电子系统课程设计17805638.docx
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电子系统课程设计17805638
电子系统课程设计
设计题目：
基于STC51单片机的计算器
学院：
信息科学与技术学院
专业：
电子信息科学与技术
指导老师：
余小平
小组成员：
何镇江200805020224
宋俊霖200805020212
廖海波200805020210
日期：
2011年11月
一、确定计算器完成的功能
1.整数加减乘除法。
2.小数的除法。
3.矩阵键盘输入指令。
4.每按一次键蜂鸣器发声一次。
5.计算结果显示。
二、系统方案设计与论证
使用单片机STC51完成计算器的加减乘除法运算，并且显示结果。
1.各模块方案设计
1.1单片机的选择
要求单片机完成简单的整数加减乘除法、处理4*4矩阵键盘的输入数据、控制显示器件显示输入的数据与运算的结果、控制蜂鸣器的发音。
根据单片机完成的功能对单片机的处理速度要求不高，且考虑到经济效益，决定使用STC51单片机。
1.2单片机最小系统
1.2.1晶振选择24MHZ，使STC51单片机速度跟快，并且价格和12MHZ差不多。
1.2.2为了防止单片机程序进入死循环而出不来，增加一个复位键。
1.3显示器件的选择
方案一、使用12864作为显示设备，但是考虑到计算器只要求显示数字，使用12864太浪费，且价格比较贵，不予选用。
方案二、使用1602作为显示设备。
相比12864这个器件比较便宜，且能显示数字和一些字符，能完成要求功能。
方案三、使用数码管作为显示设备。
数码管能显示数字和一些特殊字符，而且计算器要求的显示器件能显示数字和一些特殊字符。
所以数码管能完成我们的要求显示要求，并且数码管是最便宜的。
综上所述我们选择性价比最高的数码管作为显示器件。
1.4输入设备的选择
计算器要求输入的数据有（0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,*,/,+,-,=,clear）,共16个。
输入数据不多，最后选择4*4的矩阵键盘作为输入设备。
1,5声音信号
现实中使用的计算器每按下一次键盘，就会发出声音。
因此设计的计算器应该要求每按下一次键盘就发声一次。
发声设备使用蜂鸣器就能完成要求。
三、实际电路的设计
1.单片机最小系统与复位电路
1.1单片机最小系统是指用最少的元器件组成的单片机可以工作的系统。
1.231脚（EA/VPP）,当接高电平时，单片机在复位后从内部ROM的0000H开始执行；当接低电平时，复位后后直接从外部ROM的0000H开始执行。
我们只使用的单片机内部的ROM区，所以31脚（EA/VPP）应接高电平。
1.3复位电路:
由电容串联电阻构成,由图并结合"电容电压不能突变"的性质,可以知道,当系统一上电,RST脚将会出现高电平,并且,这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定.典型的51单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位,所以,适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位.
2.蜂鸣器电路
三极管主要是做驱动用的。
因为单片机的IO口驱动能力不够让蜂鸣器发出声音，所以我们通过三极管放大驱动电流，从而可以让蜂鸣器发出声音，你要是输出高电平，三极管导通，集电极电流通过蜂鸣器让蜂鸣器发出声音，当输出低电平时，三极管截止，没有电流流过蜂鸣器，所以就不会发出声音。
3.数码管显示电路
5位8段共阳极数码管动态显示原理：
每一位都是将8个发光二极管（下面简称LED）的正极接在一块，就有5个正极，接上5个IO口，这个就是位选，相应IO口输出高电平电平算是选通该位。
相同字段LED的负极连在一起，也有八根线，接上8个IO口，这就是段选，相应IO口输出低电平算是选通该段。
一般情况下5个位选只有一个选通，8个段选如果是数字2，那么选通的那一位数码管就会显示2，其它位数码管都是黑的。
延迟一段再熄灭它，再选通另一位显示在那一位该显示的数字，延迟一段再熄灭，如此循环，人眼有暂留效应，只要足够快人眼看起来就是几个数字稳定地显示在5位数码管上。
如果直接用单片机控制数码管的共阳极，数码管发光很弱，所以用三极管在增加驱动。
如下图连接。
数码管接法如下图：
4.4*4矩阵键盘
4.1矩阵键盘原理
在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式，如图所示。
在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。
这样，一个端口（如P1口）就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9键）。
由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。
4.2矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些，上图中，列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机的I/O口作为输出端，而列线所接的I/O口则作为输入。
这样，当按键没有按下时，所有的输入端都是高电平，代表无键按下。
行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了。
4.3行列扫描法原理：
第一步，使行线为编程的输入线，列线是输出线，拉低所有的列线，判断行线的变化，如果有按键按下，按键按下的对应行线被拉低，否则所有的行线都为高电平。
第二步，在第一步判断有键按下后，延时10ms消除机械抖动，再次读取行值，如果此行线还处于低电平状态则进入下一步，否则返回第一步重新判断。
第三步，开始扫描按键位置，采用逐行扫描，每间隔1ms的时间，分别拉低第一列，第二列，第三列，第四列，无论拉低哪一列其他三列都为高电平，读取行值找到按键的位置，分别把行值和列值储存在寄存器里。
第四步，从寄存器中找到行值和列值并把其合并，得到按键值，对此按键值进行编码，按照从第一行第一个一直到第四行第四个逐行进行编码，编码值从“0000”至“1111”，再进行译码，最后显示按键号码。
4.4有键按下时，就进入中断，在中断中判断按键与要显示的数。
原理图如下：
四、系统软件设计
软件流程：
五、附件
1.原理图
2.程序
