4位数加法器设计报告.docx
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4位数加法器设计报告
4位数加法器设计报告
（设计者：
SKY123GOING）
一、设计任务和要求
1.1、任务描述：
1、系统通过4×4的矩阵键盘输入数字及运算符；
2、可以进行4位十进制数以内的加法运算，如果计算结果超过4位十进制数，则屏幕显示E；
3、可以进行加法以外的计算（乘、除、减）；
4、创新功能。
1.2、任务要求：
1、理解任务书要求，明确分工，查找相关资料，制定系统方案；
2、论证系统设计方案，运用Proteus等软件绘制电路原理图；
3、根据硬件电路，确定算法，设计程序框图，编写程序代码；
4、误差分析与改进，完成设计报告。
二、方案论证
2.1、适用矩阵键盘控制作为输入电路，电路和软件稍微复杂，但是相比用独立按键，可节省I/O口，其原理图如2.1所示：
图2.1矩阵键盘控制电路
2.2、采用LED数码管显示,数码管图如图2.2.1所示：
图2.2.1LED数码管
一、电路基本单元电路设计
本电路的总体的工作框图如下所示：
下图则是加法器电路的原理图：
3.1、主控模块
该设计的核心控制电路是AT89C52单片机。
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。
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，AT89C2051是它的一种精简版本。
AT89C单片机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。
其引脚图以及工作原理如下：
AT89C51芯片模型
3.1.1、主要功能特性
（1）4K字节可编程闪烁存储器。
（2）32个双向I/O口；128×8位内部RAM。
（3）2个16位可编程定时/计数器中断，时钟频率0-24MHz。
（4）可编程串行通道。
（5）5个中断源。
（6）2个读写中断口线。
（7）低功耗的闲置和掉电模式。
（8）片内振荡器和时钟电路。
3.1.2、AT89C51的引脚介绍
89C51单片机多采用40只引脚的双列直插封装（DIP）方式，下面分别简单介绍。
（1）电源引脚
电源引脚接入单片机的工作电源。
Vcc（40引脚）：
+5V电源。
GND（20引脚）：
接地。
（2）时钟引脚
XTAL1（19引脚）：
片内振荡器反相放大器和时钟发生器电路的输入端。
XTAL2（20引脚）：
片内振荡器反相放大器的输出端。
电源接入方式
（3）复位RST（9引脚）
在振荡器运行时，有两个机器周期（24个振荡周期）以上的高电平出现在此引脚时，将使单片机复位，只要这个脚保持高电平，51芯片便循环复位。
（4）
/Vpp（31引脚）
为外部程序存储器访问允许控制端。
当它为高电平时，单片机读片内程序存储器，在PC值超过0FFFH后将自动转向外部程序存储器。
当它为低电平时，只限定在外部程序存储器，地址为0000H~FFFFH。
Vpp为该引脚的第二功能，为编程电压输入端。
（5）ALE/
（30引脚）
ALE为低八位地址锁存允许信号。
在系统扩展时，ALE的负跳沿江P0口发出的第八位地址锁存在外接的地址锁存器，然后再作为数据端口。
为该引脚的第二功能，在对片外存储器编程时，此引脚为编程脉冲输入端。
（6）
（29引脚）
片外程序存储器的读选通信号。
在单片机读片外程序存储器时，此引脚输出脉冲的负跳沿作为读片外程序存储器的选通信号。
（7）pin39-pin32为P0.0-P0.7输入输出脚，称为P0口。
P0是一个8位漏极开路型双向I/O口。
内部不带上拉电阻，当外接上拉电阻时，P0口能以吸收电流的方式驱动八个LSTTL负载电路。
通常在使用时外接上拉电阻，用来驱动多个数码管。
在访问外部程序和外部数据存储器时，P0口是分时转换的地址（低8位）/数据总线，不需要外接上拉电阻。
（8）Pin1-Pin8为P1.0-P1.7输入输出脚，称为P1口，是一个带内部上拉电阻的8位双向I/0口。
P1口能驱动4个LSTTL负载。
（9）Pin21-Pin28为P2.0-P2.7输入输出脚，称为P2口。
P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口能驱动4个LSTTL负载。
端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。
对内部Flash程序存储器编程时，接收高8位地址和控制信息。
在访问外部程序和16位外部数据存储器时，P2口送出高8位地址。
而在访问8位地址的外部数据存储器时其引脚上的内容在此期间不会改变。
