毕业论文之单片机简易计算器

1、-. z本科毕业设计论文题目：计算器模拟系统的设计与制作作者 指导教师专业班级 学 院 提交日期 2021年6 月 10 日 工业大学本科毕业设计论文计算器模拟系统的设计与制作指导教师： 工业大学成教学院2021年6月Dissertation Submitted to Zhejiang University of Technologyfor the Degree of BachelorDesign of calculator imitatesandStudent: Wu Le-pingAdvisor: Fan LingzhiAdult education college Zhejiang Un

2、iversity of TechnologyJun 2021浙 江 工 业 大 学毕业设计论文任务书专 业 班 级 学生一设计论文题目： 计算器模拟系统的设计与制作 二原始资料：1、郭天祥.新概念51单片机C语言教程J.电子工业，2021.1；.2、林jie.单片机应用实例与开发M.电子科技大学出版，2021.4；3、边海龙.单片机开发与典型工程工程实例详解J.电子工业，2021.2：；4、于永.51单片机C语言常用模块与综合系统设计J.电子工业，2021.5；5、义和.例说51单片机(C语言版)M.人民邮电，2021.12三设计论文要求：1、计算器能显示8位数字，开机运行时，只有数码管最低位

3、显示为0，其余位全部不显示2、具有44键盘，分别表示09、/ 、和清零键CL，输入的数字从设计的键盘输入；3、可对两个无符号数进展加、减、乘、除运算，并显示计算结果。4、结果溢出时发出嘀报警声。5、制作出实物，写出合格的毕业论文。四毕业设计论文容： 1设计论文说明书根据大纲要求 一份 2 设计论文图纸 单片机简易计算器原理图 五毕业设计论文工作期限： 任务书发给日期 2011 年 4 月 25 日 设计论文工作自 2011 年 4 月 25 日 至 2011 年 6 月 10 日 指导教师 系主任 主管院长 -. z计算器模拟系统的设计与制作摘 要当今社会，随着人们物质生活的不断提高，电子产品

4、已经走进了家家户户，无论是生活或学习，还是娱乐和消遣几乎样样都离不开电子产品，大型复杂的计算能力是人脑所不能胜任的，而且比拟容易出错。计算器作为一种快速通用的计算工具方便了用户的使用。而计算器是人们日常非常熟悉的一款电子产品，本设计着重在于分析计算器软件和开发过程中的环节和步骤，并从实践经历出发对计算器设计做了详细的分析和研究，单片机已逐渐成为电子产品研制和开发中首选的控制器，它的应用越来越成为人们关注的焦点，本设计基于STC89C51单片机以及MA*7219数码管显示驱动来设计简易计算器。通过其他外围模块电路的设计，电源模块，单片机程序下载模块，蜂鸣器驱动模块，单片机最小系统的设计，MA*7

5、219驱动电路，组成简易计算器。论文从设计要求出发，通过对每个方案的分析和研究，最终确立最正确方案。论文分析简易计算器模拟系统的设计过程，每个硬件模块的设计详情以及软件局部的设计详情，来阐述整个设计。最终根据设计方案，制作出实物。关键词：单片机 STC89C51 MA*7219 数码管DESIGN OF CALCULATER IMITATESANDAbstractIs social nowadays, continuously raise along with peoples physical life, the electronics product has already walked i

6、nto all families, regardless is life or study, is still that amusement and amusement almost and all everything can not get away from an electronics product, the large and plicated calculation ability is a person brain not petent for of, and a little bit easily e amiss.The calculator is a kind of qui

7、ckly in general use calculation tool convenience the customers use.But the calculator is a style of electronics product that acquaint with really everyday of people, this design emphasizes to lie in analyze calculator software and development process in of the link and the step, and from practiced e

8、*perience to set out to do a detailed analysis and research to the calculator design,The list slice machine has already bee an electronics product to develop gradually and develop medium head the controller for choosing, its application more and more bees the focus that people pay attention to, this

9、 design according to STC89 C51 list slice the machine and MA*7219 figures tube shows to drive to design simple calculator.Pass the design of other outer circle mold piece electric circuits, the power mold piece, the list slice machine procedure downloads a mold piece, the buzzer drives a mold piece,

10、 list the design of the slice machines minimum system, the MA*7219 drives electric circuit and constitutes simple calculator.The thesis requests to set out from the design, passes the analysis to each project and research and finally establishes the best project.The thesis is analytical the simple c

11、alculator imitate the design process of system, the design detail of each hardware mold piece and the design detail of the software part, elaborate the whole design.Finally according to the design project, create a real object.Keyword:Single-chip MCU STC89C51 MA*7219 Ni*ie tubu目 录TOC o 1-2 h u HYPER

