郭焰昌 基于液晶显示的乘法口诀测试仪的设计已打印2Word格式文档下载.docx

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学生姓名：

Ⅰ毕业设计（论文）题目

中文：

基于液晶显示的乘法口诀测试仪的设计

英文：

DesignofMultiplicationTableTesterBasedonLCD

Ⅱ原始资料

[1]宋浩，田丰．单片机原理与应用[M]．清华大学出版社,北京交通大学出版社,2005

[2]韩志军，沈晋源，王振波．单片机入门向导与设计实例[J]．计算机学，2005，10（04）：

2-6

[3]史延龄,李汉军．点阵液晶显示模块在某一检测系统中应用[M]．北京航天航空大学出版社,1998

[4]刘树中，孙书鹰，王春平．单片机和液晶显示驱动器串行接口的实现[J]．微计算机信息，2007,13（02）：

10-20

[5]黄惠媛，李润国．单片机---原理与接口技术[M]海军出版社,2006

Ⅲ毕业设计（论文）任务内容

题目：

近几年有关学龄儿童教育的电子设备快速发展，市面上出现了很多学习机、电子词典等电子辅助教学与测试产品。

乘法口诀表在小学数学教育中具有重要的地位。

本课题要求基于单片机和液晶显示器设计一个乘法口诀测试仪。

要求能对测试的结果给出正确的判决。

要求学生独立选择芯片、设计电路、编制程序、调试，完成整个系统的功能。

技术指标及功能要求：

1.采用矩阵键盘输入；

2.用液晶显示器件显示输入和计算的结果；

3.能随机产生测试题目，通过键盘接收输入的结果，并判定结果的对错；

4.要求独立选择芯片、设计电路、编制程序、仿真、调试，完成整个系统的功能。

课题完成形式：

1.提交毕业论文（设计报告书）一本；

2.电路原理图；

3.完整的单片机源程序。

指导教师（签字）

教研室主任（签字）

批准日期2008年1月7日

接受任务书日期2008年1月14日

完成日期2008年6月10日

接受任务书学生（签字）

摘要

用单片机和液晶显示设计一个乘法口诀测试仪，能对测试的结果给出正确的判决。

应用的范围可以给我国的基础小学教育提供技术支持。

随着儿童教育电子设备的快速发展，市场上需求的学习机、电子词典辅助教学与测试产品也在增长。

通过使用芯片，使我们所学到更多的专业知识。

研究电子教学产品能大大提高我们国家的教育教学水平，突破现阶段的固有的教学模式。

电子产品的应用更会激发中小学生对科学知识的热爱，通过设计一个完整的单片机控制乘法口诀测试仪使我们对单片机如何实现功能扩展，如何节约设计资源，以及怎样使设计方便、快速有了进一步了解，以便于将来设计更多的智能仪器。

多个角度分析问题，从而解决困难

自主开发研究单片机，把科学知识应用到现实生活中来，并给社会带来好的效益，是当代大学生的骄傲，更能突破现阶段的我们国家固有的教学模式。

我们国家既是一个人口大国，又是一个教育大国，只有通过我们自己的研究和开发来满足国内的特殊需要。

设计一个简单的乘法口诀测试仪虽然只是一个很小方面的事例，但是我们通过这样的开发和设计为我们将来积累更多的有关单片机开发方面知识，更可以为国家的儿童教育事业做一番事业。

关键词：

单片机；

液晶显示；

乘法口诀；

测试仪。

Abstract

MultiplicationtabletesterbasedonSCMandLCDSCMcantestandcorrectresults.Thescopeofapplicationcangiveourbasicprimaryeducationtechnicalsustain.Alongwiththerapiddevelopmentofelectronicdevicesforeducation,onthemarketthedemandoflearningmachines,electronicdictionariesinteachingandtestingproductsisgrowing.ByusingtheSCM,wecanlearnmoreexpertiseofSCMknowledge.

