4位加法器单片机课程设计文档格式.docx
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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。
（扩展:
多位10进制数相加）
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：
图一AT89C51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
图二复位电路
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
图三晶振电路
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。
2.3七段共阳极数码管
图四七段共阳数码管
图为七段共阳数码管的引脚图，从左到右数码管的段码分别为a,b,c,d,e,f,g和小数点dp，低电平时点亮，最右边为位选端。
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：
图五4*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：
图六三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。
图七主程序流程图
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
表一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。
图八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机CPU器件（本设计采用ATMEL公司下的AT89C51）
2.用uVision的文本编辑器编写源文件，可以是汇编文件（.ASM）,也可以使C语言文件（扩展名.C），并将该文件添加到项目中去。
一个项目文件可以包含多个文件，除了源程序文件外，还可以是库文件、头文件或文本说明文件。
3.通过uVision3的相关选择项，配置编译环境、连接定位器以及Debug调试器的功能。
4.对项目中的源文件进行编译连接，生成绝对目标代码和可选的HEX文件，如果出现编译连接错误则返回到第2步，修改源文件中的错误后重构整个项目。
5.对没有语法错误的程序进行仿真调试，调试成功后将HEX文件写入到单片机应用系统的ROM中。
5.2proteus的操作
（一）硬件电路图的接法操作
1.放置选择（删除）元器件
2.移动元器件
3.缩放视图
4.连接导线
5.仿真，调试
（二）单片机系统PROTEUS设计与仿真过程
Proteus强大的单片机系统设计与仿真功能，使它可成为单片机系统应用开发和改进手段之一。
全部过程都是在计算机上通过Proteus来完成的。
其过程一般也可分为三步：
1.在ISIS平台上进行单片机系统电路设计、选择元器件、接插件、连接电路和电气检测等，简称Proteus电路设计。
2.在Keil平台上进行单片机系统程序设计、编辑、汇编编译、代码级调试，最后生成目标代码文件（*.hex）。
简称Proteus源程序设计和生成目标代码文件。
3.在ISIS平台上将目标代码文件加载到单片机系统中，并实现单片机系统的实时交互、协同仿真。
它在相当程度上反映了实际单片机系统的运行情况。
简称Proteus仿真。
（三）Proteus中课程设计的仿真结果
在Proteus中将硬件电路全部接好以后，将Keil中生成的.hex文件导入到单片机中，点击开始仿真按钮，电路开始仿真。
可以观察到：
数码管显示“000”；
分别依次按下按键“5”、“+”、“6”和“=”，可以看到数码管显示“11”；
也可以分别调试其它功能键，结果发现调试结果与预期的理论值相吻合，即本次课设已成功。
总的仿真原理电路图见附录1图九。
6、心得体会
为期一周的单片机课程设计终于结束了，通过紧张的工作，完成了我们的设计任务-十进制加法计算器。
总的来说，这次课程设计是比较成功的。
当然，这其中也经历了许多坎坷，但是在我的坚持不懈下，在老师的细心指导下，在同学们的热情帮助下，最终克服了种种困难，取得了成功。
刚开始接到这个计算器的课程设计任务时，因为以前做过类似的题目，于是在脑海中初步构建了编写程序的一些控制程序。
但是由于缺乏编写大量程序的经验，不能如行云流水般的将全部的各部分代码写出，于是去网上查找相关资料，了解计算器的输入控制原理、运算处理以及显示的原理。
了解之后自己尝试编写程序，在此过程中，其中键盘扫描和动态扫描显示扫描程序困扰了我很久，经过三四天的辛苦工作，终于初步把所需要的程序编好了，于是就用Keiluversion3进行仿真，在仿真期间也发现了许多错误，基本上都是平日容易犯的错误，比如忘记了子程序标号、死循环程序、标点符号的漏写等。
经过反复的编译差错，仿真编译通过后，于是开始在Proteus中连硬件电路，全部接完电路之后将Keil生成的.Hex文件导入进行仿真，发现软件与硬件不能够对应协调工作，于是分别对软件和硬件进行检查，经过反复的仿真调试，并且在同学的帮助和自己对每个子程序进行仿真观察下，终于在课设快结束时成功的调试出结果了。
这就是我这一周课设的经过，看似简单，过程却曲折艰辛。
通过这次课程设计，我进一步加深了对电子自动控制的了解。
