单片机课程设计十进制加法计算器设计Word文档格式.docx
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学生签名:
2016年12月26日
课程设计(论文)评审意见
(1)任务难易及完成情况
:
优(
)、良(
)、中(
)、
般(
)、差();
(2)完成调试能力评价
八
(3)论文撰写水平评价
、、差();
(4)论文格式规范性评价
(5)考勤及任务饱满情况
评阅人:
2017年1月7日
1、摘要2
2、设计任务和要求2
3、单片机简要原理3
3.1AT89C51的介绍3
3.2单片机最小系统8
3.3七段共阳极数码管9
4、硬件设计9
4.1键盘电路的设计9
4.2显示电路的设计11
5、软件设计12
5.1系统设计12
5.2显示与按键设计14
6、系统调试.22
6.1系统初始状态的调试22
6.2键盘输入功能的调试23
6.3系统运算功能的调试25
7、心得体会26
参考文献29
附录系统硬件电路图29
1、摘要
近年来随着科技的飞速发展,单片机的应用正在不断深入,同时带动传统控制检测技术日益更新。
在实时检测和自动控制的单片机应用系统中,单片机往往作为一个核心部件来使用,仅单片机方面知识是不够的,还应根据具体硬件结构软硬件结合,加以完善。
本设计是实现两位数的加减运算的简易计算器,实现键盘输入,
由七段LED数码管输出;
程序都是根据教材内和网络中的程序参考编写而成,在功能上还并不十分完善,限制也较多。
本设计重在设计构思,使得我们用专业知识、专业技能分析和解决问题,通过设计使得我们对所学知识彻底巩固。
2、设计任务和要求
本次课程设计,我选题是单片机十进制加法计算器软设计,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)
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
3、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。
3.1AT89C51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(FPERO—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低电压,高性能CMOS位微处理器,俗称单片机。
该器件采用ATME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勺AT89C51是一种咼效微控制器,为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性咼且价廉的方案。
其功能特性描述:
AT89C5单片机在电子行业中有着广泛的应用。
AT89C52具有以下标准功能:
8k字节Flash,256字节RAM32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,8位微控制器8K字节在系统可编程FlashROM。
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端用。
在访问外部数据存储器或程序存储器时,P0口被分时转换地址
(低8位)和数据总线复用,在访问期间激活内部上拉电阻。
在Flash编程时,P0口接收指令字节,而在程序校验时,输出
指令字节,校验时,要求外接上拉电阻。
P1口:
P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P1端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时,
因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。
此外,P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入(P1.0/T2)和时器/计数器2的触发输入(P1.1/T2EX),具体如下表所示。
在flash编程和校验时,P1口接收低8位地址字节。
P1端口引脚号第二功能:
P1.0T2(定时器/计数器T2的外部计数输入),时钟输出
P1.1T2EX定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制)
P2口:
P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。
对端口P2写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口,作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。
在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器(例如执行MOVX@DPT指令)时,P2口送出高8位地址数据。
在访问8位地址的外部数据存储器(如执行MOV@RI指令)时,P2口输出P2锁存器的内容。
Flash编程或校验时,P2亦接收高位地址和一些控制信号。
P3口:
P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。
P3口输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。
对
P3口写入“1”时,它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。
此时,被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流(IIL)。
P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。
P3口除了作为一般的I/O口线外,更重要的用途是它的第二功能。
P3口亦作为AT89C52特殊功能(第二功能)使用,如下所示。
在flash编程和校验时,P3口也接收一些控制信号。
P3端口引脚第二功能:
P3.0RXD(串行输入口)
P3.1TXD(串行输出口)
P3.2INTO(外中断0)
P3.3INT1(外中断1)
P3.4TO(定时/计数器0)
P3.5T1(定时/计数器1)
P3.6WR(外部数据存储器写选通)
P3.7RD(外部数据存储器读选通)
RST复位输入。
当振荡器工作时,RST引脚出现两个机器周
期以上高电平将是单片机复位。
ALE/PRO——当访问外部程序存储器或数据存储器时,ALE(地
址锁存允许)输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。
一般情况下,ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号,因此它可对外输出时钟或用于定时目的。
要注意的是:
每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。
对FLASH存储器编程期间,该引脚还用于输入编程脉
冲(PRO)
如有必要,可通过对特殊功能寄存器(SFR区中的8EH单元的DO位置位,可禁止ALE操作。
