1、 单片机原理与接口技术课程设计 单片机系统 课程设计任务书 学生姓名 专业班级 自动 F1205 学号 题 目 基于 89C51 的计算器设计 课题性质 工程设计 课题来源 自拟 指导教师 主要内容 （参数） 利用 89C51 单片机设计一个计算器，实现功能如下： 1.4*4 按键用于 09 的数字输入、加减乘除、等于、清零功能； 2.能实现简单的加减乘除运算； 3.输入数字及计算结果通过 LED 显示器显示。 任务要求 （进度） 第 1-2 天：熟悉课程设计任务及要求，查阅技术资料，确定设计 方案。 第 3-4 天：按照确定的方案设计单元电路。要求画出单元电路图，元件及元件参数选择要有依据，
2、各单元电路的设计要有详细论述。 第 5-6 天：软件设计，编写程序。 第 7-8 天：实验室调试。 第 9-10 天：撰写课程设计报告。要求内容完整、图表清晰、文理流畅、格式规范、方案合理、设计正确，篇幅合理。 主要参考 资料 1 张迎新单片微型计算机原理、应用及接口技术（第 2 版） M北京：国防工业出版社， 2004 2伟福 LAB6000 系列单片机仿真实验系统使用说明书 3 阎石数字电路技术基础（第五版） 北京：高等教育出版社， 2006 审查意见 单片机原理与接口技术课程设计 系（教研室）主任签字： 年 月 日 单片机原理与接口技术课程设计 目录 绪论 . 1 1. 硬件组成与方案设
3、计 . 1 1.1 系统框图 . 1 1.2 硬件设计 . 2 1.3 功能设计 . 2 2. 硬件电路设计 . 2 2.1 时钟电路 . 2 2.2 复位电路 . 3 2.3 显示电路 . 4 2.4 键盘电路 . 5 3. 系统软件设计 . 6 3.1 主程序 . 6 3.2 键盘检测程序 . 7 3.3 读键输入程序 . 8 3.4 数码管显示程序 . 10 4. 仿真与调试 . 11 4. 软件调试 . 11 4.2 硬件调试 . 11 4.3 调试结果 . 11 总结 . 13 参考文献 . 13 附录 A：整体电 路图 . 14 附录 B：程序代码 . 15 单片机原理与接口技术课
4、程设计 1 绪论 近十几年来，单片机技术凭借其速度快，体积小，价格低，控制功能强，易于掌握，功能丰富等自身优点迅速发展，在各个领域发挥了重大作用，如今已成为一门成熟的学科 。 利用单片机可以实现 非常 丰富的功能， 如流水灯，闹钟，秒表，音乐盒等， 能够 独立 完成， 实现设计，可以很好的 检验自己 对硬件以及 对软件的 理解和 掌握水平。 本设计采用 80C51芯片，实现了利用单片机进行了一个简单计算器设计。允许对输入数据进行加 ， 减 ， 乘 ， 除运算 及 LED数码管的 显示。当然也可以用如 LED显示屏 显示来 显示出更多的字符， 实现更多的功能 。但 设计的关键所在，必须非常熟悉单
5、片机的原理与结构，同时还要对整个设计流程有很好的把握， 实现 单片机和其他模块 的 完整的衔接。 1. 硬件组成与方案设计 1.1 系统框图 硬件组成如图 1.1 所示 ，通过时钟电路来提供时钟脉冲，使单片机 有节拍的协同各个部件的同步有序工作，键盘电路来检测各个功能键， 通过数码管来显示输出结果，复位电路可以在单片机异常工作或者需要重新计算时进行复位 ： AT 89 C 51键盘电路数码管显示电路时钟电路复位电路图 1.1 芯片和键盘实现功能 单片机原理与接口技术课程设计 2 1.2 硬件 设计 根据功能和指标要求，本系统选用 89C52单片机为主控机。通过扩展必要的 外围接口电路，实现对计
6、算器的设计。 按键分布如下表 .所示： 表 .按键分布表 硬件 设计 如下： 由于要设计的是简单的计算器，可以进行四则运算 ，对 数字的大小范围要求不高故我们采用可以进六 位数字的运算，选用 6个 LED数码管显示数据和结果。 另外键盘包括数字键（ 0 9）、符号键（ +、 -、 、 ）、清除键和等号键，故只需要 16个按键即可。 1.3 功能 设计 功能实现如下 : 初始化 :上电后，屏幕初始化。 计算。按下数字键，屏幕显示要运算的第一个数字，再按下符号键， 屏幕不显示， 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
7、“C”键清零，或者按下单片机的复位键，重新初始化。 2. 硬件 电 路设计 2.1 时钟电路 时钟 电路 是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准，有条不紊地工作。因此时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也 单片机原理与接口技术课程设计 3 影响单片机系统的稳定性。 本文时钟电路采用内部时钟电路，在引脚 XTAL1 和 XTAL2 两端跨接石英晶体，通过外接晶振 C1,C2 形成 内部 时钟电路 ， C1,C2 一般取 30pF： 图 . 时钟电路 2.2 复位电路 上电复位电路是一种简单的复位电路，只要在 RST 复位引脚接一个电容到VCC，接一个电阻到地就可以了。