One-learningproductswillgreatlyenhanceourcountry'

slevelofeducation,andbreakthroughthisstageoftheinherentteachingmode.Theapplicationofelectronicproductswillstimulateprimaryandsecondaryschoolstudentstolovescientificknowledge,BydesigningaMultiplicationtabletester,wewillgetmoreunderstandingabouthowtoextendIextendthefunctionofSCM,howtosavethesourceofdesign,alsohowtomakethedesignconvenientandmorerapid,inordertodesignmoreintelligentmachines,andanalysistheproblemfromvariousangles,inordertoresolvedifficulties.

TheindependentdevelopmentofSCMandresearchingcanbringtheapplicationofscientificknowledgetoreallife,andgivegoodbenefitstothecommunity,thatistheprideofourcontemporarycollegestudents,alsocanbreakthroughthestageofourcountryinherentintheteachingmode.Ourcountryisacountrywithalargepopulation,alsoisabigeducationcountry,soonlybyourownresearchanddevelopmenttomeetthespecialneedsofdomestic.DesignasimpleMultiplicationTableTesteronlyasmallareaofexamples,butbythedevelopmentanddesignwecanaccumulatemoreknowledgeoftheSCMforthefuture,butalsocangivemorebenefitsforourcountry'

schildreneducationcareer.

Keywords:

SCM;

LiquidCrystalDisplay;

MultiplicationTable;

Tester

插图清单

表格清单

引言

在生活和生产的各领域中，凡是有自动控制要求的地方都会有单片机的身影出现；

从简单到复杂，从空中、地面到地下，凡是能想象到的地方几乎都有使用单片的需求。

现在尽管单片机的应用已经很普遍了，但仍有许多可以用单片机控制而尚未实现的项目，因此，单片机的应用大有想象和拓展空间。

单片机的应用有利于产品的小型化、多功能化和智能化，有助于提高劳动效率，减轻劳动强度，提高产品质量，改善劳动环境，减少能源和材料消耗，保证安全等。

但是，单片机应用的意义绝不仅限于它的广阔范围以及所带来的经济效益上，更重要的意义还在于：

单片机的应用正从根本上改变着传统的控制系统设计思想和设计方法。

从前必须有模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能使用单片机通过软件（编程序）方法实现了。

这种以软件取代硬件并提高系统性能的控制系统“软化”技术，称之为微控制技术。

微控制技术是一种全新的概念，是对传统控制技术的一次革命。

随着单片机应用的推广普及，微控制技术必将不断发展、日益完善和更加充实。

应用到利用单片机和液晶显示设计一个乘法口诀测试仪，更有其很大的空间效率。

几年来被普遍认为只有几十亿市场规模的电子辞典、PDA等教育电子产业，随着技术的更新与数码时代的来临，吸引了更多的消费人群，市场规模已经扩充到200亿左右。

这样既可以发展国家经济，有可以促进我们的儿童教育事业发展，其前景意义是非常长远的，只有教育好了下一代人，我们的国家才能更快、更好的立足于世界之林。

第1章绪论

纵观我们现在生活的各个领域，从导弹的导航装置，到飞机上各种仪表的控制，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据处理，以及我们生活中广泛使用的各种智能IC卡、电子宠物等，这些都离不开单片机。

以前没有单片机时，这些东西也能做，但是只能使用复杂的模拟电路，然而这样做出来的产品不仅体积大，而且成本高，并且由于长期使用，元器件不断老化，控制的精度自然也会达不到标准。

在单片机产生后，我们就将控制这些东西变为智能化了，我们只需要在单片机外围接一点简单的接口电路，核心部分只是由人为的写入程序来完成。

这样产品的体积变小了，成本也降低了，长期使用也不会担心精度达不到了。

所以，它的魔力不仅是在现在，在将来将会有更多的人来接受它、使用它[1]。

基于单片机设计一个乘法口诀测试仪可以说是单片机应用的一个小小的分支，但是它却可以映射到单片机很多方面的知识，既是基本的应用，又可以通过设计来更好的开发单片机，使之更好的为我们的生活和学习服务。