（10）Pin10-Pin17为P3.0-P3.7输入输出脚，称为P3口。
P3口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口能驱动4个LSTTL负载，这8个引脚还用于专门的第二功能。
端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。
对内部Flash程序存储器编程时，接控制信息。
3.2、显示模块
该电路的显示模块采用共阴极数码管显示。
共阴极数码管的位选采用低电平，而段选采用高电平控制。
LED数码管十六位进数的字形码如表3.2.1所示，而显示模块控制电路如3.2.2所示：
字型
共阳极代码
共阴极代码
字型
共阳极代码
共阴极代码
0
C0H
3FH
9
90H
6FH
1
F9H
06H
A
88H
77H
2
A4H
5BH
B
83H
7CH
3
B0H
4FH
C
C6H
39H
4
99H
66H
D
A1H
5EH
5
92H
6DH
E
86H
79H
6
82H
7DH
F
8EH
71H
7
F8H
07H
灭
FFH
00H
8
80H
7FH
表3.2.1LED数码管十六位进数的字形码
图3.2.2显示模块控制电路
3.3、操作模块
该操作模块的实际操作如下图所示：
图3.3.1矩阵键盘实际操作图
四、程序设计
本作品实现的功能全部是由C语言程序编写实现。
通过程序的编写使简单的器件实现丰富的功能。
如下所示是主程序流程图
主程序流程图
五、系统调试及结果
本设计应用Proteus6及KEIL51软件,首先根据自己设计的电路图用Proteus6软件画出电路模型，关于这个软件的使用通过查一些资料和自己的摸索学习；然后我们用KEIL51软件对所编写的程序进行编译、链接，如果没有错误和警告便可生成程序的hex文件，将此文件加到电路图上使软硬件结合运行。
下图为运行状况图，为首先输入10+990，再加上9999，最后每个数码管上为E，因为为了满足实验要求，当结果超过了9999后显示E.
刚开始为0
输入10
再加上990得到了1000
最后显示E
五、设计个人总结
经过一周的努力终于设计成功，LED数码管的显示结果与理想所保持的一样。
在这一周的设计中，完成这个简易的计算器，虽然精度不高，但是对于一般的计算，是绰绰有余。
起初，电路的设计对我们这些人来说，是一大障碍，通过查找资料，发现一个简易的计算器，似乎没有那么难，只要有心，定能成功。
后来数码管的显示一直困扰着我，但随着慢慢地了解它，在相关资料帮助之下，终于明白如何用C语言写程序去控制数码管的显示。
加之以前学过一些计算机方面的C语言，那并不是针对单片机C语言的，虽有相似之处，但差之甚大，如今已经了逐步地了解，相信若坚持下去，定能学好这一门课程。
通过此次设计课程，使我受益匪浅。
终于更深刻地体会到实践是唯一的真理。
附录（程序）:
/**********通过用单片机MCU与矩阵及数码管的相互连接构成一个简易的数计算器--------可以进行加减乘除********/
#include
#defineucharunsignedchar
longFirst,End;//定义全局变量
//此表为LED的字模,共阴数码管0-9-
unsignedcharcodeDisp_Tab[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};//段码控制
//此表为8个数码管位选控制,共阴数码管1-8个-
unsignedcharcodedispbit[6]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf};//位选控制查表的方法控制
voiddelay（intn）/***延时程序***/
{inti,j;
for（i=0;i{for（j=0;j<50;j++）
;}
}
longadd（longx,longy）/***加法程序***/
{longz;
z=x+y;
return（z）;
}
longsub（longx,longy）/***减法程序***/
{longz;
if（x>=y）
z=x-y;
else
{z=y-x;
z=z+100000;}/***最高位用1表示负数***/
return（z）;
}
longmul（longx,longy）/***乘法程序***/
{longz;
z=x*y;
return（z）;
}
longdiv（longx,longy）/***除法程序***/
{longz;
z=x/y;
return（z）;
}
ucharkbscan（void）/***键盘扫描程序***/
{
ucharsccode;
P0=0xf0;
if（（P0&0xf0）!
