单片机课设.docx
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单片机课设
课程设计说明书
前言
单片机的出现是计算机制造技术高速发展的产物，它是嵌入式控制系统的核心，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，但仅单片机方面的知识是不够的，还应根据具体硬件结构、软硬件结合，来加以完善。
计算器在人们的日常生活中是比较常见的电子产品之一。
可是它还在发展之中，以后必将出现功能更加强大的计算机，基于这样的理念，本设计是基于51系列单片机来进行的数字计算器系统设计，可以完成计算器的键盘输入，进行加、减、乘、除六位数范围内的基本四则运算，并在LCD上显示相应的结果。
设计电路采用AT89C51单片机为主要控制电路，利用MM74C922作为计算器4*4键盘的扫描IC读取键盘上的输入。
显示采用字符LCD静态显示。
软件方面使用C语言编程，并用PROTUES仿真。
一、总体设计
根据题目要求本设计采用AT89C51单片机为主要控制电路，通过扩展必要的外围接口来实现计算器的加减乘除功能。
具体设计如下：
（1）由于要求设计的是简单的计算器可以进行加减乘除的运算，因此可用LCD显示器来显示输入值和计算结果的值。
（2）键盘的设计包括0-9的数字键，+、-、*、/的运算键，还有=键和ON/C清零键。
所以需要16个按键即可，设计中采用的是protues中4*4集成的计算键盘。
（3）执行过程：
开机显示零，输入数字时，通过LCD显示出来，当键入+、-、*、/运算符，计算器在内部执行数值转换和存储，并等待再次键入数值，当再键入数值后将显示键入的数值，按等号就会在LCD上输出运算结果。
（4）错误提示：
当计算器执行过程中有错误时，会在LCD上显示相应的提示,如：
当输入的数值或计算得到的结果大于计算器的表示范围时，计算器会在LCD上提示溢出；当除数为0时，计算器会在LCD上提示错误。
系统模块图：
二．硬件设计
（一）、总体硬件设计
本设计选用AT89C51单片机为主控单元。
显示部分：
采用LCD静态显示。
按键部分：
采用4*4键盘；利用MM74C922为4*4的键盘扫描IC，读取输入的键值。
总体设计效果见附录。
（二）、键盘接口电路
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4×4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1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。
图1矩阵键盘
为了进一步节省单片机I/O口资源，我们在设计中使用了MM74C922芯片。
MM74C922是一款4*4键盘扫描IC，它可检测到与之相连的4*4键盘的按键输入，并通过数据输出口将按键相应的编码输出。
如下图2所示，在本设计中，计算器输入键盘的4条行线、列线分别连接到MM74C922的X1-X4、Y1-Y4引脚，MM74C922的数据输出口与单片机的P2口相连，KBM引脚接外加电容用以消除开关弹跳的影响。
OSC引脚接外加电容控制键盘扫描电路的频率。
MM74C922的DA引脚经过一个非门连接到单片机的/INT0脚，当MM74C922检测到键盘输入时，DA产生高电平，与之相连的/INT0检测到低电平，给单片机一个中断，单片机从P2口的低四位读入键盘上按下的键的值。
图2键盘接口电路
（三）、LCD显示模块
本设计采用LCD液晶显示器来显示输出数据。
通过D0-D7引脚向LCD写指令字或写数据以使LCD实现不同的功能或显示相应数据。
图3LED显示
（4）运算模块（单片机控制）
运算模块由键盘和显示屏组成。
单片机通过按键来实现输入数据和操作方式的控制，MCS-51单片机是在一块芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多功能I/O等一台计算机所需要的基本功能部件。
如果按功能划分，它由如下功能部件组成，即微处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM/EPROM）、并行I/O口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器（SFR）。
单片机是靠程序运行的，并且可以修改。
通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，通过使用单片机编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！
因此我们采用单片机作为计算器的主要功能部件，可以进行很快的实现运算功能。
XTAL1是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到XTAL1，而XTAL2悬空。
内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为12MHz，时钟频率就为6MHz。
晶振的频率可以在1MHz-24MHz内选择。
电容取30PF左右。
在此设计中采用的是内部方式。
图4内部方式
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。
复位后P0－P3口均置1引脚表现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存器SFR全部清零。
当复位脚由高电平变为低电平时，芯片为ROM的0000H处开始运行程序。
常用的复位电路如下图5所示。
图5复位电路
复位操作不会对内部RAM有所影响。
当8051通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。
复位是单片机重新执行程序代码的意思。
8051的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，图5使用的是手动复位的方式。
此外，RESET/Vpd还是一复用脚，Vcc掉电期间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部RAM的数据不丢失。