/**************************计算器的设计（简单版）*******************************/
/*****************************************************************************/
/**作品功能：
能完成简单的整数加\减\乘\除\法，除法的小数位不显示（舍去）***********/
/********输入最大能输入五位数据；且能正常的显示五位数结果，超过五位结果不信任***/
/*****************************************************************************/
/******制作时间：
2011年11月08号********************************************/
/*****************************************************************************/
/*****************************************************************************/
/*********************所用头文件**********************************************/
#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
/****************************************单片机各个口的定义****************/
#definekey_dataP1
#defineduanP2
sbitwei_1=P3^3;
sbitwei_2=P3^4;
sbitwei_3=P3^5;
sbitwei_4=P3^6;
sbitwei_5=P3^7;
sbitwei_6=P3^1;
sbitBEEP=P3^0;
/**************************一些寄存器的设计********************************/
ucharKeyNO;//键盘值
ucharduan_1;//段选中间值
ucharx;//控制小数点的显示
uchardatadata_count[5]={0,0,0,0,0};//只能用0~9
uchardatadata_use[5]={0,0,0,0,0};//显示数组
ucharsCode,kCode,i1,k;//检查键盘的值所用寄存器
ucharkey_value[]=//键盘值
{
0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16
};
ucharkey_count;
longadd,cut,multiply,divide,divide_1;//加减乘除的计算结果
longdata_qian[5]={0,0,0,0,0};//第一次输入的结果，存入这里面
longdata_hou[5]={0,0,0,0,0};//被加数，乘数，除数，被减数，放入这里面
longcount1,count2;
ucharkey_control;
ucharasd;
ucharoperation_select,operation_select_1;
ucharmn;//控制只进行除法运算，一次完后必须复位，
/**************************************************************************/
/****************************函数的定义*******************************/
voidDelay（uintmasd）;
voiddisplay（）;
voidduan_selct（）;
voidBeep（）;
voidKeys_Scan（）;
voidkey_decide（）;
voidjia（）;
voidjian（）;
voidcheng（）;
voidchu（）;
voidfuzhi（）;
voidkeybord（uchara）;
voidDelayMS（uintms）;
/*****************************************************************/
/****************************主函数**************************************/
/****************************************************************************/
main（）
{
key_data=0X0F;
P3=0XFF;
EX0=1;//开外部中断0
IT0=0;//外部中断0选用电平触发方式
PX0=1;//外部中断0为高级中断源
wei_6=0;
EA=1;//开总中断
BEEP=1;
while
（1）
{
P1=0X0f;
//data_count[0]=key_value[KeyNO];//位1~15的值
display（）;
}
}
/*********************************************************************/
/***************************************************************************/
/**************************************************************************/
/****函数功能：
外部中断0的终段服务函数，外部中断判断按键*********************/
/******************************************************************/
/******************************************************************/
voidkey_int（）interrupt0
{
DelayMS
（1）;
EA=0;
BEEP=0;
P1=0XF0;
//if（P1!
=0XF0）
//{
key_data=0xF0;
//Beep（）;
Keys_Scan（）;
P1=0XF0;
while（P1!
