河北工程大学单片机课设简易计算器的设计

1、信息与电气工程学院课程设计说明书（2011/2012学年第 二学期）课程名称：单片机课程设计题 目：简易计算器的设计专业班级：学生姓名：学 号：指导教师：设计周数：两周设计成绩 ：2012 年 6 月 21 日目录1课程设计目的 32、 课程设计正文 32.1、设计所需器材 322、设计任务和要求 32.3、设计方案 4231、硬件设计 41.STC90C52AD说明 42. 数码管说明 43. 晶体振荡电路设计 64. 数码管和位选设计 65. 复位设计 76. 蜂鸣器电路设计 87. 矩阵键盘的设计 8、软件设计 92.4、软硬件调试 143、课程设计总结 144、参考文献 15附录一、系

2、统原理图 16附录二、PCB图 17课程设计评语及成绩 18 一、课程设计目的1熟悉和掌握单片机的结构及工作原理。2掌握单片机的接口技术及相关外围芯片的外特性及控制方法。3通过课程设计， 掌握以单片机核心的电路设计的基本方法和技术， 了解表关电路参数的 计算方法。4通过实际程序设计和调试，逐步掌握模块化程序设计方法和调试技术。5通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程，使学生了解开发一单片机应用系统的全过程，为今后从事相应打下基础。二、课程设计正文2.1 设计所需器材电阻： 1K （8 个） 0.330k（8 个） 10k（1 个） 按键开关： 16 个极性电容 （1 个 10uf）非极性

3、电容： 30pf （5 个）晶振： 6MHZ（1 个）三极管：PNP（1 个）NPN （2 个）共阴极数码管： 2 个蜂鸣器： 1 个底座： DIP40（1 个） DIP16（1 个）万能电路板： 1 个芯片： STC90C52AD（ 1 片） MAX232（1 片） ,74HC573（ 片 ）发光二极管： 3 个接线端子： 1 个2.2 设计任务和要求课程设计任务要求做一个简易数字计算器。设计的主要内容是采用STC90C51AD作为控制单元，实现简易计算器功能。原始数据及主要任务：设计一个以 MCS-51 单片机为核心的简易计算器系统。能够进 行 5以内的数字简单的加，减，乘，除运算，用 2

4、 个数码管显示运算结果。若进行除法运 算，则小数点保留 1 位显示。如果除数为 0，则清 0 显示，且蜂鸣器响，当按下任意键后， 蜂鸣器停止。主要任务：（1）确定总体设计方案；（2）2位数码管显示电路设计， 4*4 按键电路设计，报警电路设计；（3） 设计硬件电路原理图和 PCB 图，绘制软件程序流程图，编写程序；（4）软硬件联机调试。技术要求：以MCS-51单片机为核心，主机用P1 口接4*4矩阵按键；P0 口用作数码管 段码接口， P2端口用作数码管位码选通接口和蜂鸣器电路接口。2.3 设计方案简易数字计算器设计，主要的部分是STC90C52AD编写程序，实现软硬结合，能够进行 5 以内的

5、数字简单的加，减，乘，除运算，且具备清零功能。6 个数字键， 6个功能键。进行除法运算时，小数点保留 1 位显示。如果除数为 0，则清 0 显示，蜂鸣器响，当按下 任意键后，蜂鸣器停止。可扩展计算连续功能，数据溢出清0 显示，蜂鸣器响，按下任意键后，蜂鸣器停止。2.3.1 硬件设计1.STC90C52AD说明AT89C51的引说明和功能说明如下：XTAL1 :接外部晶振的一个引脚。在单片机内部，它是一反相放大器输入端，这个 放大器构成了片内振荡器。它采用外部振荡器时，些引脚应接地。XTAL2 :接外部晶振的一个引脚。在片内接至振荡器的反相放大器输出端和内部时钟发生器输入端。当采用外部振荡器时，

6、则此引脚接外部振荡信号的输入。RST : STC90C52A啲复位信号输入引脚，高电位工作，当要对芯片又时，只要 将此引脚电位提升到高电位，并持续两个机器周期以上的时间，AT89C51便能完成系统复位的各项工作，使得内部特殊功能寄存器的内容均被设成已知状态。P0 口(P0.0P0.7)是一个8位漏极开路双向输入输出端口，当访问外部数据时，它是地址总线(低 8位)和数据总线复用。外部不扩展而单片应用时，则作一般双向I/ 0口用。P0 口每一个引脚可以推动 8个LSTTL负载。P2 口(P2.0P2.7) 口是具有内部提升电路的双向 I/O端口(准双向并行I/O 口)，当访 问外部程序存储器时，它

7、是高 8位地址。外部不扩展而单片应用时，则作一般双向I /0口用。每一个引脚可以推动 4个LSTL负载。P1 口 (P1.0P1.7) 口是具有内部提升电路的双向I/O端口(准双向并行I/O 口)，其输出可以推动4个LSTTL负载。仅供用户作为输入输出用的端口。I/O端口(准双向并行I/O 口)，它还P3 口(P3.0P3.7) 口是具有内部提升电路的双向提供特殊功能，包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部随机存储器内容的读 取或写入控制等功能。2. 数码管LED显示器由8段发光二极管组成，排列成 8字形状，称为8段LED显示器，器件内部接线 图如图所示：为了显示数字或符号，要为LED

