单片机课程设计十进制加法计算器设计讲解.docx

1、单片机课程设计十进制加法计算器设计讲解存档资料 成绩： 华 东 交 通 大 学课 程 设 计 报 告 书所属课程名称 单片机原理及应用 题 目 院 （系） 电 气 学 院 班 级 电气化14 - 班 学号 学生姓名 指导教师 辅导教师 2016年 12 月 30 日 课程设计(论文)任务书 电气 学院 电气工程 专业 14 级（ ）班 一、课程设计(论文)题目 填写所选题目 二、课程设计(论文)工作自 2016 年 12 月 26 日起至 2016 年 12 月 30 日止。三、课程设计(论文)内容要求：1本课程设计的目的（1）使学生掌握系统单片机各功能模块的基本工作原理； （2）培养学生单片

2、机硬件电路设计的基本思路和方法； （3）使学生掌握系统调试的方法；（4）培养学生分析、解决问题的能力；（5）提高学生的科技论文写作能力。 2课程设计的任务及要求1）基本要求：（1）分析所设计系统各功能模块的工作原理；（2）选用合适的器件（芯片）；（3）提出系统的设计方案（要有电路原理图）； （4）对所设计电路进行仿真调试。（5）所设计系统的具体功能要求：（此处填写自已所选题目任务书中的系统功能要求） 2）提高要求： 在基本要求达到后，可进行创新设计，如改善电路性能，在实验板上调试等。3）课程设计论文编写要求（1）要按照书稿的规格誊写课设论文（2）论文包括目录、绪论、正文、小结、参考文献、附录等

3、（3）正文中要有程序设计思路的阐述，程序流程图,硬件原理图等（4）课设论文装订按学校的统一要求完成4）课设考核： 从以下几方面来考查：（1）出勤情况及任务的饱满程度； （2）设计任务的难易程度；（3）完成课设任务情况；（4）动手调试能力；（5）论文撰写的原理分析、设计思路以及论述的层次性、条理性、格式的规范性； 5）课程设计进度安排内容 天数地点构思及收集资料 1图书馆程序设计与调试 3实验室撰写论文 1教室学生签名： 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（）、一般（）、差（）； （2）完成调试能力评价 ：优（）、良（）、中（）、

4、一般（）、差（）； （3）论文撰写水平评价：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（4）论文格式规范性评价 ：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（5）考勤及任务饱满情况 ：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；评阅人： 2017 年1 月 7 日1、摘 要-22、设计任务和要求-23、单片机简要原理-3 3.1 AT89C51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-115、 软件设计-12 5.1 系统设计-12 5.2 显示与按键设计-146、 系统调试.-226.1系统初始状

5、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-257、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

6、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0255，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

7、 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。3.1 AT89C51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（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。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

8、储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，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。其功能特性描述：AT89C51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，8 位微控制器 8K 字节在系统可编程 Flash ROM。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。

9、 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

10、.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： P1.0 T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出 P1.1 T2EX（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

11、MOVX DPTR 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MOVX 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

12、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：P3.0 RXD(串行输入口)P3.1 TXD(串行输出口)P3.2 INTO(外中断0)P3.3 INT1(外中断1)P3.4 TO(定时/计数器0)P3.5 T1(定时/计数器1)P3.6 WR(外部数据存储器写选通)P3.7 RD(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/PROG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

13、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（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX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

14、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信号。EA/VPP外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-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：l. 根据实际电路的要求，选择要使用哪些I/O端口。2. 初始化

15、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PO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

16、就复位，或者中途按按键也可以进行复位。（二） 晶振电路 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

17、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

18、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44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： 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LED数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

19、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09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

20、标志位，清空缓存区，读取键码，判断功能，在LED上作出回应，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LED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LED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）

21、 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LED显示器。为了显示数字或符号，要为LED显示器提供代码，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09的共阳极字形代码如下表：显示字型gfedcba段码001111110c0h100001100f9h210110110a4h310011110b0h4110011099h5110110192h6111110182h700001110f8h8111111180h9110111190h 表一 共阳极数码管段码对照表(二) 读键子程序设计

22、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

23、（0FFH）同等看待。 (三) 流程图 图八 计算键值子程序流程图（四）源程序RESULT EQU 60H RESULT1 EQU 61H FUNCTIONKEY EQU 62H ORG 00HSTART: MOV R3,#0 MOV FUNCTIONKEY,#0 MOV 32H,#00H MOV 33H,#00H MOV 34H,#00HMLOOP: CALL DISP ;调显示子程序WAIT: CALL TESTKEY ;判断有无按键 JZ WAIT CALL 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N

24、EXT1: CJNE A,#1,NEXT2 LJMP E1NEXT2: CJNE A,#2,NEXT3 LJMP E1NEXT3: CJNE A,#3,NEXT4 LJMP E1NEXT4: CJNE A,#4,NEXT5 LJMP E1NEXT5: CJNE A,#5,NEXT6 LJMP E1NEXT6: CJNE A,#6,NEXT7 LJMP E1NEXT7: CJNE A,#7,NEXT8 LJMP E1NEXT8: CJNE A,#8,NEXT9 LJMP E1NEXT9: CJNE A,#9,NEXT10 LJMP E1NEXT10: CJNE A,#10,NEXT11 ;判断是

25、否功能键 LJMP E2 ;转功能键处理NEXT11: CJNE A,#11,NEXT12 LJMP E2NEXT12: CJNE A,#12, NEXT13 LJMP E2NEXT13: CJNE A,#13,NEXT14 LJMP E2NEXT14: CJNE A,#14,NEXT15 LJMP E2NEXT15: LJMP E3 ;判断是否清除键E1: CJNE R3,#1,N1 ;判断第几次按键 LJMP E11 ;为第一个数字N1: CJNE R3,#2,N2 LJMP E12 ;为第二个数字N2: CJNE R3,#3,N3 LJMP E13 ;为第三个数字N3: LJMP E3

26、;第四个数字转溢出E11: MOV R4,A ;输入值暂存R4 MOV 34H,A ;输入值送显示缓存 MOV 33H,#00H MOV 32H,#00H LJMP MLOOP ;等待再次输入E12: MOV R7,A ;个位数暂存R7 MOV B,#10 MOV A,R4 MUL AB ;十位数 ADD A,R7 MOV R4,A ;输入值存R4 MOV 32H,#00H ;输入值送显示缓存 MOV 33H,34H MOV 34H,R7 LJMP MLOOPE13: MOV R7,A MOV B,#10 MOV A,R4 MUL AB JB OV,E3 ;输入溢出 ADD A,R7 JB CY,E3 ;输入溢出 MOV R4,A MOV 32H,33H ;输入值送显示缓存 MOV 33H,34H MOV 34H,R7 LJMP MLOOPE3: MOV R3