簡易計算器設計

1、課程設計報告課程名稱： 單片機原理及應用課程設計設計題目： 簡易計算器 系 別： 通信與控制工程系 專 業(yè)： 電子信息工程 班 級： 2班 學生姓名: 學 號: 起止日期:指導教師: 教研室主任： 指導教師評語： 指導教師簽名： 年 月 日成績評定項 目權重成績1、設計過程中出勤、學習態(tài)度等方面0.22、課程設計質量與答辯0.53、設計報告書寫及圖紙規(guī)范程度0.3總 成 績 教研室審核意見：教研室主任簽字： 年 月 日教學系審核意見： 主任簽字： 年 月 日摘 要該簡易計算器以STC89C52單片機為核心，8255芯片，數(shù)碼管，利用匯編語言編寫相應程序進行有效四則運算。該計算器計算精度不高，只

2、能實現(xiàn)簡單的加減乘除，且有效數(shù)字位數(shù)有限。該裝置由STC89C52模塊，4x4鍵盤（包括19，+，-，*，/等十六個字符），數(shù)碼管顯示屏組成。STC89C52為主模塊，其控制鍵盤及8255模塊。鍵盤可以實現(xiàn)數(shù)字及運算符號的輸入，8255控制的數(shù)碼管可以進行人機交互，顯示按下鍵盤所對應的字符以及顯示運算結果。顯示部分：采用數(shù)碼管顯示。按鍵部分：采用4*4鍵盤；通過擴展必要的外圍接口電路，用匯編對單片機進行編程，實現(xiàn)對計算器的設計。關鍵字：STC89C52；8255；LED數(shù)碼管目錄1 設計要求11.1要求12 硬件設計部分22.1 主控芯片 STC89C52 22.28255芯片32.3 鍵盤4

3、2.4 LED數(shù)碼顯示管43 軟件設計部分63.1 LED顯示程序設計63.2 讀鍵輸入程序設計63.3 數(shù)值送顯示緩沖程序設計73.4 運算主程序設計84 系統(tǒng)測試94.1 軟件調(diào)試步驟94.2 程序調(diào)試步驟104.3 矩陣4*4鍵盤的調(diào)試104.4 數(shù)碼管程序調(diào)試104.5 測試結果105 總結與思考11 參考文獻12致謝13附錄一14附錄二26簡易計算器1 設計要求1.1 要求設計一個簡易計算器，要求能夠進行簡單的加減乘除運算，具體要求如下：1. 4X4鍵盤輸入，數(shù)碼管顯示。2. 完成整數(shù)的加減乘除，加法和減法要求可以實現(xiàn)連加、連減。3. 可進行錯誤判斷，溢出、除零等錯誤將顯示一個字符

4、E 。4. 由于鍵盤只有16個按鍵，安排如下：   +-+   | 7 | 8 | 9 | + |   | 4 | 5 | 6 | - |    | 1 | 2 | 3 | * |    | 0 | . | = | / |    +-+2 硬件設計部分2.1主控芯片 STC89C52 STC89C52是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4k BytesISP(In-system programmable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用S

5、TC公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結構。STC89C52具有如下特點：40個引腳（引腳圖如圖1所示），4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器，128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。此外，STC89C52RC設計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)

6、，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應不同產(chǎn)品的需求。 圖 1 STC89C51VCC（40）：5V；GND（20）：接地；P0口（3932）：P0口為8位漏極開路雙向I/O口，每引腳可吸收8個TTL門電流。P1口（18）：P1口是從內(nèi)部提供上拉電阻器的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收和輸出4個TTL門電流。P2口（2128）：P2口為內(nèi)部上拉電阻器的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收和輸出4個TTL門電流；P3口（1017）：P3口是8個帶內(nèi)部上拉電阻器的雙向I/O口，可接收和輸出4個TTL門電流。P3口也可作為A

7、T89C51的特殊功能口。RST（9）：復位輸入。當振蕩器復位時，要保持RST引腳2個機器周期的高電平時間。ALE/PROG（30）：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)，在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6，它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的，要注意的是，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過圖 21個ALE脈沖。PSEN（29）：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期2次PSEN有效，但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這2次有效的PSEN信號將不出現(xiàn)。EA/VP

8、P（31）：當EA保持低電平時，外部程序存儲器地址為（0000HFFFFH）不管是否有內(nèi)部程序存儲器。FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1（19）：反向振蕩器放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入； XTAL2（18）：來自反向振蕩器的輸出。2.2 8255芯片利用8255可編程并行口芯片，實現(xiàn)輸入/輸出實驗，實驗中用8255 PA和PB口做輸出，實現(xiàn)在數(shù)碼管上從0到F循環(huán)顯示的效果。圖 3 8255和STC89C522.3 鍵盤鍵盤輸入采用4*4的矩陣鍵盤。4*4鍵盤分別與P3.0P3.7相連。P3.0P3.3作為輸入口（回送線），P3.4P3.7作為輸出口