12、LINK l _Toc295484591摘要i HYPERLINK l _Toc295484592 Abstract PAGEREF _Toc295484592 h ii HYPERLINK l _Toc295484593 第一章 绪论 PAGEREF _Toc295484593 h 1HYPERLINK l _Toc2954845941.1研究单片机简易计算器的意义 PAGEREF _Toc295484594 h 1 HYPERLINK l _Toc295484595 1.2 计算器的开展趋势 PAGEREF _Toc295484595 h 1 HYPERLINK l _Toc2954845

13、96 1.3 本文研究思路与安排 PAGEREF _Toc295484596 h 2 HYPERLINK l _Toc295484597 第二章 计算器模拟系统的设计与制作总体方案 PAGEREF _Toc295484597 h 3 HYPERLINK l _Toc295484598 2.1 使用到的工具软件 PAGEREF _Toc295484598 h 4 HYPERLINK l _Toc295484599 2.2 多个方案的比照 PAGEREF _Toc295484599 h 4 HYPERLINK l _Toc295484604 第三章 核心局部硬件仿真 PAGEREF _Toc295

14、484604 h 5 HYPERLINK l _Toc295484605 第四章 模块电路设计详解 PAGEREF _Toc295484605 h 7 HYPERLINK l _Toc295484606 4.1 电源局部的设计 PAGEREF _Toc295484606 h 7 HYPERLINK l _Toc295484609 4.2 程序下载模块的设计 PAGEREF _Toc295484609 h 8 HYPERLINK l _Toc295484613 4.3 单片机最小系统的设计 PAGEREF _Toc295484613 h 10 HYPERLINK l _Toc295484618

15、4.4 时钟电路模块的设计。 PAGEREF _Toc295484618 h 12 HYPERLINK l _Toc295484621 4.5 复位电路模块的设计。 PAGEREF _Toc295484621 h 13 HYPERLINK l _Toc295484624 4.6 键盘扫描模块的设计。 PAGEREF _Toc295484624 h 14 HYPERLINK l _Toc295484628 4.7 显示电路模块的设计 PAGEREF _Toc295484628 h 16 HYPERLINK l _Toc295484634 4.8 更好的解决方案 PAGEREF _Toc29548

16、4634 h 18 HYPERLINK l _Toc295484637 第五章 硬件整体设计 PAGEREF _Toc295484637 h 20 HYPERLINK l _Toc295484638 第六章 软件局部的总体设计 PAGEREF _Toc295484638 h 20 HYPERLINK l _Toc295484639 第七章 程序分模块设计 PAGEREF _Toc295484639 h 21 HYPERLINK l _Toc295484640 7.1 程序头 PAGEREF _Toc295484640 h 21 HYPERLINK l _Toc295484641 7.2 延时子

17、程序的设计 PAGEREF _Toc295484641 h 21 HYPERLINK l _Toc295484642 7.3 键盘扫描子程序 PAGEREF _Toc295484642 h 22 HYPERLINK l _Toc295484643 7.4 数据发送子程序 PAGEREF _Toc295484643 h 23 HYPERLINK l _Toc295484653 7.5 数据显示子程序 PAGEREF _Toc295484653 h 27 HYPERLINK l _Toc295484654 7.6 主函数 PAGEREF _Toc295484654 h 28 HYPERLINK l

18、 _Toc295484655 第八章 总结与展望 PAGEREF _Toc295484655 h 29 HYPERLINK l _Toc295484656 参考文献 PAGEREF _Toc295484656 h 30 HYPERLINK l _Toc295484657 致 PAGEREF _Toc295484657 h 31 HYPERLINK l _Toc295484658 附录1.硬件仿真图 PAGEREF _Toc295484658 h 32 HYPERLINK l _Toc295484659 附录2.硬件原理图和PCB图 PAGEREF _Toc295484659 h 34HYPER

19、LINK l _Toc295484660 附录3.制作好的实物 PAGEREF _Toc295484660 h 36 HYPERLINK l _Toc295484661 附录4.程序清单 PAGEREF _Toc295484661 h 37-. z绪 论当今社会，随着人们物质生活的不断提高，电子产品已经走进了家家户户，无论是生活或学习，还是娱乐和消遣几乎样样都离不开电子产品，大型复杂的计算能力是人脑所不能胜任的，而且比拟容易出错。计算器作为一种快速通用的计算工具方便了用户的使用。计算器是人们普遍拥有电子产品之一。本设计着重在于分析计算器软件和开发过程中的环节和步骤，并从实践经历出发对计算器设计

20、做了详细的分析和研究。单片机已逐渐成为电子产品研制和开发中首选的控制器，它的应用越来越成为人们关注的焦点，51单片机是对目前所有兼容Intel 8031指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始祖是Intel的8031单片机，后来随着Flash rom技术的开展，8031单片机取得了长足的进展，成为目前应用最广泛的8位单片机之一，51单片机是根底入门的一个单片机，还是应用最广泛的一种。本系统就是充分利用了51单片机的I/O引脚。本设计基于STC89C51单片机以及MA*7219数码管显示驱动来设计简易计算器，周边硬件环境设计有STC51系列单片机的程序下载模块,电源模块等。1.1 研究单片机简易