8、上电复位是指在系统上电时，复位 电路通过电容加到 RST 复位引脚一个短暂的高电平信号，这个复位信号随 VCC 对电容的充电过程而回落，故 RST 引脚复位的高电平维持时间取决于电容的充电时间。为保证系统安全可靠的复位， RST 引脚的高电平信号必须维持足够长时间，电路 图如下图图 2.2 所示 ： 图 . 复位电路 单片机原理与接口技术课程设计 4 2.3 显示 电路 如下图 2.3 所示为一位共阴极数码管的元件图 ： 图 2.3 数码管 它 是一种 半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。 表 2.1 为常用的字形表 ， 为了显示数字或符号，要为 LED 显示器提供代码，即字形代码 为方便
9、查询 数码管共阴极字形 段码 ，通过查询下表可以很方便的找到所需要段码： 显示字型 g f e d c B a 段码 0 0 1 1 1 1 1 1 3fh 1 0 0 0 0 1 1 0 06h 2 1 0 1 1 0 1 1 5bh 3 1 0 0 1 1 1 1 4fh 4 1 1 0 0 1 1 0 66h 5 1 1 0 1 1 0 1 6dh 6 1 1 1 1 1 0 1 7dh 7 0 0 0 0 1 1 1 07h 8 1 1 1 1 1 1 1 7fh 9 1 1 0 1 1 1 1 6fh 表 2.1 常用字形码（低电平有效） 数码管 是由 8 段发光二极管显示字段的显示
10、器件，发光二极管简称字段， 要显示某字形就应使该字形的相应字段点亮，也就是向数码管送入不同的电平组合， 通过不同的组合可以显示 09， AF 以及小数点 “.”等字符， 而 本设计为正整数的运算， 并 不涉及到小数点 的点亮。数码管的显示方法为： 通过右边的公共端单片机原理与接口技术课程设计 5 控制 数码管的亮灭，通过左边的段选码的电平状态确定每位发光二极管亮灭。 本次设计采用的是 6 位七段 共阴极 数码管， 但是 不需要单独使每个数码管送出段选码，而是 每 3 个 数码管的段选端通过内部总线相连， 再 通 过动态显示数码管的方式使每个数码管分时轮流选通 ，因此大大简化了电路，更好的利用了
11、 I/O资源。下图 2.4 即为所使用的 6 位数码管的 元件 图： 图 2.4 数码管显示电路 2.4 键盘电路 考虑到独立式键盘每个按键都要占用一个 I/O 口，按键较多时需要占用较多的的 I/O 口线，资源利用率低，并且 由于 本次 采用的单片机开发板 本身就是行列单片机原理与接口技术课程设计 6 式键盘，故 最终 采用的是 4 行列式键盘 。行列式键盘的四个行线处于输入状态，四个列线处于输出状态，按键设置在行列线的交叉点上，行列线分别连在按键开关的两端。 具体 键盘电路如图 2.3 所示： 图 2.5 键盘电路 3. 系统软件 设计 3.1 主程序 主程序流程图如图 3.1 所示 ，主
12、程序构成循环，首先初始化参数， 送 LED为高电平，初始状态下没有字形码显示 。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 09、清零键 ， “ ”还是 四则运算符 （ “+”， “-”， “*”，“/” ）， 如果是数字值，则计数第几个数，第几位数，进行内部运算处理，送入数码管进行显示输出， 是清零键则做 对数码管进行 清零， 如果是四则运算，则内部进行运算处理， 同时数码管不显示， 若为 “ ”号则输出运算结果，显示在数码管上。 单片机原理与接口技术课程设计 7 开始初始化输入处理数码管输出显示结束是否为四则运算符 ？Y是否为等号 ？读键盘数码管输出结果显示YN运算处
13、理 清零图 3.1 主程序流程图 3.2 键盘 检测 程序 此 子程序为本设计的核心之一， 因为按键是利用机械触点来进行合，断作用的 ， 机械触点在闭合或断开的瞬间由于弹性作用的影响，有抖动现象，从而使电压信号出现抖动，会造成按键读入的不稳定性，产生误读现象，因此为了保证键盘读入的可靠性，必须消除去除抖动影响，抖动时间与按键的机械特性相关，一般为 510ms，去除抖动 的方法有 硬件和软件 去抖两种，本实验采用的是软件去抖 :： 检测到有键按下时，执行一个 20ms 的延时程序，再确认该 键电平是否保持闭合电平状态，若仍为闭合电平状态，则确认该键处于闭合状态，从而去除抖动影响， 子程序流程图如图 3.2 所示：