并进一步熟练了对Keil和Proteus软件的操作。
在编写程序的过程中，遇到了很多问题，使我发现自己以前学习上存在的不足，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，对单片机汇编语言掌握得不够好。
通过与同学探讨和请教老师，终于把问题都解决了，并加深了对计算器工作的原理的了解。
同时也掌握了做课程设计的一般流程，为以后的设计积累了一定的经验。
做课程设计时，先查阅相关知识，把原理吃透，确定一个大的设计方向，在按照这个方向分模块的把要实现的功能用流程图的形式展示。
学会了怎么样去制定计划，怎么样去实现这个计划，并掌握了在执行过程中怎么样去克服心理上的不良情绪。
总之，通过这次的设计，进一步了解了单片微型计算机及应用原理，收获很大，对软件编程、排错调试、查阅资料等方面得到较全面的锻炼和提高。
同时通过本次课程设计的学习，掌握了一种系统的研究方法，可以进行一些简单的编程，我还深深的体会到设计课的重要性和目的性所在。
为了完成项目，在网络上找到了许多相关的资料，大大扩充自己的知识面，使许多以前想解决却无法解决的困难迎刃而解。
将书本上的理论知识和实际有机地结合起来，从理论中得出结论。
锻炼了实际分析问题和解决问题的能力，提高了适应实际的能力，为今后的学习和实践打下了良好的基础。
此次课设还巩固和综合运用所学过的原理知识，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
参考文献
[1]
周航慈.单片机应用程序设计技术（修订版）.北京航空大学出版社
[2]张志良.单片机原理与控制技术.第2版.机械工业出版社
[3]康华光.电子技术基础（第5版）.高等教育出版社出版，2006
[4]蒋力培.单片微机系统实用教程（第1版）.机械工业出版社
[5]姜志海、刘连鑫.单片微型计算机原理及应用.电子工业出版社，2011
附录1系统硬件电路图
图九总电路原理图
附录2程序清单
YJEQU50H;
结果存放
YJ1EQU51H;
中间结果存放
GONGEQU52H;
功能键存放
ORG00H
START:
MOVR3,#0;
初始化显示为空
MOVGONG,#0
MOV32H,#00H
MOV33H,#00H
MOV34H,#00H
MLOOP:
CALLDISP;
调显示子程序
WAIT:
CALLTESTKEY;
判断有无按键
JZWAIT
CALLGETKEY;
读键
INCR3;
按键个数
CJNEA,#0,NEXT1;
判断是否数字键
LJMPE1;
转数字键处理
NEXT1:
CJNEA,#1,NEXT2
LJMPE1
NEXT2:
CJNEA,#2,NEXT3
NEXT3:
CJNEA,#3,NEXT4
NEXT4:
CJNEA,#4,NEXT5
NEXT5:
CJNEA,#5,NEXT6
NEXT6:
CJNEA,#6,NEXT7
NEXT7:
CJNEA,#7,NEXT8
NEXT8:
CJNEA,#8,NEXT9
NEXT9:
CJNEA,#9,NEXT10
NEXT10:
CJNEA,#10,NEXT11;
判断是否功能键
LJMPE2;
转功能键处理
NEXT11:
CJNEA,#11,NEXT12
LJMPE2
NEXT12:
CJNEA,#12,NEXT13
LJMPE2
NEXT13:
CJNEA,#13,NEXT14
NEXT14:
CJNEA,#14,NEXT15
NEXT15:
LJMPE3;
判断是否清除键
E1:
CJNER3,#1,N1;
判断第几次按键
LJMPE11;
为第一个数字
N1:
CJNER3,#2,N2
LJMPE12;
为第二个数字
N2:
CJNER3,#3,N3
LJMPE13;
为第三个数字
N3:
LJMPE3;
第四个数字转溢出
E11:
MOVR4,A;
输入值暂存R4
MOV34H,A;
输入值送显示缓存
LJMPMLOOP;
等待再次输入
E12:
MOVR7,A;
个位数暂存R7
MOVB,#10
MOVA,R4
MULAB;
十位数
ADDA,R7
MOVR4,A;
输入值存R4
MOV32H,#00H;
MOV33H,34H
MOV34H,R7
LJMPMLOOP
E13:
MOVR7,A
MULAB
JBOV,E3;
输入溢出
JBCY,E3;
MOVR4,A
MOV32H,33H;
E3:
MOVR3,#0;
按键次数清零
MOVR4,#0;
输入值清零
MOVYJ,#0;
计算结果清零
MOVGONG,#0;
功能键设为零
显示清空
E2:
MOVR0,GONG;
与上次功能键交换
MOVGONG,A
MOVA,R0
CJNEA,#10,N21;
判断功能键
LJMPJIA;
"
＋"
N21:
CJNEA,#11,N22
LJMPJIAN;
－"
N22:
CJNEA,#12,N23
LJMPCHENG;
*"
N23:
CJNEA,#13,N24
LJMPCHU;
/"
N24:
CJNEA,#0,N25
LJMPFIRST;
首次按功能键
N25:
LJMPDEN;
="
N4:
LJMPE3
FIRST:
MOVYJ,R4;
输入值送结果
LJMPDISP1;
结果处理
JIA:
MOVA,YJ;
上次结果送累加器
ADDA,R4;
上次结果加输入值
JBCY,N4;
溢出
MOVYJ,A;
存本次结果
MOVR3,#0;
LJMPDISP1
JIAN:
MOVA,YJ
SUBBA,R4;
升级会员 