21、计算器的意义单片机已逐渐成为电子产品研制和开发中首选的控制器，它的应用越来越成为人们关注的焦点，计算器在日常生活中是比拟常见的电子产品之一。用单片机来实现计算器的根本功能这一课题不仅能与生活实际相结合，又能很好的验证我们的根底知识和动手能力。也是对整个大学所学习的知识的一个总结和回忆。1.2 计算器的开展趋势计算器只是简单的计算工具，有些机型具备函数计算功能，有些机型具备一定的贮存功能，但一般只能存储几组数据。计算机能够实现数据的录入、处理、存储和输出，但它所以 中国古老的计算器-算盘它不能自动地实现这些操作过程，必须由人来操作完成。现在使用的计算器大局部都是由一块IC和一块LCD显示屏，再加

22、上电源模块就可以完成复杂的运算。运行在计算机里的编写好的程序有更好的人机交互界面，更强大的计算能力，还可以完成一些特殊的运算，比方数制的转换，复杂函数运算，甚至连很多软件都带有计算功能，比方OFFICE办公软件等等。同时，移动设备如手机，平板电脑都可以应用相关应用程序，或者本身有相关功能。也可以进展一些简单或者复杂的运算。如今，掌上计算器也朝着更小型化，更多功能用途，更智能化开展，而且价格更廉价，连手机也有相关应用程序可使用。1.3 本文研究思路与安排本设计采用STC89C51作为设计的硬件根底，STC89C51与MCS-51单片机产品兼容、8K字节在系统可编程Flash存储器、1000次擦写

23、周期、全静态操作：0Hz33Hz、三级加密程序存储器、32个可编程I/O口线、三个16位定时器/计数器八个中断源、全双工UART串行通道、低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符。完全符合设计所需的硬件标准。P1口作为显示接口和AT89S51系列的ISP，我们预留了两排的接插件，一排用于显示接口，使用3个I/O口P1.0，P1.1，P1.2,，加上VCC，GND电源端用于驱动显示板显示所显示的容。P3口主要用于STC系列单片机的ISP，和驱动蜂鸣器的的发声。其他I/O口闲置。P0口加上103(10K)上拉电阻，用于驱动键盘，进展键盘识别扫描。P2口在设计中没

24、有分配应用，但是预留接插件，以便扩展使用。设计有针对于STC51系列单片机的程序下载模块。设计有电源模块和蜂鸣器驱动模块。时钟信号采用12MHZ的晶振，因为未接外部ROM，所以EA脚接高电平，复位电路使用的是上电复位，同时加上手动复位。主板的硬件设计。由于考虑到显示的稳定性,硬件资源占用等因素，显示板采用MA*7219驱动两个四位七段共阴数码管作为显示板。计算器模拟系统的设计与制作总体方案设计要求基于51单片机设计出简易计算器系统，于是预选用STC89C51，如果部ROM缺乏，可选用STC89C51或者其他兼容型号单片机。因为设计的是简易计算器系统，于是需要键盘输入，所需键位为4*4键盘，于是

25、可以使用4*4矩阵式键盘，由一个I/O口来驱动。结果的显示采用两个四位七段数码管来实现，可满足要求，显示驱动可使用74LS244，MA*7219，单片机最小系统设计比拟固定，不需要更改太多，同时设计的时候，可以进展一些扩展，比方参加STCISP功能。本设计采用STC89C51作为设计的硬件根底，STC89C51与MCS-51单片机产品兼容、8K字节在系统可编程Flash存储器、1000次擦写周期、全静态操作：0Hz33Hz、三级加密程序存储器、32个可编程I/O口线、三个16位定时器/计数器八个中断源、全双工UART串行通道、低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉

26、电标识符。完全符合设计所需的硬件标准。P1口作为显示接口和AT89S51系列的ISP，我们预留了两排的接插件，一排用于显示接口，使用3个I/O口P1.0，P1.1，P1.2,，加上VCC，GND电源端用于驱动显示板显示所显示的容。P3口主要用于STC系列单片机的ISP，和驱动蜂鸣器的的发声。其他I/O口闲置。P0口加上103(10K)上拉电阻，用于驱动键盘，进展键盘识别扫描。P2口在设计中没有分配应用，但是预留接插件，以便扩展使用。设计有针对于STC51系列单片机的程序下载模块。设计有电源模块和蜂鸣器驱动模块。时钟信号采用12MHZ的晶振，因为未接外部ROM，所以EA脚接高电平，复位电路使用的