3、软件设计
现实生活中人们熟知的计算器，其功能主要：
键盘输入；数值显示；加、减、乘、除四则运算；对错误的控制及提示；
针对上述功能，计算器软件程序要完成以下模块的设计：
1、键盘输入检测模块2、LCD显示模块；3、算术运算模块；3、错误处理及提示模块。
本设计是硬件电路和软件编程相结合的设计方案，选择的编程语言为C语言。
C语言具有语言简洁，使用方便，灵活，运算丰富，表达化类型多样化，数据结构类型丰富，具有结构化的控制语句，程序设计自由度大，有很好的可重用性，可移植性等特点。
系统总流程图
1、键盘输入检测程序设计
有键按下时，单片机响应外部中断0，转入外部中断0中断处理函数，在中断处理函数中完成对按键的判断，以进行下一步的程序处理。
1、LCD显示程序设计
利用LCD静态显示，通过程序向LCD写指令字或数据使LCD完成不同功能或显示相应数据。
2、算数运算程序设计
先判断输入的运算符是+、-、*、/中的哪一个，若是+或-，则要判断运算结果是否溢出，溢出则显示错误信息，没溢出就显示运算结果，若是/，则要先判断除数是否为零，为零就显示错误信息，不为零则显示运算结果，若是-，则直接显示运算结果。
其流程图如图4.2所示。
3、错误处理及提示程序设计
/**********除数为处理函数**********/
voiddealerror（）
{
inti=0;
clearLCD（）;
for（i=0;i<5;i++）
write_data（error[i]）;
}
/*********数值溢出处理函数**********/
voiddataoverflow（）
{
inti=0;
clearLCD（）;
for（i=0;i<8;i++）
write_data（overflow[i]）;
四、调试说明
完成了硬件的设计和软件的编程后，要是系统能够按照设计意图就要进行调试件，分为硬件调试和软件调试两个部分。
不过，作为一个单片机系统，其运行是软硬件相结合的，因此，软硬件的调试也是绝对不可能分开的。
由于此次设计只进行仿真所以硬件调试主要是检查电路是否有连线错误和设计上的错误。
可用PROTEUS里的ElectricRuleChack来快速进行电气检查，而设计上的错误要在与软件进行联调时才能发现。
软件调试用KILL来进行。
一般分为以下四个阶段：
1、编写程序并查错；2、在C语言的编译系统中编译源程序3、对程序进行编译连接，并及时发现程序中存在的错误；4、改正错误，最后使之生成.hex文件。
把.hex文件导入单片机中进行联调。
进一步对设计进行完善，使之达到预期的功能。
5、使用说明
本设计采用80S51芯片，实现了利用单片机进行了一个简单计算器设计。
能够对输入数据进行加减乘除运算及LED显示。
上电后，屏幕初始化显示0，按下数字键，屏幕显示要运算的第一个数字，再按下符号键，然后再按下数字键，屏幕显示要运算的第二个数字，最后按下“﹦”号键，屏幕上显示出计算结果。
如果要再次计算，可以按下“ON/C”键清零，或者按下单片机的复位键，重新初始化。
当计算器执行过程中有错误时，会在LCD上显示相应的提示,如：
当输入的数值或计算得到的结果大于计算器的表示范围时，计算器会在LCD上提示溢出；当除数为0时，计算器会在LCD上提示错误。
6、结论
本设计基本上实现了此次的的设计要求能够实现加减乘除运算并能连续运算。
参考文献
[1]徐爱钧.智能化测量控制仪表原理与设计（第二版）．北京航天航空大学出版社,2004.9
[2]孙育才等.MCS-51系列单片微型计算机及其应用（第4版）．东南大学出版社，2004.3
[3]李萍等.智能仪器实验指导书．大连交通大学，2007.9
[4]单片机应用技术（C语言）.中国劳动社会保障出版社，2006.6
[5]武庆生,仇梅等著.单片机原理与应用.电子科技大学出版,1998.12
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[8]王威著.HCS12微控制器原理及应用.北京航空航天大学出版社,2007.10
[9]龚运新著.单片机C语言开发技术.北京清华大学出版社,2006.10
[10]周立功.单片机实验与实践.北京航空航天大学出版社，2004.3
附录1
电路总图
附录2
程序清单;
#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
chartranslate（intkeycode）;
voidarithmetic（）;
voidinit_LCM（）;
voidwrite_data（charddata）;
voidwrite_com（charcommand）;//定义写命令语句
voidcheck_BF（）;
voidclearLCD（）;
voiddisplay（longa）;
voiddealerror（）;
voiddataoverflow（）;
longx=0,y=0,num=0;
intoperators,input,iny=0;
charkey;
charerror[5]="error";
charoverflow[8]="overflow";
sbitEN=P3^4;
sbitR_W=P3^5;
sbitRS=P3^6;
main（）
{
EA=1;//总开关
EX0=1;//中断方式0开启
IT0=1;//外部中断0，低电平出发
P2=0xff;
display（0）;
init_LCM（）;
write_data（0x30）;
while
（1）
{
}
}
/**********键值转化为键盘上按键值函数*************/
chartranslate（intkeycode）
{
switch（keycode）
{
case0:
return'7';
break;
case1:
return'4';
break;
case2:
return'1';
break;
case3:
return'c';
break;
case4:
return'8';
break;
case5:
return'5';
break;
case6:
return'2';
break;
case7:
return'0';
break;
case8:
return'9';
break;
case9:
return'6';
break;
case10:
return'3';
break;
case11:
return'=';
break;
case12:
return'/';
break;
case13:
return'*';
break;
case14:
return'-';
break;
case15:
return'+';
break;
}
}
/***********外部中断0处理函数*************/
voidINT_0（void）interrupt0using0
{
key=translate（P2&0x0f）;
if（key<='9'&&key>='0'）//判断按下的键是否为数值
{
num=num*10+（key-'0'）;
if（operators>0）
{
y=num;
iny=1;
}
else
x=num;
if（num<134217728&&num>-134217728）//当前数值是否超出限定范围
{
display（num）;
}
else
dataoverflow（）;
}
else
{
switch（key）
{
case'c':
x=0;
y=0;
num=0;
iny=0;
operators=0;
display（num）;
break;
case'=':
arithmetic（）;
iny=0;
operators=0;
num=0;
break;
case'+':
if（operators）
arithmetic（）;
operators=1;
num=0;
break;
case'-':
if（operators）
arithmetic（）;
operators=2;
num=0;
break;
case'*':
if（operators）
arithmetic（）;
operators=3;
num=0;
break;
case'/':
if（operators）
arithmetic（）;
operators=4;
num=0;
break;
}
}
}
/**********算术运算函数*************/
voidarithmetic（）
{
if（iny）
{
switch（operators）
{
case1:
x=x+y;
num=x;
if（num<134217728&&num>-134217728）
{
display（num）;
}
else
dataoverflow（）;
break;
case2:
x=x-y;
num=x;
if（num<134217728&&num>-134217728）
{
display（num）;
}
else
dataoverflow（）;
break;
case3:
x=x*y;
num=x;
if（num<134217728&&num>-134217728）
{
display（num）;
}
else
dataoverflow（）;
break;
case4:
if（y==0）
dealerror（）;
else
{
x=x/y;
num=x;
if（num<134217728&&num>-134217728）
{
display（num）;
}
else
dataoverflow（）;
}
break;
}
y=0;
}
}
/**************LCD初始化函数*************/
voidinit_LCM（）
{
write_com（0x30）;
write_com（0x30）;
write_com（0x30）;
write_com（0x38）;
write_com（0x08）;
write_com（0x01）;
write_com（0x06）;
write_com（0x0e）;
}
/***********LCD写数据函数*************/
voidwrite_data（charddata）
{
RS=1;/*写指令*/
R_W=0;
EN=1;/*使能信号开*/
P1=ddata;/*将数据送入p1口*/
EN=0;/*使能信号关*/
check_BF（）;
}
/***********LCD写指令函数*************/
voidwrite_com（charcommand）
{
RS=0;/*写指令*/
R_W=0;
EN=1;/*使能信号开*/
P1=command;/*将数据送入p1口*/
EN=0;/*使能信号关*/
check_BF（）;
}
/************LCD检查忙碌函数***********/
voidcheck_BF（）
{
chari,x=0x80;
P1=0xff;
while（x&0x80）
{
RS=0;
R_W=1;
EN=1;
x=P1;
EN=0;
for（i=0;i<10;i++）;
}
EN=0;/*关闭使能信号*/
}
/**********LCD清屏函数**********/
voidclearLCD（）
{
write_com（0x01）;
}
/**********LCD显示函数**********/
voiddisplay（longa）
{
longtemp,b,c=-1;
intlenth=1,i,j;
clearLCD（）;
if（a<0）
{
a=a*c;
write_data（'-'）;
}
temp=a;
while（（temp=temp/10）!
=0）
{
lenth++;
}
for（i=lenth;i>0;i--）
{
b=1;
for（j=0;j{
b=b*10;
}
write_data（0x30+a/b）;
a=a%b;
}
}
/**********除数为0处理函数**********/
voiddealerror（）
{
inti=0;
clearLCD（）;
for（i=0;i<5;i++）
write_data（error[i]）;
}
/*********数值溢出处理函数**********/
voiddataoverflow（）
{
inti=0;
clearLCD（）;
for（i=0;i<8;i++）
write_data（overflow[i]）;
}
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