單片機課程設計報告-簡易計算器

1、<p><b>　　一、概述</b></p><p>　　單片機課程設計是一門實踐課程，要求學生具有制作調試單片機最小系統(tǒng)及外設的能力，能夠掌握單片機內部資源的使用。</p><p>　　單片機課程設計內容包括硬件設計、制作及軟件編寫、調試，學生在熟練掌握焊接技術的基礎上，能熟練使用單片機軟件開發(fā)環(huán)境Keil C51編程調試，并使用STC ISP調試工具采用

2、串口下載方式聯(lián)調制作的單片機最小系統(tǒng)。</p><p>　　單片機課程設計題目包含基本部分及擴展部分，基本部分即單片機最小系統(tǒng)部分，擴展部分是對單片機內部資源及外部IO口的功能擴展，使制作的單片機系統(tǒng)具有一定的功能。</p><p><b>　　二、實驗內容</b></p><p>　　自制一個單片機最小系統(tǒng)，包括串口下載、復位電路，采用外部小

3、鍵盤輸入數(shù)據(jù)，能夠實現(xiàn)加法、乘法及一個科學計算，計算結果顯示在四位一體的數(shù)碼管上。</p><p><b>　　三、硬件設計</b></p><p><b>　　1 設計總體框圖</b></p><p><b>　　2 實際電路</b></p><p><b>　?。?/p>

4、1）復位電路</b></p><p>　　在單片機系統(tǒng)中，復位電路是非常關鍵的，當程序跑飛（運行不正常）或死機（停止運行）時，就需要進行復位。</p><p>　　MCS-5l 系列單片機的復位引腳RST（ 第9 管腳） 出現(xiàn)2個機器周期以上的高電平時，單片機就執(zhí)行復位操作。如果RST 持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)。</p><p>　　復位操

5、作通常有兩種基本形式：上電自動復位和開關復位。上電瞬間，電容兩端電壓不能突變，此時電容的負極和RESET 相連，電壓全部加在了電阻上，RESET 的輸入為高，芯片被復位。隨之+5V電源給電容充電，電阻上的電壓逐漸減小，最后約等于0，芯片正常工作。并聯(lián)在電容的兩端為復位按鍵，當復位按鍵沒有被按下的時候電路實現(xiàn)上電復位，在芯片正常工作后，通過按下按鍵使RST管腳出現(xiàn)高電平達到手動復位的效果。一般來說，只要RST 管腳上保持10ms 以上的高

6、電平，就能使單片機有效的復位。本次課程設計選用開關復位電路，設計如下：</p><p><b>　?。?）時鐘電路</b></p><p>　　XTAL1（19 腳） ：芯片內部振蕩電路輸入端。</p><p>　　XTAL2（18 腳） ：芯片內部振蕩電路輸出端。</p><p>　　XTAL1 和XTAL2 是獨立的

7、輸入和輸出反相放大器，它們可以被配置為使用石英晶振的片內振蕩器，或者是器件直接由外部時鐘驅動。本次課程設計采用的是內時鐘模式，即采用利用芯片內部的振蕩電路，在XTAL1、XTAL2 的引腳上外接定時元件（一個石英晶體和兩個電容），內部振蕩器便能產(chǎn)生自激振蕩。一般來說晶振可以在1.2 ～ 12MHz 之間任選，甚至可以達到24MHz 或者更高，但是頻率越高功耗也就越大。在本次課程設計采用的11.0592M 的石英晶振。和晶振并聯(lián)的兩個電容

8、的大小對振蕩頻率有微小影響，可以起到頻率微調作用。當采用石英晶振時，電容可以在20 ～ 40pF 之間選擇（本實驗套件使用30pF）；當采用陶瓷諧振器件時，電容要適當?shù)卦龃笠恍?，?0 ～ 50pF 之間。通常選取33pF 的陶瓷電容就可以了。具體電路如下：</p><p>　?。?）EA/VPP（31腳）的功能和接法</p><p>　　51 單片機的EA/VPP（31 腳） 是內部和外

9、部程序存儲器的選擇管腳。當EA 保持高電平時，單片機訪問內部程序存儲器；當EA 保持低電平時，則不管是否有內部程序存儲器，只訪問外部存儲器。</p><p>　　對于現(xiàn)今的絕大部分單片機來說，其內部的程序存儲器（一般為flash）容量都很大，因此基本上不需要外接程序存儲器，而是直接使用內部的存儲器。</p><p>　　在本實驗套件中，EA 管腳接到了VCC 上，只使用內部的程序存儲器。&

10、lt;/p><p><b>　?。?）鍵盤輸入電路</b></p><p>　　在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時，為了減少I/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式，如圖1所示。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個按鍵加以連接。這樣，一個端口（如P1口）就可以構成4*4=16個按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加