27、是上电复位，同时加上手动复位。主板的硬件设计，硬件布局如图1-1所示。图1-1 硬件分布图 由于考虑到显示的稳定性,硬件资源占用等因素，显示板采用MA*7219驱动两个四位七段共阴数码管作为显示板。2.1使用到的工具软件使用到的工具：电烙铁、可调电源、万用表、钻孔台、示波器、计算机等。使用到的软件：Altium D*P、Proteus ISIS、KEIL、C-Free、MS Office、STC ISP、Atmel ISP、Adobe Photoshop等计算机应用软件。2.2多个方案的比照在设计之初，进展设计规划的时候，通过自己的所学知识以及查阅一些书籍还有网上查找了很多资料，设计了多个方案

28、，综合考虑各方面因素。进展比照分析，最终选择最优的设计方案。各方案的设计具体如下。方案一:在一开场设计的时候，我们采用了P0口 P0口加上10K上拉电阻作为段码驱动显示，P2口作为位驱动，P1口作为键盘驱动识别，这样，P0口作为段驱动，可以使数码管更亮通过调节上拉电阻的阻值，单片机其他准IO口部有30K的上拉电阻，这里采用10K的上拉电阻，可以比其他IO口输出更大的电流缺点，键盘布局不适合使用操作，PCB布线较多的跳线。方案二:采用P1口段驱动显示，P2口位驱动，在段驱动加上74LS244缓冲器，使显示更稳定，P0口加上10K上拉电阻作为键盘扫描识别。但是通过和方案四的比照，发现显示依然不够稳

29、定，PCB布线跳线较多，如果开发为两块板，导线需要较多，不够稳定。方案三:采用P0口加上10K上拉电阻作为段驱动显示，P2口位驱动，在P0口接74HC573作为段驱动。P2口接74LS138，作为位驱动，P1作为键盘扫描识别。PCB布线较为复杂，而且程序的设计也较为的复杂。方案四:最终确定使用显示板使用MA*7219驱动两个共阴四位七段红色数码管显示数字。因为使用MA*7219驱动数码管显示，亮度稳定，不闪烁，传统数码管显示驱动电路占用的系统资源较多。假设为动态显示，则8位数码管显示驱动电路一般由1 片8255 和4片5407构成，不仅占用硬件资源多，而且需要通过软件定时刷新，故占用软件资源也

30、不少；假设为静态显示，则8 位数码管显示驱动电路一般由8片54LS164构成，所占用硬件资源太多。MA*7219以其串行接口的传输速率可达10 MHz，独立的发光二极管段控制，译码与非译码两种显示方式可选，数字、模拟两种亮度控制方式，可以级联使用,显示接口简单等特点，而采用1片MA*7219便可完成8位数码管的显示驱动任务。方案四硬件设计思路为：P1口为显示驱动，及AT89S系列单片机的ISP作用， P0口接上拉电阻103，10K，用于4*4键盘扫描，蜂鸣器由P34口驱动。单片机复位方式使用上电自动复位，时钟局部使用12MHz外部晶振。P3.0，P3.1专用STC51单片机程序下载，其他I/O

31、口未使用，P2口闲置，备以后扩展使用。J20其中三个引脚接到P1.0，P1.1，P1.2，分别为LOAD数据装载输入端,CLK单片机提供应显示驱动芯片MA*7219的时钟信号,DIN(串行数据输入,加上两个电源端口，驱动显示板。同时硬件电路还设计了电源局部主要为稳压，限压，滤波，开关，与电源的接驳，集成STC51系列单片机的程序下载电路局部。设计蜂鸣器驱动电路，用于声音提示按键声音，结果溢出提示声音。单片机最小系统，承载单片机的根底应用硬件环境。4*4键盘扫描模块。MA*7219显示板，及与单片机的接口方案。确立好实现方案后，接下来使用Proteus进展仿真方案通过Proteus仿真环境进展修

32、改、完善硬件和程序设计。核心局部硬件仿真Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。Protues可以很方便的查找出所设计的软件和硬件的缺陷和错误，及时的发现错误，并且更快的改正错误。可以大大的减少了开发一款产品的时间，同时也可以防止很多不必要的浪费如果使用硬件来调试软件，在修改设计的过程中可能要频繁的对硬件的参数，电路连接进展修改，耗时、费力，还会造成硬件的损坏，造成不必要的浪费)。启动Proteus ISIS，设置好设计模板，查找设计所

33、需的相关器件七段八位数码管、MA*IM 美信MA*7219、KEYPAD 4*4矩阵键盘、RESPACK 九针排阻、51单片机，这里选用AT89C51按照规划好的位置排列好，连接好电气线路这里为了整个图的美观，所以大局部使用总线、网络标号的方式建立电气连接。完成仿真图的设计。如下列图是本设计的所需的最主要的几个器件。把器件摆放整齐，适合电气连接。接下来就是连接电气连接线了。连接好后，认真检查，最好的方法就是加载确认为正确的测试程序，测试各个模块是否连接正确。设计好了的仿真电路图，如图2-1为设计好的仿真图。图2-1 画好的仿真电路图接下来就把写好的，编译好的程序加载，运行仿真，在仿真中找到程序

