数字0~9和运算符号“+”、“-”、“*”、“/”输入单片机进行运算；
运算模块分别根据输入的运算符进行加减乘除运算；
显示模块将运算后的数值通过动态扫描使之在数码管上输出。
（2）系统总流程图
主程序主要是用来进行初始化的，调用其他子程序，清空各个标志位，清空缓存区，读取键码，判断功能，在LED上作出回应，主程序流程图如图六所示。
（1）数字送显示缓冲程序设计
简易计算器所显示的数值最大位三位。
要显示数值，先判断数值大小和位数，如果是超过三位或大于255，将不显示数字。
可重新输入数字，再次计算。
（2）运算程序的设计
首先初始化参数，送LED三位显示“0”，其它位不显示。
然后扫描键盘看是否有键输入，若有，读取键码。
判断键码是数字键、清零键还是功能键，是数值键则送LED显示并保存数值，是清零键则做清零处理，是功能键则又判断是“=”还是运算键，若是“=”则计算最后结果并送LED显示，若是运算键则保存相对运算程序的首地址。
否
是功能键
是
是数字键
是清零键
图7主程序流程图
4.2显示与按键设计
（1）LED显示程序设计
LED显示器由七段发光二极管组成，排列成8字形状，因此也称为七段LED显示器。
为了显示数字或符号，要为LED显示器提供代码，即字形代码。
七段发光二极管，再加上一个小数点位，共计8段，因此提供的字形代码的长度正好是一个字节。
简易计算器用到的数字0~9的共阳极字形代码如下表：
显示字型
g
f
e
d
c
b
a
段码
1
0c0h
0f9h
2
0a4h
3
0b0h
4
99h
5
92h
6
82h
7
0f8h
8
80h
9
90h
表1共阳极数码管段码对照表
（2）读键子程序设计
为了实现键盘的数据输入功能和命令处理功能，每个键都有其处理子程序，为此每个键都对应一个码——键码。
为了得到被按键的键码，现使用行扫描法识别按键。
其程序框图如图八：
读键程序使用的是反转法读键，不管键盘矩阵的规模大小，均进行两次读键。
第一次所有列线均输出低电平，从所有读入键盘信息（行信息）；
第二次所有行线均输出低电平，从所有行线读入键盘信息（列信息）。
将两次读键信息进行组合就可以得到按键的特征编码，然后通过查表得到按键的顺序编码。
将各特征编码按希望的顺序排成一张表，然后用当前读得的特征码来查表。
当表中有该特征码时，它的位置就是对应的顺序编码；
当表中没有该特征码时，说明这是一个没有定义的键码，与没有按键（0FFH）同等看待。
否
图8计算键值子程序流程图
五、调试与仿真
下面用KEILuVision3与proteus仿真软件介绍十进制加法计算器的仿真与调试。
5.1KeilC51单片机软件开发系统
（一）系统的整体结构
C51工具包的整体结构中，其中uVision是C51forWindows的集成开发环境（IDE），可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。
开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。
然后分别由C51编译器编译生成目标文件（.OBJ）。
目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件（.ABS）。
ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件，以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如EPROM中。
（二）采用KEIL开发的89c51单片机应用程序步骤：
1.在uVision集成开发环境中创建新项目（Project），扩展文件名为.UV2,并为该项目选定合适的单片
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