单片机课程设计报告

—多功能计算器。

姓名：学号：

专业班级：

日期： 2024年3月29日。

目录。第一章绪论 2

1.1 课题简介 2

1.2 设计目的 2

1.3 设计任务 2

1.4 设计方法 3

第二章设计内容及要求 4

第三章方案论证与比较 5

3.1 控制部分的设计方案论证与选择5

3.2 键盘设计方案与选择6

第四章硬件系统设计 7

4.1 键盘接口电路 7

4.2 7段led数码管 8

4.3 程序**接口 8

4.4 数码管驱动芯片 8

4.5、单片机时钟电路 8

4.6、单片机复位电路 9

第五章软件设计 10

5.1 汇编语言和c语言的特点及选择 10

5.2 键扫程序设计 10

5.3 算术运算程序设计 11

5.4 led显示原理 12

第六章系统调试与存在的问题 13

6.1 硬件调试 13

6.2 软件调试 13

总结 14参考文献 15

附录16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，而且比较容易出错。计算器作为一种快速通用的计算工具方便了用户的使用。计算器可谓是我们最亲密的电子伙伴之一。

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，并从实践经验出发对计算器设计做了详细的分析和研究。

单片机由于其微小的体积和极低的成本，广泛的应用于家用电器、工业控制等领域中。在工业生产中。单片微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。

单片微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。

本系统就是充分利用了8051芯片的i/o引脚。系统以采用mcs-51系列单片机intel8051为中心器件来设计计算器控制器，实现了能根据实际输入值显示并存储的功能，计算程序则是参照教材。至于位数和功能，如果有需要可以通过设计扩充原系统来实现。

通过本次课题设计，应用《单片机原理及应用》等所学相关知识及查阅资料，完成简易计算器的设计，以达到理论与实践更好的结合、进一步提高综合运用所学知识和设计的能力的目的。

通过本次设计的训练，可以使我在基本思路和基本方法上对基于mcs-51单片机的嵌入式系统设计有一个比较感性的认识，并具备一定程度的设计能力。

在本次课程设计中，主要完成如下方面的设计任务：

1、简要阐述单片机技术发展的国内外现状及led动态显示和矩阵键盘基本原理；

2、掌握mcs-51系列某种产品（例如8051）的最小电路及外围扩展电路的设计方法；

3、了解单片机数据转换功能及工作过程；

4、完成主要功能模块的硬件电路设计及必要的参数确定；

5、用protel软件完成原理电路图的绘制；

电路采用动态显示，由八位共阳极数码管通过p0口，p2口与单片机分别相连，且数码管a,b,c,d,e,f,g分别依次与单片机的p0口相连，p0口做为字码控制端，数码管的1，2，3，4，5，6，7，8各引脚分别与单片机的p2.0—p2.7相连，p2口做为数码管的位控制端，动态显示是每次数码管只显示一位，由于人的视觉停留是0.

05到0.2秒之间，当数码管依次点亮各个位时，使循环的频率高于人的视觉停留时间，人们就会认为数码管是同时点亮的，就可以达到动态显示的效果。

输入键盘采用4*4键盘。采用软件识别键值并执行相应的操作，程序运行时依次扫描各行，查询是否有键按下，如果有则进入键盘识别处理程序，实现相应的运算，然后通过数码管输出结果，如果没有按键就调用显示程序显示一个0，等待按键按下，在进入按键扫描程序。这样循环执行。

基本功能：利用89c51作为主控器组成一个四则运算的计算器。

可选器件：51系列单片机段led数码管、74ls244或74ls240、与非门等。

根据设计要求，控制器主要用于红外信号的接收和辨认、控制步进电机的动作，控制显示步进电机的转速等。对于控制器的选择有以下三种方案。

方案一：采用计算器专用芯片实现。用计算器专用芯片进行设计并编程实现。

这种设计方案计算效率高、速度快、而且成本也相对较低，是厂家做计算器的最佳方案。但是本人对计算器专用芯片掌握的不够，还不足以实现设计计算器，所以这个方案不可去。

方案二：采用fpga（现场可编程门阵列）作为系统的控制器。fpga将所有器件集成到一块芯片上，体积小，节省空间，提高了稳定性；直接面向用户，具有极大的灵活性和通用性，使用方便，硬件测试和实现快捷，开发效率高，工作可靠性好。