34、，硬件中的问题，及时改正。如下列图，就是设计好的仿真图。在左上角加上文字框，可以让别人更直观的了解是什么设计，设计的要什么。软件已经设计好了，并且已经仿真成功，如图2-2就是正在仿真中的虚拟硬件。图示显示计算结果为334。在Proteus仿真的虚拟的环境下，软件和硬件已经到达了设计所要求。图2-2 正在仿真的硬件图仿真已经到达了设计所要求的结果。接下来通过查找资料、自己的所学知识以及通过Proteus仿真的正确结果，接下来可以进展实际的硬件设计环节了,接下来将在实际硬件环境中进展试验。模块电路设计详解4.1 电源局部的设计原理图如图3-1为电源模块原理图图3-1 电源模块电路原理说明当翻开电源

35、开关，电源不稳，会产生杂波，而单片机对于电源电压非常敏感，从而影响单片机的正常工作。为了防止与此，我们设计了滤波电路，起到滤波的作用，从而更好的防止不必要的故障发生。本设计的电源电路有电源接口，开关，LED指示灯和滤波、稳压电路组成。滤波电路的原理：信号频率越高，电容的容抗越小，而电感的感抗越大。利用电容和电感的这一特性，将电容与负载RL并联，或将电感与负载RL串联，则能去掉或衰减脉动直流电压中的高频交流成分，保存直流成分。本电路的滤波是由电容滤波和RC滤波构成。LED是用来指示电源接通的情况。电源局部的设计没有涉及到变压，整流局部，只是对器件BNCDC头的直流5V电压进展开关设计，电源指示，

36、稳压，限压，滤波作用，其中使用到了5.1V/1W稳压管，使供应单片机的和其他局部模块的电源限制在5V，或低于5V。电源的输入采用2.5mm口径的DC头，可使用计算机USB口供电，或者使用USB接口输出5V电压的MP3,MP4或者手机的电源适配器进展供电。既方便，又经济。程序下载模块的设计原理图程序下载模块原理图，如图3-2所示。图3-2 串口程序下载模块原理说明上图的原理图为STC51系列单片机的程序下载模块，使用串口进展程序的下载。由J4串口接口连接到电脑的串口通信端口，使计算机能和单片机通信。通过STC ISP计算机端软件，把编写好的并编译好的程序文件下载到单片机的部ROM中。RS232的

37、供电由设计的主板统一供电。Atmel的89S51 P1口预留有接插件，方便程序下载，AT89S系列单片机下载板需另外制作，使用并口下载，较为麻烦。J4为DB9的九针串口接口，RS232为DIP16封装的MA*IM公司的MA*232EPE周边电容为50V 1Uf的电解质电容。MA*232芯片是美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片,使用+5v单电源供电。器件引脚介绍第一局部是电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12v和-12v两个电源，提供应RS-232串口电平的需要。第二局部是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成

38、两个数据通道。其中13脚R1IN、12脚R1OUT、11脚T1IN、14脚T1OUT为第一数据通道。8脚R2IN、9脚R2OUT、10脚T2IN、7脚T2OUT为第二数据通道。TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。第三局部是供电。15脚GND、16脚VCC+5v。如图3-3所示引脚图。图3-3 MA*232引脚图 单片机最小系统的设计引脚分布图本设计采用的为DIP40封装的STC89C51RC，如图3-4所示图3-

39、4 STC89C51引脚图各引脚功能说明cc:+5V电源电压。ss:电路接地端。P0.0P0.7:通道0，它是8位漏极开路的双向I/O通道，当扩展外部存贮器时，这也是低八位地址和数据总线，在编程和校验期间，它输入和输出字节代码，通道0吸收/发出二个TTL负载P1.0P1.7:通道1是8位拟双向I/O通道，在编程和校验时，它发出低8位地址。通道吸收/发出一个TTL负载。P2.0P2.7:通道2是8位拟双向I/O通道，当外部存贮器时，用作高8位地址总线。通道2能吸收/发出一个TTL负载。P3.0P3.7:通道3准双向I/O通道。通道3能吸收/发出一个TTL负载，P3通道的每一根线还有另一种功能：P

40、3.0:R*D，串行输入口。P3.1:T*D，串行输出口。P3.2:INT0，外部中断0输入口。P3.3:INT1，外部中断1输入口。P3.4:T0，定时器/计数器0外部事件脉冲输入端。P3.5:T1，定时器/计数器1外部事件脉冲输入端P3.6:WR，外部数据存贮器写脉冲。P3.7:RD，外部数据存贮器读脉冲。RST/VpD:引脚9，复位输入信号，振荡器工作时，该引脚上2个机器周期的高电平可以实现复位操作，在掉电情况下Vcc降到操作允许限度以下， 后备电源加到此引脚，将只给片RAM供电。ALE/PROG:引脚30，地址锁存有效信号，其主要作用是提供一个适当的定时信号，在它的下降沿用于外部程序存