11、一條線就可以構成20鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵（9鍵）。由此可見，在需要的鍵數(shù)比較多時，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。</p><p>　　由于本次實驗是制作簡易計算器，按鍵需求較多，所以輸入設備選擇為一個矩陣鍵盤，具體電路設計如下：</p><p>　　（5）數(shù)碼管顯示電路</p><p>　　數(shù)碼管按段數(shù)可分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)

12、碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點顯示）；按能顯示多少個“8”可分為1位、2位、3位、4位、5位、6位、7位等數(shù)碼管。</p><p>　　按發(fā)光二極管單元連接方式可分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管，共陽數(shù)碼管在應用時應將公共極COM接到+5V，當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應字段就點亮，當某一字段的陰極為高電平時，相應字段就

13、不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管，共陰數(shù)碼管在應用時應將公共極COM接到地線GND上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應字段就點亮，當某一字段的陽極為低電平時，相應字段就不亮。</p><p>　　本次課程設計采用共陰數(shù)碼管作為顯示設備，驅動芯片采用3態(tài)8位緩沖器芯片，具體型號為SN74LS244N，位選采用4個NPN三極管驅動,具體型號為S9013，具體電

14、路如下：</p><p><b>　　四、軟件設計</b></p><p><b>　　1 程序內容</b></p><p>　　本次課程設計的程序包括：主程序（實現(xiàn)乘法，加法，科學計算等），延時子程序，鍵盤掃描子程序，數(shù)碼管顯示子程序。</p><p><b>　　2 C語言程序<

15、/b></p><p><b>　　見附錄</b></p><p>　　五、Protues仿真</p><p><b>　　具體仿真圖如下：</b></p><p>　　需要說明的是，本次仿真主要檢驗程序是否正確，所以省去了復位電路，晶振電路，電源電路等。因為在仿真中這些電路沒有不會影響程序的

16、運行。這樣可以節(jié)省時間，避免做些無用功，同時電路看起來更簡潔，更易理解，把最關鍵的與程序有關的電路連接凸顯出來。</p><p><b>　　六、設計總結</b></p><p>　　在本次課程設計中我體會最深刻的就是“理想是豐滿的，現(xiàn)實是殘酷的”。平常在學習中，我們只學習了書本上理論的知識，知道原理。具體做起實物來問題百出！</p><p>

17、　　在這次實驗中，困擾我很深的是數(shù)碼管的顯示問題，一直想用三極管來進行位選，實現(xiàn)動態(tài)顯示，但是電路連接好后三極管基極只要給一點電壓（大約超過0.7V左右），集電極和發(fā)射極就導通，從而導致數(shù)碼管一直導通，顯示出數(shù)字8，不受程序控制。剛出現(xiàn)這個問題的時候，我一直沒找出是軟件還是硬件問題。直到用萬用表測出基極電壓才找出問題。但是我換了基極電阻的大小，最后還是沒有沒有解決問題。</p><p>　　最后我改變了硬件電路連

18、接，決定直接把位選接到P2口，這樣雖然亮度沒有原來的強，但是由于有驅動芯片，亮度還是比較滿意，可以滿足要求。這樣就解決了之前的問題。</p><p>　　在整個課程設計過程中，還遇到了其他的小問題，在這里不一一贅述了。</p><p>　　這次課程設計題目看起來簡單，但還是從中學到了些有用的東西。尤其要感謝老師的嚴格要求，這樣加強了我把這次課程設計做好的動力。</p><

19、;p><b>　　七、附錄</b></p><p><b>　　1 C語言程序：</b></p><p>　　#include<reg52.h> //52系列單片機頭文件</p><p>　　#include<math.h></p><p>　　#includ

20、e<intrins.h> </p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　#define cheng0</p><p>　　#define jia1</p><p>　　#def

21、ine kaifang 2</p><p>　　sbit wei1=P3^0; //定義4個位選端口</p><p>　　sbit wei2=P3^1;</p><p>　　sbit wei3=P3^2;</p><p>　　sbit wei4=P3^3;</p><p>　　uchar code table

22、[]={ //數(shù)碼管編碼</p><p>　　0x3f,0x06,0x5b,0x4f,</p><p>　　0x66,0x6d,0x7d,0x07,</p><p>　　0x7f,0x6f,0x77,0x7c,</p><p>　　0x39,0x5e,0x79,0x71};</p><p>　　void dela

23、yms(uint);</p><p>　　void display(uint shi);</p><p>　　uchar keyboard();</p><p>　　uchar key_ok=0;</p><p>　　uchar num_key=0;//按鍵號 </p><p>　　uchar count=0;//按鍵