所以我们学习单片机就要求我们更好的掌握它的历史和未来的发展情况，以及其学术背景和理论与实际的情况。

1.1单片机的发展历史和未来展望

电子计算机的发展经历了从电子管，晶体管，集成电路到大（超大）规模集成电路共四个阶段，即通常所说的第一代，第二代，第三代和第四代计算机。

现在广泛使用的微型计算机是大规模集成电路技术发展的产物，因此它属于第四代计算机，而单片机则是微型计算机的一个分支。

从1971年微型计算机问世以来，由于实际应用的需要，微型计算机向着两个不同的方向发展；

一个是向高速度，大容量，高性能的高档微机方向发展；

而另一个则是向稳定可靠、体积小和价格廉价的单片机方向发展。

但是两者在原理和技术上是紧密联系的。

1971年微处理器的研制成功不久，就出现了单片的微型计算机即单片机，但最早出现的单片机是一位的，1976年Intel公司推出了8位的MCS-48系列单片机，它以体积小、控制功能全、价格低等特点，赢得了广泛的应用和好评，为单片机的发展奠定了坚实的基础，成为单片机发展史上一个重要阶段，其后，在MCS-48成功的刺激下，许多半导体芯片在生产厂商竞相研制和发展自己的单片机系列[9]。

80年代末，世界各地已相继研制出大约50个系列300多个品种的单片机产品，其中包括Motorola公司的6801，6802，Zilog公司的Z-8系列，Rockwell公司的6501，6502等，此外，日本的NEC公司，日立公司等也不甘落后，相继推出了各自的单片机品种。

尽管目前单片机的品种很多，但是我过使用最多的是Intel公司的MCS-51单片机系列。

MCS-51系列是在MCS-48的基础上于20世纪80年代初发展起来的，虽然它是8位的单片机，但其功能较MCS-48有很大的增强。

此外，它还具有品种全，兼容性强，软硬件资料丰富等特点，因此应用愈加广泛，成为比MCS-48更重要的单片机品种，直到现在，MCS-51仍不失为单片机的主流系列。

继8位单片机之后，又出现了16位单片机，1983年Intel公司推出的MCS-96系列单片机就是其中的典型代表。

与MCS-51相比，MCS-96不但字长增加一倍，而且在其他性能方面也有很大的提高，特别是芯片内还增加了一个4路或8路的10位A/D转换器，使其具有A/D转换的功能。

纵观单片机近30年的发展历程，单片机今后将向多功能、高性能、高速度、低电压、低功耗、低价格、外围电路简单化以及片内存储器容量增加的方向发展。

但其位数不一定会继续增加，尽管现在已经有了32位单片机，但使用的并不多[5]。

自单片机出现至今，单片机技术已走过了近20年的发展路程。

纵观20年来单片机发展历程可以看出，单片机技术的发展以微处理器（MPU）技术及超大规模集成电路技术的发展为先导，以广泛的应用领域拉动，表现出较微处理器更具个性的发展趋势。

可以预言，今后的单片机将是功能更强，集成度和可靠性更高而功耗更低，以及使用更方便等特点。

此外，专用化也是单片机的一个发展方向，针对单一用途的专用单片机将会越来越多。

现在单片机的应用已经很广泛：

工业自动化方面自动化能使工业系统处于最佳状态，提高经济效益，改善产品质量和减轻劳动强度。

因此，自动化技术广泛应用于机械、电子、电力、石油、化工、纺织、食品等轻重工业领域中，而在工业自动化技术中，无论是过程控制技术，数据采集和测控技术，还是生产线上的机器人技术，都需要要有单片机的参与[3]。

在工业自动化的领域中，机电一体化技术将发挥愈来愈重要的作用，在这种集机械、微电子和计算机技术于一体的综合技术中，单片机将发挥越来越大的作用；

仪器仪表方面现在仪器仪表的自动化和智能化要求越来越高，对此最好使用单片机来实现，而单片机的使用又将加速仪器仪表向数字化，智能化，多功能化和柔性化方向发展。

此外，单片机的使用还有助于提高仪器仪表的精度和准确度，简化结构、减小体积及重量而易于携带和使用，并具有降低成本，增强抗干扰的能力，便于增加显示、报警和自诊断等功能；

家用电器方面，家用电器产品的一个重要发展趋势是不断提高其智能化程度，而家电智能化的进一步提高就需要有单片机的参与，所以生产厂家常标榜“电脑控制”以提高其产品的档次，例如洗衣机，电冰箱，空调机，微波炉，电视机和音像视频设备等，这里说的电脑实际上是单片机。