41、储器或外部数据存贮器的低8位地址锁存，使总线 P0输出/输入口分时用作地址总线低8位和数据总线， 此信号每个机器出现2次，只是在外部数据存储器期间才不输出ALE。所以，在任何不使用外部数据存贮器的系统中，ALE以1/6振荡频率的固定速率输出，因而它能用作外部时钟或定时，8751的EPROM编程时，此端输编程脉冲信号。PSEN:引脚29，程序选通有效信号，当从外部程序存贮器读取指令时产生， 低电平时，指令存放器的容读到数据总线上。EA/VPP:引脚31，当保持TTL高电平时，如果指令计数器小于4096，8051执行部ROM的指令，8751执行部EPROM的指令，当使TTL为低电平时，从外部程序存

42、贮器取出所有指令，在8751的EPROM编程时，此端为21V编程电源输入端。*TAL1:引脚18，部振荡器外接晶振的一个输入端，HMOS芯片使用外部振荡源时，此端必须接地。*TAL2:引脚19，部振荡器外接晶振的另一个输入端，HMOS芯片使用外部振荡器时，此端用于输入外部振荡信号。单片机最小系统如图3-5为设计好的单片机最小系统设计原理图。图3-5 单片机最小系统原理图设计说明在进展I/O口工作分配的时候，考虑到布线及产品的美观性，以及操作的简易性，P1口为显示驱动，及AT89S系列单片机的ISP作用，P1.5 MOSI在系统编程用P1.6 MISO在系统编程用P1.7 SCK在系统编程用。P

43、0口接上拉电阻103，10K，用于4*4键盘扫描，蜂鸣器由P34口驱动。单片机复位方式使用上电自动复位，时钟局部使用12MHz外部晶振。P3.0，P3.1专用STC51单片机程序下载，其他I/O口未使用，P2口闲置，备以后扩展使用。J20其中三个引脚接到P1.0，P1.1，P1.2，分别为LOAD数据装载输入端,CLK单片机提供应显示驱动芯片MA*7219的时钟信号,DIN(串行数据输入,加上两个电源端口，驱动显示板。4.4 时钟电路模块的设计。原理图如图3-6为时钟电路模块的设计原理图。图3-6 时钟电路图原理说明单片机的最小系统有三局部组成，即电源，时钟电路和复位电路。其中单片机的电源引脚

44、与5V电源连通即可，而时钟电路和复位电路还需接口扩展，这也是单片机的根本电路操作。时钟电路用于产生单片机工作所需的时钟信号，时序是指令执行中各信号之间的相互关系。单片机本身就如同一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进展工作。在STC89C52单片机部带有时钟电路，因此，只需要在片外通过*TAL1和*TAL2引脚接入定时控制元件(晶体振荡器和电容)，即可构成一个稳定的自激振荡器。在STC89C52芯片部有一个高增益反相放大器，而在芯片的外部，*TAL1和*TAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容。在单片机的*TAL1脚和*TAL2脚之间并接一个

45、晶体振荡器就构成了部振荡方式。STC89C52单片机部有一个高增益的反相放大器，*TAL1为部反相放大器的输入端，*TAL2为部反相放大器的输出端，在其两端接上晶振后，就构成了自激振荡电路，并产生振荡脉冲，振荡电路输出的脉冲信号的频率就是晶振的固有频率。在实际应用常还需要在晶振的两端和地之间各并上一个小电容。用晶振和电容构成谐振电路。电容大小与晶振频率和工作电压有关。但电容的大小影响振荡器的稳定性和起振的快速性，为了提高精度，本实验板采用20pF的电容作为微调电容。在设计电路板时，晶振、电容等均应尽可能靠近芯片，减小分布电容，以保证振荡器振荡的稳定性。 复位电路模块的设计。原理图如图3-7为复

46、位电路模块的设计原理图。C6CDS18SW SPSTVCC1KR2Res2RESET图3-7 上电手动复位电路原理图原理说明复位是单片机的初始化操作，其目的是使CPU和系统中各局部处于一个确定的状态，并从这一状态开场工作。系统上电路或死机后都要进展复位操作。单片机的RST引脚为复位引脚，振荡电路正常工作后，RST端加上持续两个机器周期的高电平后，单片机就被复位。复位电路有3种根本方式：上电复位，开关复位和看门狗复位。本课题采用按键开关复位是指通过接通按钮开关，使单片机进入复位状态。开关复位电路一般不单独使用。在应用系统设计中，假设需使用开关复位电路，一般的做法是将开关复位与上电复位组合在一起形

47、成组合复位电路，上电复位电路完成上电复位功能，开关复位电路完成人工复位。图中C7与R1构成了上电复位电路。上电复位后，电源经R2对C6充满电源，C6等效于开路，RESET端为低电平；单片机正常工作。按开关后，C6两端电荷经R2迅速放电，开关断开后，由C6、R2及电源完成对单片机的复位操作。在上述电路中C6、R2按上电复位电路的设计而取值。 复位电路的作用非常重要，能否成功复位关系但单片机系统能否正常运行的问题。如果振荡电路正常而单片机系统不能正常运行，其主要原因是单片机没有完成正常复位，程序计数器的值没有回0，特殊功能存放器没有回到初始状态。这时可以适当地调整上电复位电路的阻容值，增加其充电时