8、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的共阴极字形代码如下表：显示字符012345+-*/段码3FH06H5BH4FH66H6DH70H40H76H49H3. 晶体振荡电路设计图2.3-2晶体振荡电路采用6MHZ勺晶振，接在芯片的18,19弓I脚上。在复位端口加低电平。4. 数码管和位选设计图2.3-3数码管和位选电路需要显示时间选用共阴极的数码管是三极管驱动，接有1000欧姆的保护电阻而成的两个数码管在显示时需要选通，采用STC90C52A啲P0 口作为位选信号的输出端，高电平有效。由

9、于P0 口有8个输出端，当端口为高电平使对应的数码管选通。共阴极的数码管是低电平有效，所以采用 NPN的三极管。5. 复位设计复位键直接加在单片机的复位端，当按键S1被按下时，系统复位。图2.3-4复位电路6.蜂鸣器电路设计图2.3-5蜂鸣器电路蜂鸣器接在P3.5 口上，当触发时P3.5产生低电平使其导通，蜂鸣器响，报警。7.矩阵键盘的设计图2.3-6 矩阵键盘开关接在P1 口上，P1.0P1.7，按键按下后相应的按键由高电平变为低电平，P1.0P1.3为行。软件设计系统程序：#in clude<reg52.h>#defi ne uint un sig ned int#defi n

10、e uchar un sig ned charsbit SPK = P3A5;/蜂鸣器引脚定义ucharcodetable=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x67,0x3e,0x76,0x40,0x76,0x49;/0123456789 + int flag, nu ml, num2,num3,num 4,key1,key2,xia nshi,result ,nu m,temp;intt1;uint frq;/*延时函*/void delay(unsigned char ms)unsigned char i;while(ms-)for

11、(i = 0; i < 120; i+);void inter_init()/ 工作方式 1，定时器 0TMOD = 0x01;frq = 0x00;TH0 = 0x00;TL0 = 0xff;IE = 0x82;TR0=1;/*结果显示判断 */void panduan()int i;if(flag=1)flag=0;for(i=0;i<10000;i+)SPK=SPK;if(key1%2=0)|(key2%2=0)result=num1+num2;if(key1%2!=0)|(key2%2!=0)result=num3+num4; xianshi=result;*按键扫描 *u

12、char keyscan()/ 带返回值函数P1=0xf7; / 开始扫描第一行键 temp=P1;temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0)delay(5);temp=P1;temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0)temp=P1;switch(temp)case 0xe7:key1+;num1=1;num2=1;xianshi=num1;if(num=11)num3=1;num4=3;xianshi=num2;break;case 0xd7:key2+;num1=3;num2=3;xianshi=num1;if(num=11)nu

13、m3=1;num4=3;xianshi=num2;break;/ 松手检测while(temp!=0xf0)temp=P1;temp=temp&0xf0;P1=0xfb; / 开始扫描第二行键 temp=P1;temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0)delay(5);temp=P1;temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0)temp=P1;switch(temp)case 0xeb:num=11; xianshi=num;break;case 0xdb:num=8;flag=1;break;while(temp!=0xf0)

14、 / 松手检测temp=P1;temp=temp&0xf0;return xianshi;/ 得到返回值主函数 */ 数码管位选/*void main()P2=0x01;num=16;inter_init();while(1)xianshi=keyscan();panduan();P0=tablexianshi;*中断 *void timer0() interrupt 1 using 1 TH0 = 0xfe;TL0 = frq;2.4 、软硬件调试系统调试： 根据系统设计方案， 本系统的调试共分为两大部分：硬件调试， 软件调试。（1）硬件调试对各个模块的功能进行调试， 主要调试各模块

15、能否实现指定的功能。 首先用数字万用 表对实物板上的各元器件进行测试，在测试过程中，检验出一些错误，如数码管的引脚接 错了，导致数码管无法显示，将数码管各引脚正确焊接后，数码管正常工作。（2）软件调试软件调试采用单片机仿真器 keil uVision 及 protus ，将编好的程序进行调试，主要 是检查语法错误。再进行仿真，检验各个子程序是否正确执行，和硬件模块的协调性。由 于能力有限，程序中仍然存在如下BUG不能进行连续除法，尚未实现加减法和乘除法之间的混合运算，错误报警后按运算符号键结束警报三、课程设计总结回顾起此次单片机课程设计，我感慨颇多，从选题到定稿，从理论到实践，在接近两 个星期

16、的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以 巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程 设计使我懂得了只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正 为社会服务， 从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。 在设计的过程中遇到问题， 可以说得是困难重重，在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解 得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说不懂一些元器件的使用方法，对单片机汇编语言掌 握得不好通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多编程问题，最后在岑毅南老师的 辛勤指导下，终于得到解决。同时，在岑毅南老师那里我学得到很多实用的知识，在次我 表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！四. 参考文献1 张毅刚 . 单片机原理及应用 . 高等教育出版社， 20032 苏家键等 . 单片机原理及应用技术 . 北京：高等教育出版社， 200420063 钟睿.MCS-51单片机原理及应用开发技术.北京：中国铁道出版社,4 范蟠果 . 工控单片机原理及应用 . 北京：清华大学出版社， 2007附录一、系统原理图-W辛！#_吕 -a 一