=0xf0）//发全0行扫描码，列线输入
{delay（222）;//延时去抖
if（（P0&0xf0）!
=0xf0）
{sccode=0xfe;//逐行扫描初值
while（（sccode&0x10）!
=0）
{P0=sccode;//输出行扫描码
if（（P0&0xf0）!
=0xf0）
{
return（P0）;}//如果检测到有键按下，返回键值
else
sccode=（sccode<<1）|0x01;//行扫描码左移一位
}
}
}
return（0）;//无键按下，返回值为0
}
voiddisplay（void）/***显示程序***/
{inti;
uchardatanum[6];
num[0]=First/100000%10;//十万
num[1]=First/10000%10;//万
num[2]=First/1000%10;//千位
num[3]=First/100%10;//百位
num[4]=First/10%10;//十位
num[5]=First%10;//个位
for（i=5;i>=0;i--）
{P2=dispbit[i];//位选输出
P1=Disp_Tab[num[i]];//数据输出
delay
（2）;//此延时必不可少？
}
}
voidmain（void）/***主程序***/
{intk,n;
ucharf,g,key,gn1,i;
n=0;
f=0;
//P1=0;//初始时指示灯灭
while
（1）//不断查询是否有按键动作
{key=kbscan（）;//获取返回键值
if（key!
=0）
{
switch（key）//译码，将对应按键返回值转换为相应数值
{
case0xee:
k=0;break;//0
case0xde:
k=1;break;//1
case0xbe:
k=2;break;//2
case0x7e:
k=3;break;//3
case0xed:
k=4;break;//4
case0xdd:
k=5;break;//5
case0xbd:
k=6;break;//6
case0x7d:
k=7;break;//7
case0xeb:
k=8;break;//8
case0xdb:
k=9;break;//9
case0xbb:
k=10;First=0;End=0;f=0;break;//清除
case0x7b:
k=11;break;//等于
case0xe7:
k=12;f=1;break;//加
case0xd7:
k=13;f=2;break;//减
case0xb7:
k=14;f=3;break;//乘
case0x77:
k=15;f=4;break;//除
}
//P1=1;
delay（280）;//有按键时，指示灯的显示时间
//P1=0;//按键指示灭
if（k<10）//为数字键时（0-9）
{
if（f!
=0）//为数字键时,如果已经有功能键按下
{
n++;//记录数字键所按次数
gn1=0;//清除标志，再次为功能键时进行运算
g=f;//保存运算标志
if（n==1）//输入为各位数时，直接赋值
First=k;
elseif（n>1）//输入为多位数时，将它转化为10进制的多位数
First=First*10+k;
}
else//如果没有功能键按下
{
n++;
gn1=1;//定义标志，当下一次为功能键时，停止数据输入
if（n==1）
First=k;
elseif（n>1）
First=First*10+k;
End=First;//将第一个数保存
}
}
elseif（k>11）//为功能键时（+-*/）
{
if（gn1==1）//前一次数字键之后为功能键时
{
n=0;//清除计数标志
}
else//如果再次输入功能键，则进行运算
{
n=0;//清除计数标志
switch（g）
{
case1:
First=add（End,First）;break;
case2:
First=sub（End,First）;break;
case3:
First=mul（End,First）;break;
case4:
First=div（End,First）;break;
}
}
End=First;//保存本次结果
}
elseif（k==11）//为等于号时（=）
{
n=0;
gn1=1;//接着输入为功能键时可以继续运算
switch（g）
{
case1:
First=add（End,First）;break;
case2:
First=sub（End,First）;break;
case3:
First=mul（End,First）;break;
case4:
First=div（End,First）;break;
}
End=First;//保存最终运算结果
f=0;//清除运算标志
if（End>9999）/***当结果大于9999时，显示E*****/
{
P1=0XF9;//显示E
for（i=5;i>=0;i--）
{
P2=dispbit[i];//位选输出
//P1=Disp_Tab[num[i]];//数据输出
delay
（1）;//此延时必不可少？
}
}
}
}
display（）;//调用显示程序
}
}
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