48、间常数来解决问题。键盘扫描模块的设计。原理图如图3-8为键盘扫描模块设计原理图。图3-8 4*4键盘原理说明键盘是单片机系统中最常用的人机对话输入设备，用户通过键盘向单片机输入数据或指令。键盘控制程序需完成的任务有：监测是否有键按下，有键按下时，在无硬件去抖的动电路时，应用软件延时方法消除按键抖动影响；当有多个键同时按下时，只处理一个按键，不管一次按键持续多长时间，仅执行一次按键功能程序。本设计采用键盘扫描由P0口驱动。4*4键盘设计方案，键盘局部布线较为困难，在设计之初本采用4*4的键盘模组，不仅方便，布线也快，但是4*4键盘模组较难买到。所以最后采用16颗规格为0.6cm*0.6cm=边长

49、*宽。满足设计要求的所有功能。键盘布局如图3-9是键盘键位布局。图3-9 4*4键盘键位布局矩阵按键扫描程序是一种节省IO口的方法,按键数目越多节省IO口就越可观。显示电路模块的设计原理图如图3-10所示为MA*7219驱动电路原理图。图3-10 显示板原理图原理说明显示板使用MA*7219驱动数码管，它将单片机传送过来的显示信号进展解码，驱动数码管显示。具有亮度稳定，不闪烁，可达10MHz的扫描频率。显示信号传输用线少，适合把主板和显示板分开设计。接口定义为只有VCC 5V电源输入，可以和单片机同源供电，GND端，LOAD数据装载输入端，CLK时钟输入端，和DIN串行数据输入端)。其中J5为

50、连接单片机主板的数据传输导线以及电源导线，数码管采用两个四位七段共阴红色数码管，段扫描接有1K限流电阻，而位扫描则采用100的限流电阻。同时，通过调节接在ISET电阻的大小来调节最大段电流，从而也可以调节数码管的显示亮度。MA*7219介绍MA*7219 是一种高集成化的串行输入/输出共阴极显示驱动器, 可实现微处理器与7段码的接口, 可以显示8 位或64 位单一LED。芯片上包括BCD 码译码器、多位扫描电路、段驱动器、位驱动器、含88位静态RAM ,用于存放显示数据。只需外接一个电阻就可为所有的L ED 提供段电流。MA*7219 的三线串行接口适用于所有微处理器,单一位数据可被寻址和修正

51、,无需重写整个显示器。MA*7219 具有软件译码和硬件译码两种功能, 软件译码是根据各段笔划与数据位的对应关系进展编码, 硬件译码采用BCD码(简称B 码) 译码。MA*7219 工作模式包括150A 低压电源关闭模式、模拟数字亮度控制、限扫存放器(允许用户从第1 位数字显示到第8 位) 及测试模式(点亮所有L ED)。MA*1279 引脚说明及功能MA*1279 引脚排列如图1 所示, 引脚功能如表1 所列。MA*7219 功能框图如图2 所示。串行输入数据在时钟上升沿时移入部的16 位移位存放器在装载的上升沿时数据被锁存在每一位或存放器中。装载信号必须在第16 个时钟上升沿发生时或之后到

52、达高电平, 但要在下一个时钟的上升沿和数据丧失之前到达。串行输入数据通过移位存放器传输, 在以后数据输出的16. 5 个时钟循环出现,数据在时钟的下降沿记录下来。数据各位记录为D0D15 (如表2 所列) , D8D11 为移位存放器地址, D0D7 为数据, D12D15 是无关位。第一位接收到的位是最高位D15。D7 为数据最高有效位,D0 为数据最低有效位。如图3-11为MA*7219的引脚分布图。图3-11 MA*7219引脚图表3-1 MA*7219的引脚功能 引脚名称功能1DIN串行数据输入端,时钟上升沿时,数据存入部的16 位移位存放器2 ,32、3、5、6、7、8、10、11D

53、IG07数码管位驱动线(8 位)4、9GND地线(两脚必须相连)12LOAD输入数据装载端。在装载的上升沿,串行输入的最后一个16 位数据被锁存13CL K时钟输入端。最大频率10MHz ,时钟上升沿时数据移入,时钟下降沿时数据从串行数据输出口输出1417,223AG,DP数码管段驱动线(8 段)18Iset段电流输入端。通过连接在V + 端与Iset 端之间的电阻Rset 设置段电流的大小19V +电源20DOUT串行数据输出端。从DIN 端输入的数据经过16. 5 个时钟周期后输出到DOUT 端 四位七段数码管引脚图七段四位共阴数码管引脚如图3-12所示。图3-12 四位七段数码管引脚图