=0XF0）;
P1=0X0F;
Delay
（1）;
key_decide（）;
BEEP=1;
EA=1;
//}
//EA=1;
}
/*****************************************************************************、/*函数功能：
确定每一个按键的功能（0~9数值），10~加；11~减；12~乘；13~除；14~等于；15：
清除***/
/***************************************************************************/
/*****************************************************************************/
voidkey_decide（）
{
switch（key_value[KeyNO]）
{
case0:
keybord（0）;break;
case1:
keybord
（1）;break;
case2:
keybord
（2）;break;
case3:
keybord（3）;break;
case4:
keybord（4）;break;
case5:
keybord（5）;break;
case6:
keybord（6）;break;
case7:
keybord（7）;break;
case8:
keybord（8）;break;
case9:
keybord（9）;break;
case10:
operation_select=1;
if（key_control==0）
{
asd=0;
data_qian[4]=data_use[4];
data_qian[3]=data_use[3];
data_qian[2]=data_use[2];
data_qian[1]=data_use[1];
data_qian[0]=data_use[0];
data_use[0]=0;
data_use[1]=0;
data_use[2]=0;
data_use[3]=0;
data_use[4]=0;
key_control=1;
}
elseif（key_control==1）
{
data_hou[4]=data_use[4];
data_hou[3]=data_use[3];
data_hou[2]=data_use[2];
data_hou[1]=data_use[1];
data_hou[0]=data_use[0];
if（operation_select_1==1）jia（）;
elseif（operation_select_1==2）jian（）;
elseif（operation_select_1==3）cheng（）;
elseif（operation_select_1==4）chu（）;
}
operation_select_1=1;
break;
case11:
operation_select=2;
if（key_control==0）
{
asd=0;
data_qian[4]=data_use[4];
data_qian[3]=data_use[3];
data_qian[2]=data_use[2];
data_qian[1]=data_use[1];
data_qian[0]=data_use[0];
data_use[0]=0;
data_use[1]=0;
data_use[2]=0;
data_use[3]=0;
data_use[4]=0;
key_control=1;
}
elseif（key_control==1）
{
data_hou[4]=data_use[4];
data_hou[3]=data_use[3];
data_hou[2]=data_use[2];
data_hou[1]=data_use[1];
data_hou[0]=data_use[0];
if（operation_select_1==1）jia（）;
elseif（operation_select_1==2）jian（）;
elseif（operation_select_1==3）cheng（）;
elseif（operation_select_1==4）chu（）;
}
operation_select_1=2;
break;
case12:
operation_select=3;
if（key_control==0）
{
asd=0;
data_qian[4]=data_use[4];
data_qian[3]=data_use[3];
data_qian[2]=data_use[2];
data_qian[1]=data_use[1];
data_qian[0]=data_use[0];
data_use[0]=0;
data_use[1]=0;
data_use[2]=0;
data_use[3]=0;
data_use[4]=0;
key_control=1;
}
elseif（key_control==1）
{
data_hou[4]=data_use[4];
data_hou[3]=data_use[3];
data_hou[2]=data_use[2];
data_hou[1]=data_use[1];
data_hou[0]=data_use[0];
if（operation_select_1==1）jia（）;
elseif（operation_select_1==2）jian（）;
elseif（operation_select_1==3）cheng（）;
elseif（operation_select_1==4）chu（）;
}
operation_select_1=3;
break;
case13:
operation_select=4;
if（key_control==0）
{
asd=0;
data_qian[4]=data_use[4];
data_qian[3]=data_use[3];
data_qian[2]=data_use[2];
data_qian[1]=data_use[1];
data_qian[0]=data_use[0];
data_use[0]=0;
data_use[1]=0;
data_use[2]=0;
data_use[3]=0;
data_use[4]=0;
key_control=1;
mn=1;
}
elseif（key_control==1）
{
data_hou[4]=data_use[4];
data_hou[3]=data_use[3];
data_hou[2]=data_use[2];
data_hou[1]=data_use[1];
data_hou[0]=data_use[0];
data_use[4]=0;
data_use[3]=0;
data_use[2]=0;
data_use[1]=0;
data_use[0]=0;
if（operation_select_1==1）jia（）;
elseif（operation_select_1==2）jian（）;
elseif（operation_select_1==3）cheng（）;
elseif（operation_select_1==4）chu（）;
}
operation_select_1=4;
break;
case14:
data_hou[4]=data_use[4];
data_hou[3]=data_use[3];
data_hou[2]=data_use[2];
data_hou[1]=data_use[1];
data_hou[0]=data_use[0];
if（operation_select==1）jia（）;
elseif（operation_select==2）jian（）;
elseif（operation_select==3）cheng（）;
e
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