该位置位后,只有一条MOV)和MOVC指令才能将ALE激活。
此外,该引脚会被微弱拉高,单片机执行外部程序时,应设置ALE禁止位无效。
PSEN程序储存允许(PSEN输出是外部程序存储器的读选通信号,当AT89C52由外部程序存储器取指令(或数据)时,每个机器周期两次PSEN有效,即输出两个脉冲,在此期间,当访问外部数据存储器,将跳过两次PSEN言号。
EA/VPP外部访问允许,欲使CPU仅访问外部程序存储器(地址为OOOOH-FFFFH,EA端必须保持低电平(接地)。
需注意的是:
如果加密位LB1被编程,复位时内部会锁存EA端状态。
如EA端为高电平(接Vcc端),CPU则执行内部程序存储器的指令。
FLASH存储器编程时,该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp,当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。
引脚使用说明:
I/O端口的编程实际上就是根据应用电路的具体功能和要求对
I/O寄存器进行编程。
具体步骤如下:
1.根据实际电路的要求,选择要使用哪些I/O端口。
2.初始化端口的数据输出寄存器,应避免端口作为输出时的开始阶段出现不确定状态,影响外围电路正常工作。
3.根据外围电路功能,确定PO端口的方向,初始化端口的数据
方向寄存器。
对于用作输入的端口可以不考虑方向初始化,因为PO
的复位缺省值为输入。
4.用作输入的P0管脚,需上拉电阻。
5.最后对I/O端口进行输出(写数据输出寄存器)和输入(读端口)编程,完成对外围电路的相应功能。
3.2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。
(二)晶振电路
.XI,
CRYSTAL
ltAIXT2'
■
XT1
30pF<
TEXT>
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。
3.3七段共阳极数码管
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。
4、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。
4.1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4X4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:
11
-,-
k
----
■11w
~00
111V
~0-0
f—cOII
3二
~OO
9匸
彳|—OO
UI—I.〈~oo
4=.
o~~OO—
图五4*4键盘接口电路
4.2显示电路的设计
当系统需要显示少量数据时,采用LE敢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
5、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;
5.1系统设计
(一)系统模块图
图七系统模块图
此系统包括晶振电路、复位电路、LED显示电路、矩阵按键电路运算法则指示灯以及单片机。
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。
(二)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LEDk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LE[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LE[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。
5.2显示与按键设计
(一)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LEE显示器。
为了显示数字或符号,要为LEDB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
(二)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一一键码。
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(OFFH)同等看待。
(三)流程图
初始化地址参数
输出列扫描信号
等待按键释战
列扫描信号移位
读入行信号
图八
计算键值子程序流程图
(四)源程序
RESULT
EQU
60H
RESULT1
61H
FUNCTIONKEYEQU
62H
ORG
OOH
START:
MOV
R3,#0
FUNCTIONKEY,#O
32H,#00H
33H,#00H
34H,#00H
MLOOP:
CALL
DISP
;
调显示子程序
WAIT:
TESTKEY
判断有无按键
JZ
WAIT
GETKEY;
读键
INC
R3
按键个数
CJNE
A,#0,NEXT1
判断是否数字键
LJMP
E1;
转数字键处理
NEXT1:
A,#1,NEXT2
E1
NEXT2:
A,#2,NEXT3
NEXT3:
A,#3,NEXT4
NEXT4:
A,#4,NEXT5
NEXT5:
A,#5,NEXT6
NEXT6:
A,#6,NEXT7
NEXT7:
A,#7,NEXT8
NEXT8:
A,#8,NEXT9
NEXT9:
A,#9,NEXT10
NEXT10:
A,#10,NEXT11
判断是否功能键
E2
转功能键处理
NEXT11:
A,#11,NEXT12
NEXT12:
A,#12,NEXT13
NEXT13:
A,#13,NEXT14
NEXT14:
A,#14,NEXT15
NEXT15:
E3
判断是否清除键
E1:
R3,#1,N1
判断第几次按键
E11;
为第一个数字
N1:
R3,#2,N2
E12
为第二个数字
N2:
R3,#3,N3
E13
为第三个数字
N3:
第四个数字转溢出
E11:
R4,A
输入值暂存R4
34H,A
输入值送显示缓存
MLOOP
等待再次输入
R0,FUNCTIONKEY
;
与上次功能键交换
FUNCTIONKEY,A
A,R0
A,#10,N21
判断功能键
JIA
"
+"
A,#11,N22
JIAN
II
J
A,#12,N23
CHENG
・"
*"
A,#13,N24
E2:
N21:
N22:
N23:
E12:
E13:
E3:
34H,R7
按键次数清零
R4,#0
输入值清零
RESULT,#。
计算结果清零
FUNCTIONKEY,#0
功能键设为零
显示清空
CHU
/"
N24:
A,#0,N25
FIRST
首次按功能键
N25:
DEN
一"
J一
N4:
FIRST:
RESULT,R4
输入值送结果
DISP1
结果处理
JIA:
A,RESULT
上次结果送累加器
ADD
A,R4
上次结果加输入值
JB
CY,N4
溢出
RESULT,A
存本次结果
JIAN:
SUBB
上次结果减输入值
负数溢出
A,B
取个位数
个位数送显示缓存
A,RESULT1
DISP11
结果是否为一位数
B,#10
A,RESU