智能化家用电器将给我们带来更大的舒适和方便，进一步改善我们的生活质量，把我们的生活变的更加丰富多彩；

信息和通信产品方面信息和通信产品的自动化和智能化程度很高，这绝对离不开单片机的参与。

1.2单片机发展过程存在的问题

纵观20年来单片机发展里程可以看出，单片机技术的发展以微处理器（MPU）技术及超大规模集成电路技术的发展为先导，以广泛的应用领域拉动，表现出较微处理器更具个性的发展趋势。

今天还很难有一家中国大陆的公司能在如此浩大的单片机市场上占有一席之地，这不能不说是我国电子工业的悲哀。

另一方面，如此琳琅满目、让人眼花缭乱的单片机品种，着实给单片机应用的工程师提供了巨大的选择空间。

这么多种单片机能进入中国市场，这一事实就说明了我们的应用工程师已经能够综合各类单片机的性能、价格等方面的因素，并结合实用对象进行选择。

较过去以剖析、复制外国产品为主的思路有了相当的改进。

随着我国经济实力的增长，开发新产品的思路上过去那种过多注重价格因素而使新产品开发上不了档次的弱点有所改善，开始注意使用当前最先进的单片机开发高档次产品。

由于单片机的开发手段目前仍以仿真器为主，公司能否提供廉价的仿真器，提供方便的技术服务与培训，较之能否提供高性能、低价位的单片机有着同等重要性。

各单片机厂商在开发工具以及技术服务方面也进行着激烈的竞争，这种竞争与推出新型的单片机以显示高技术方面的优势是相辅相成的。

竞争的结果是为单片机应用工程师提供更广阔的选择空间，而最终受益的是单片机产品的消费者。

由于单片机对各行各业都有用，这种电子技术的进步导致各行各业的进步，也带动了人类文明的进步。

1.3单片机设计液晶显示的乘法口诀测试仪的任务与意义

用单片机和液晶显示器、矩阵键盘设计一个乘法口诀测试仪要求我们设计者对目的很明确，那就要求我们去自主选择芯片，独立完成软件和硬件设计，软件不但是包括源程序，而且要有很明晰的流程图。

硬件图设计合理，力求明确，实用，操作简单明了。

能准确判断结果的正误，并迅速给出正确的答案，达到儿童学习乘法口诀和对乘法口诀的熟练掌握。

通过设计测试仪我们一来巩固了知识，从理论走到了应用，二来可以开发更多的学习字典，满足我们国家的学龄儿童的需要，只有通过科学的教育办法我们的教育才可以实现最优最充分的发展。

对我们国家和整个民族发展起着举足轻重的作用。

第2章总体方案设计

基于单片机的液晶显示乘法口诀测试仪的设计总体有单片机模块、矩阵键盘输入模块、LCD液晶显示模块、一个基本的复位电路和用于提示的蜂鸣电路，各部分组合完成基础的电路硬件模块。

需要的乘法口诀软件设计用的程序为汇编语言，并通过程序合理的编写完成要求，最后达到调试，仿真。

2.1课题设计内容

基于单片机和液晶显示设计一个乘法口诀测试仪，其核心部分是单片机，显示模块为一个液晶显示LCD。

单片机在生产中应用及其广泛，涉及生活的每个角落，尤其为电子和计算机发展提供了技术实践。

设计的乘法口诀测试仪即可随机产生测试题目，又可以对测试人通过键盘输入的结果给出判断，并能对错的结果给出正确的答案。

2.1.1硬件设计模块选择

单片机是设计的核心关键部分，在此次设计里考虑到要求功能，达到理想的效果，选择了AT89S52主芯片。

该芯片从抗干扰和经济出发最理想的选择。

液晶显示部分从目前的市场用得最多的原器件来选择，更从为了达到最佳的显示效果，给测试者清晰的图像出发，选择LCD1602型号液晶显示器。

键盘输入考虑到是要用矩阵键盘，又因为乘法口诀要从1*1---9*9，并要能随机出题，然后如果测试者输入的结果有错误，通过按一个键盘来查看正确的结果，所以从以上各要求满足点出发使用了4*4键盘矩阵。