54、更好的解决方案电源局部电源局部更好解决方案如图3-13所示。图3-13 开关电源模块电源局部采用开关电源设计，并有整流作用，接入电源可以不用注意极性，接入电源为DC +6V，输出也可以调压通过调节变阻器W1的阻值。在无输出时，按下S2，C4正极点为高电位，给Q2基极以高电位，Q2导通，使Q1基极低电位，Q1导通。VCC输出。VCC输出，通过W1，给Q2高电位，Q2持续导通，通过R5给Q3基极高电位，Q3导通。C4正极低电位。假设VCC过载，电源自动关断。VCC有输出，再次按下S2，电源关断。此电源的优点为：可过载保护，不用注意输入电源的极性。可调电压，精准输出。按钮控制，更方便。键盘模块的优化

55、方案键盘局部可以使用4*4键盘模组模组可以大大的缩小设计的体积，也使设计实物更加的美观，同时PCB的布线也更加的简单。硬件整体设计接下来可以进展PCB的设计了。画板采用的软件为Altium D*P 10Protel的最新版本，可以很大的限度提高设计效率和设计效果。启动D*P，新建PCB工程文件，新建schematic原理图文件，根据设计的方案，以及仿真修改后的仿真图。查找加载元器件，更改属性，封装,如果找不到器件，需要自己画器件。将器件排列，放置恰当。然后连接电气线。由于原理图较大，所以分为多副原理图来画。接下来更改封装，没封装的自己通过实物测量，画出封装。将原理图导入新建的PCB文件中，对器

56、件进展布局，连线，PCB布线所花时间较多，前期布线好后需要进展调整，以期到达最正确、最合理、最美观的PCB文件。设计画的PCB板采用单面板，20mil的最小电气间隔，线径有15mil,25mil,40mil,50mil等规格。接下来把画好的PCB板进展打样了。同时通过设计工程的BOM表来购置元器件。PCB板打样好后。接下来在PCB板得焊盘上根据器件引脚大小选择钻头，使用钻台打通孔，然后根据PCB设计工程选择正确器件型号，插件，确保方向、位置正确，然后焊接。接下来进展检验调试，用到的工具有电烙铁、万用表、可调电源，示波器、剪钳等等。上电后，并没有出现太多曲折，实物一步成功。如图1.5为打样好的P

57、CB板。接下来使用STC ISP软件对单片机进展程序的下载。工具软件提示的操作步骤，连接好串口线，查看串口通信端口，选择好单片机型号，翻开编译好的*.HE*或*.BIN文件，设置好通信端口，选择好波特率一般默认115200，不翻开单片机电源，点击下载，当提示MCU上电时再给单片机上电。稍等一会，下载成功。软件局部的总体设计Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、构造性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，我们写的汇编语言源程序要变为CPU可以执行的机器码有两

58、种方法，一种是手工汇编，另一种是机器汇编，目前已极少使用手工汇编的方法了。机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于MCS-51单片机的汇编软件有早期的A51，随着单片机开发技术的不断开展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断开展，Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件，Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在的完整开发方案，通过一个集成开发环境uVision将这些局部组合在一起。在编写程序的时候，先考虑硬件分布，以及要到达的设计效果，理清好思路，对每一块程序小模块进展规划设计。最后全局的设计规划。由于

59、KEIL编写程序没有Cfree好用，所以首先使用Cfree,把软件整体编写出来。然后到Keil中进展调试修改。同时应用Proteus仿真环境。查找软件的错误和缺陷，到达设计所要求的结果。如图5-1是系统软件设计流程图。图5-1 整体程序流程图图程序分模块设计程序头程序头，定义显示驱动端口，串行数据输入DIN为P1.0脚，同步时钟为P1.1引脚，数据输入使能端为P1.2引脚。方便接下来的编程，便于修改程序以及更清晰地阅读理解程序。延时子程序的设计如图6-1为延时子程序的程序框图。图6-1 延时程序模块延时子程序，用于键盘扫描的防抖动，显示发送子程序的延时，蜂鸣器响声长度的定时等。使用到for循环

60、，总共执行次数为，a*b*c=10*20*100=20000；假设是在主频为12MHZ的电路中，单片机执行一条语句时间大约为1us，则这个延时为2400us，大约为20ms。键盘扫描子程序如图6-2是键盘扫描子程序的设计流程图，简述键盘扫描程序的一个工作过程。图6-2 键盘扫描按键扫描子程序，首先定义键盘端口为P0，将P0读入的值进展分析键值。再将键值转换成数值存放。同时当按键按下，还要驱动接在P3.4的蜂鸣器短响，以示按键已经按下。数据发送子程序端口时序图如图6-3 MA*7219显示驱动端口时序图图6-3 驱动端口时序图MA*7219存放器MA*7219 有14 个可寻址的控制字存放器(如