可以实现各种复杂的逻辑功能，规模大，密度高，采用并行的输入输出方式，系统处理速度高，适合作为大规模实时系统的控制核心。由fpga内部编程实现计算器功能，本设计对数据处理速度的要求不是很高，fpga的高速处理的优势得不到充分的体现，由于其集成度高，使其成本偏高，同时由于芯片的引脚较多，实物电路板布线复杂，加重了电路设计和实际焊接的工作。并且fpga的**相对较高，性价比太低。

方案。三、用单片机实现。由于单片机集成了运算器电路、控制电路、存储器、中断系统、定时器/计数器以及输入/输出口电路等，所以用单片机设计控制电路省去了很多分立元器件。

由于单片机是可编程芯片，并且它可以运用c语言编写，对于一些复杂的计算功能，可以调用c语言库函数。使编写程序变得非常简单。所以该课题用单片机实现，不仅功能易于实现，而且精确度高，稳定性好，抗干扰能力强。

并且由于其成本低、体积小、技术成熟和功耗小等优点，且技术比较成熟。性价比也相当高。更重要的是本人经过几年的学习，对单片机已有深刻的理解，并且可以灵活运用。

综上所述，并通过各个方面综合比较为达到最佳效果。我们采用方案三利用单片机控制器。

3.2键盘设计方案与选择。

方案一：独立键盘。独立键盘为一端接地，另一端接i/o口，并且要接上拉电阻。

这种键盘的硬件都很容易实现，但每一个按键就要用一个i/o口，非常的浪费单片机的i/o口资源，不适合本次设计。

方案二：自制编码键盘。编码键盘的电路如图1-9所示，这种键盘有编程简单，占用资源少，但其硬件比较复杂，要用很多的二极管，不是很理想。

图1-9、自制编码键盘电路图。

方案三：4*4矩阵式键盘。其电路图如图图1-10所示，这种键盘的硬件简单，使用的i/o口也不多，而且这种键盘的编程方法已很成熟。

所以本次设计采用这种矩阵式键盘。

硬件系统是指构成微机系统的实体和装置，通常由运算器、控制器、存储器、输入接口电路和输入设备、输出接口电路和输出设备等组成。单片机实质上是一个硬件的芯片，在实际应用中，通常很难直接和被控对象进行电气连接，必须外加各种扩展接口电路、外部设备、被控对象等硬件和软件，才能构成一个单片机应用系统。本设计选用以at89s51单片机为主控单元。

显示部分：采用7段led动态显示。按键部分，采用4*4键盘。

计算机输入数字和其他功能按键时要用到很多按键，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样的方式，而是采用矩阵键盘的方式。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。这样键盘上按键的数量就为4*4个。

这样行列式键盘结构能有效的提高单片机系统中i/o口的利用率。

计算器的键盘布局如图3.2所示：一般有16个键组成，在单片机中正好有一个p端口实现16个按键功能，这种形式在单片机系统中最常用。

图3.2 矩阵键盘内部电路。

利用集成的led数码管（四位）

利用串行口芯片232烧录入程序。

利用244芯片驱动数码管显示。

时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，单片机本身就是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行工作。

在mcs-51芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚x1，输出端为引脚x2，在芯片的外部跨接晶体振荡器和微调电容，形成反馈电路，就构成了一个稳定的自激振荡器。此电路采用12mhz的石英晶体。时钟电路如下图2-2：

图2.2时钟电路。

复位是单片机的初始化操作，其主要功能是把pc初始化为0000h，使单片机从0000h单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误是系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需要按复位键以重新启动。

rst引脚是单片机复位信号的输入端，复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡周期（即2个机器周期）以上，若使用频率为12mhz的晶振，则复位信号持续时间应超过4s才能完成复位操作。复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。

按键电平复位是通过使复位端经电阻与vcc电源接通而实现的。在本设计中采用了按键电平复位方式，其复位电路如下图2-3。

图2-3、复位电路。

本设计是硬件电路和软件编程相结合的设计方案，选择合适的编程语言是一个重要的环节。在单片机的应用系统程序设计时，常用的是汇编语言和c语言。机硬件，程序可读性和可移植性比较差。

而c语言虽然执行效率没有汇编语言高，但语言简洁，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。在本设计中采用c语言编写软件程序。主程序的设计详见附录三。

单片机课程设计报告

单片机课程设计报告

单片机课程设计报告

单片机课程设计报告

其他用户还读了