24、有效標識 </p><p>　　void main()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uint a=0,num1=0,num2=0,num3=0,num_count=1;</p><p>　　char fuhao=0;</p><p>　　//while(1){di

25、splay(456);}</p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　a=keyboard();</p><p>　　if(key_ok==1)</p><p><b>　　{</b>

26、;</p><p><b>　　key_ok=0;</b></p><p>　　if(count==1&&a<10)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(num_count==1)</p><p><b>　　nu

27、m1=a*1;</b></p><p><b>　　else </b></p><p><b>　　num2=a*1;</b></p><p>　　if(num_count==3)</p><p>　　num_count=1;</p><p><b>　

28、　}</b></p><p>　　else if(a<10)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(num_count==1)</p><p>　　num1=num1*10+a;</p><p><b>　　else </b>

29、</p><p>　　num2=num2*10+a;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　if(a==11)</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　count=0;<

30、/b></p><p>　　fuhao=cheng;</p><p>　　if(num_count==3)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　num1=num3;</p><p><b>　　}</b></p><p>

31、　　num_count=2;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　else if(a==12)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　count=0;</b></p><p>　　fuhao

32、=jia;</p><p>　　if(num_count==3)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　num1=num3;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　num_count=2;</p><p&

33、gt;<b>　　}</b></p><p>　　else if(a==13)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　count=0;</b></p><p>　　fuhao=kaifang;</p><p>　　if(

34、num_count==3)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　num1=num3;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(fuhao==kaifang)</p><p>　　num3=sqrt(num1);</p&g

35、t;<p>　　num1=0;num2=0;</p><p>　　num_count=3;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　else if(a==16)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>

36、;　　count=0;</b></p><p>　　if(fuhao==cheng)</p><p>　　num3=num1*num2;</p><p>　　else if(fuhao==jia)</p><p>　　num3=num1+num2;</p><p>　　num1=0;num2=0;&l

37、t;/p><p>　　num_count=3; </p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(num_count==1)</p><p>　　display(num1);&

38、lt;/p><p>　　else if(num_count==2)</p><p>　　display(num2);</p><p>　　else if(num_count==3)</p><p>　　display(num3);</p><p><b>　　}</b></p><

39、p><b>　　}</b></p><p>　　void delayms(int t)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　int x,y;</b></p><p>　　for(x=0;x<t;x++)</p>

40、<p>　　for(y=0;y<t;y++);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void display(uint a) //顯示子函數(shù)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar qian,bai,shi,ge; <

41、/p><p>　　qian=a/1000;</p><p>　　bai=a/100%10;</p><p>　　shi=a%100/10;</p><p><b>　　ge=a%10;</b></p><p>　　P1=table[ge];</p><p>　　delayms(

42、5); </p><p>　　P3=0xf7; </p><p>　　delayms(2); </p><p><b>　　P3=0xfF;</b></p><p>　　delayms(3);</p><p>　　if(a>=10)</p><

43、;p><b>　　{</b></p><p>　　P1=table[shi];</p><p><b>　　P3=0xfB;</b></p><p>　　delayms(2);</p><p><b>　　P3=0xfF;</b></p><p>

44、　　delayms(3);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(a>=100)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　P1=table[bai];</p><p><b>　　P3=0xfD;</b&

45、gt;</p><p>　　delayms(2);</p><p><b>　　P3=0xff;</b></p><p>　　delayms(3);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(a>=1000)</p><p&

46、gt;<b>　　{</b></p><p>　　P1=table[qian];</p><p><b>　　P3=0xfE;</b></p><p>　　delayms(2);</p><p><b>　　P3=0xfF;</b></p><p>　

47、　delayms(3);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/*不完善的顯示判斷程序，不如上面的好</p><p>　　if(a>=1000)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　P3=0xf0;</p>

48、;<p>　　P1=table[qian];</p><p>　　//wei1=1;</p><p><b>　　P3=0xf8;</b></p><p>　　delayms(5);</p><p><b>　　P3=0xf0;</b></p><p>　　

49、P1=table[bai];</p><p><b>　　//wei2=1;</b></p><p><b>　　P3=0xf4;</b></p><p>　　delayms(5);</p><p><b>　　P3=0xf0;</b></p><p>

50、　　P1=table[shi];</p><p><b>　　//wei3=1;</b></p><p><b>　　P3=0xf2;</b></p><p>　　delayms(5);</p><p><b>　　P3=0xf0;</b></p><p&g

51、t;　　P1=table[ge];</p><p><b>　　//wei4=1;</b></p><p><b>　　P3=0XF1;</b></p><p>　　delayms(5);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　el