单片机必要的是复位电路，设计用开关复位电路给单片机进行复位，简单而且实用。

为了对测试者答题的结果正确如否给出提示，硬件电路外加了一个蜂鸣器，当测试者的答案与正确答案一致的时候，电路会发出蜂鸣声，用以告诉测试者所键入的答案数值为正确。

2.1.2硬件设计模块与原始方案比较

上述方案为最佳选择方案，而与原始方案比较有其实用和合理性，芯片原始选择是80C51，该芯片的其他主要保密特性仅为二级保密位，中断源为5个，而AT89S52有三级保密位，8个中断源，主要是有其独特的“看门狗”技术，软件控制的复位方式，设计中用到了多次的复位技术，这一特殊的复位方式更给设计带来了很多方便。

原始的单行LCD液晶显示给设计带来了很多的误区，当比较结果的时候，如果也在第一行出现的时候，就会给测试者带来误解，不便观察。

所以选择了1602型的LCD显示技术，16字符点阵，两行显示，给测试人很明白的答案，提高了工作效益，解决了视觉上的混乱。

原始的键盘考虑是3*3的矩阵键盘来设计按键，但是后来想到问题就是：

从0-9已经占领了10个按键位，剩下就两个可以选择的按键，一个出题按键，一个确认按键，一个给正确答案提示测试人的，那么这样一来就不可以用3*3的矩阵键盘了，最后从实用和合理的角度出发选择了4*4的矩阵键盘，完全可满足设计一个乘法口诀答题仪设计的要求。

所以经过一段时间的综合比较就完成了一套比较合理的整体设计方案。

2.1.3软件设计选择

程序是设计的软件部分，考虑到设计用的是单片机AT89S52，所以就回避了用C语言的办法去实现其要求的功能。

用汇编语言，可以达到设计的要求。

汇编语言里包括了各模块的子程序，并在难懂的关键地方注明了文字叙述，是读者看后就很清楚明白。

2.2设计方案总体框图

设计方案总体框图可以是设计思路变得简单化、清楚化。

给读者以很明亮的设计规划，便于设计者参考。

总体框图设计的合理性更是很重要的，如果设计合理，不但是可以节省设计者宝贵的时间更能达到设计的合理化，操作简单，使用效益高。

单片机设计电路要考虑的问题更是繁多，所以有个清晰的设计总体框图是相当重要的。

2.2.1方案总体框图

图2-1设计总框图

2.2.2设计框图原理说明

该测试仪设计简单，占用硬件资源少，有良好的人机对话功能，便于携带、操作,能够满足课程教学实验的要求，性能稳定、可靠。

按照芯片测试插座旁边的指向，插入待测的数字芯片或按键；

通过键盘输入指令或数字，单片机经过键盘扫描读入键值，根据输入值来执行相应的子程序。

首先，由单片机设定的随机程序在液晶显示器LCD1602上显出被测试的题目如：

9x9=_测试者通过键盘输入自己算的结果，当结果为正确值（81）则蜂鸣器发出几声响声；

若不为正确值，则没有上述情况；

此时如果测试者想知道正确的结果，就可以按事先设定好的键盘，比如设定更正键为“C”，按此键就可以示出正确的结果。

复位一次单片机又可以重新产生测试题目。

第3章硬件设计

电路硬件设计包括AT89S52主芯片、LCD1602显示电路、矩阵键盘电路、单片机复位电路，外加一个蜂鸣器。

3.1主芯片AT89S52介绍

AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。

片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。

AT89S52具有以下标准功能：

8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

与MCS-51单片机产品兼容、8K字节在系统可编程Flash存储器、1000次擦写周期、全静态操作：

0Hz～33Hz、三级加密程序存储器、32个可编程I/O口线、三个16位定时器/计数器、八个中断源、全双工UART串行通道、低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符[15]。

3.1.1引脚功能特性描述

AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

P0口：

P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。

作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。

对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。

当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。

在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。

在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；

在程序校验时，输出指令字节。

程序校验时，需要外部上拉电阻。

P1口：

P1口是一个具有内