52、se if(a>=100)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　wei1=0;</b></p><p>　　P1=table[bai];</p><p><b>　　wei2=1;</b></p><p>　　del

53、ayms(5);</p><p><b>　　wei2=0;</b></p><p>　　P1=table[shi];</p><p><b>　　wei3=1;</b></p><p>　　delayms(5);</p><p><b>　　wei3=0;<

54、/b></p><p>　　P1=table[ge];</p><p><b>　　wei4=1;</b></p><p>　　delayms(5);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　else if(a>=10)</p>

55、<p><b>　　{</b></p><p><b>　　wei2=0;</b></p><p>　　P1=table[shi];</p><p><b>　　wei3=1;</b></p><p>　　delayms(5);</p><p>

56、;<b>　　wei3=0;</b></p><p>　　P1=table[ge];</p><p><b>　　wei4=1;</b></p><p>　　delayms(5);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>

57、;　　else </b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　wei3=0;</b></p><p>　　P1=table[ge];</p><p><b>　　wei4=1;</b></p><p>　　de

58、layms(5);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　*/</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　//矩陣鍵盤.無按鍵動作時其返回值num_key=0,否則返回按鍵號num_key****檢測高四位 </p

59、><p>　　unsigned char keyboard() </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　// unsigned char num_key=0;//按鍵號 </p><p>　　unsigned char temp=0;//讀取P2口線數(shù)據(jù) </p><p&

60、gt;　　static unsigned char temp_code=0;//用于保存按鍵值 </p><p>　　static unsigned char temp_circle=0xFE;//保存P2線上的循環(huán)掃描值 </p><p>　　static unsigned char num_check=0;//低電平計數(shù) </p><p>　　static un

61、signed char key_flag=0;//按鍵有效標識 </p><p>　　P2=temp_circle;//0xFX </p><p>　　temp=P2;//讀取P2口線數(shù)據(jù)</p><p>　　if(temp!=temp_circle)//有按鍵動作 </p><p><b>　　{ </b></p

62、><p>　　num_check++;//低電平計數(shù)|逢低電平加1 </p><p>　　if(num_check==5)//連續(xù)10次(10ms)低電平有效 </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　key_flag=1;//按鍵有效標識置1 </p><p>　　temp_c

63、ode=temp;//保存按鍵值 </p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　} </b></p><p>　　else//松手OR無按鍵動作,此時應該改變掃描線 </p><p><b>　　{ </b></p><p>　

64、　num_check=0; </p><p>　　if(key_flag==1)//按鍵有效判斷 </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　key_flag=0; </p><p><b>　　count++;</b></p><p><b>

65、　　key_ok=1;</b></p><p>　　switch(temp_code)//讀取按鍵號 </p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　//P2^0線 </b></p><p>　　case 0xEE: num_key=4; </p>

66、<p><b>　　break; </b></p><p>　　case 0xDE: num_key=3; </p><p><b>　　break; </b></p><p>　　case 0xBE: num_key=2; </p><p><b>　　break; </

67、b></p><p>　　case 0x7E: num_key=1; </p><p><b>　　break; </b></p><p><b>　　//P2^1線 </b></p><p>　　case 0xED: num_key=8; </p><p><b

68、>　　break; </b></p><p>　　case 0xDD: num_key=7; </p><p><b>　　break; </b></p><p>　　case 0xBD: num_key=6; </p><p><b>　　break; </b></p>

69、;<p>　　case 0x7D: num_key=5; </p><p><b>　　break; </b></p><p><b>　　//P2^2線 </b></p><p>　　case 0xEB: num_key=12; </p><p><b>　　break;

70、</b></p><p>　　case 0xDB: num_key=11; </p><p><b>　　break; </b></p><p>　　case 0xBB: num_key=0; </p><p><b>　　break; </b></p><p>

71、　　case 0x7B: num_key=9; </p><p><b>　　break; </b></p><p><b>　　//P2^3線 </b></p><p>　　case 0xE7: num_key=16; </p><p><b>　　break; </b>&l

72、t;/p><p>　　case 0xD7: num_key=15; </p><p><b>　　break; </b></p><p>　　case 0xB7: num_key=14; </p><p><b>　　break; </b></p><p>　　case 0x77

73、: num_key=13; </p><p><b>　　break; </b></p><p>　　} </p><p><b>　　} </b></p><p>　　temp_circle=_crol_(temp_circle,1);//改變掃描線 </p>

74、;<p>　　if(temp_circle==0xEF) </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　temp_circle=0xFE; </p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　} </b></p>

75、<p>　　return(num_key);//返回按鍵號 </p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　2焊接電路板實物圖</b></p><p><b>　　3 芯片引腳圖</b></p><p><b>　　51單片機引腳圖