9、（掃描線）。16個按鍵分別用于控制數(shù)字“09”以及數(shù)學運算符號“+、-、*、/”。 鍵盤模塊電路如下圖所示：圖 42.4 LED數(shù)碼顯示管LED顯示器由七段發(fā)光二極管組成，排列成8字形狀，因此也成為七段LED顯示管，排列形狀如圖5所示：圖 5與8255的PA,PB,PC口的連接如下圖所示：圖 6 LED顯示接口3 軟件設計部分3.1 LED顯示程序設計為了顯示數(shù)字或符號，要為LED顯示器提供代碼，即字形代碼。七段發(fā)光二極管，再加上一個小數(shù)點位，共計8段，因此提供的字形代碼的長度正好是一個字節(jié)。簡易計算器用到的數(shù)字09的共陽極字形代碼如下表：表格 13.2 讀鍵輸入程序設計 為了實現(xiàn)鍵盤的數(shù)據(jù)輸

10、入功能和命令處理功能，每個鍵都有其處理子程序，為此每個鍵都對應一個碼鍵碼。為了得到被按鍵的鍵碼，現(xiàn)使用行掃描法識別按鍵。其程序框圖如下：圖 7 讀鍵流程圖3.3 數(shù)值送顯示緩沖程序設計簡易計算器所顯示的數(shù)值最大位兩位。要顯示數(shù)值，先判斷數(shù)值正負，如果是負值，則符號位顯示“-”，然后將數(shù)值除以10，余數(shù)送顯最最低位，判斷商是否為0，若為0則返回，若不為0，則將商除以10，將余數(shù)送顯高位。程序框圖如下：圖 8 數(shù)值送顯示流程圖3.4 運算主程序設計 首先初始化參數(shù)，送LED低位顯示“0”，高位不顯示。然后掃描鍵盤看是否有鍵輸入，若有，讀取鍵碼。判斷鍵碼是數(shù)字鍵、清零鍵還是功能鍵（“+”“-”“*”

11、“/”“=” ），是數(shù)值鍵則送LED顯示并保存數(shù)值，是清零鍵則做清零處理，是功能鍵則又判斷是“=”還是運算鍵，若是“=”則計算最后結果并送LED顯示，若是運算鍵則保存相對運算程序的首地址。運算主程序框圖如下所示：圖 9 運算流程圖4 系統(tǒng)測試4.1 軟件調(diào)試步驟（1）打開軟件后，在project菜單中選擇New Project命令，打開一個新項目，保存此項目，輸入工程文件名后，并保存工程文件的目錄。（2）為項目文件選擇一個目標器件，即選擇8051的類型，在Data base列表框中選擇“ATML 89C52”，確定。（3）上述設置好后，創(chuàng)建源程序文件并輸入程序代碼。輸入好代碼后點擊“文件/保存

12、”。（4）把源文件添加到項目中，用鼠標指在目標工作區(qū)的目標1，點擊右鍵在彈出的菜單中選擇添加文件到源代碼組，在彈出的添加文件框中，選擇需要添加到項目中的文件。（5）開始編輯，對項目文件進行編輯，若沒有錯誤后進行硬件調(diào)試。4.2 程序調(diào)試步驟 程序調(diào)試應一個模塊一個模塊地進行，首先單獨以調(diào)試各功能程序，檢查程序是否能夠實現(xiàn)預期的功能，接口電路的控制是否正常等；最后逐漸將各子程序連接起來進行總調(diào)試。故調(diào)試步驟如下：4.3 矩陣4*4鍵盤的調(diào)試鍵盤程序是整個程序的基礎，我們必須保證其正確。調(diào)試方法：先把程序下載到單片機，讓數(shù)碼管顯示，在有鍵按下時顯示的是否為設定的值。4.4 數(shù)碼管程序調(diào)試 正確的顯

13、示數(shù)值是整個儲蓄的關鍵。調(diào)試方法：先把程序下載到單片機，讓數(shù)碼管顯示數(shù)值。4.5 測試結果 實例測試：將寫入程序的單片機插入實驗板插座內(nèi)，程序正確的有09數(shù)值的顯示和正常的四則運算以及判斷錯誤、溢出、除0。5 總結與思考電子設計正在當今社會發(fā)揮越來越重要的作用，其采用的軟硬件結合技術也逐漸成熟，該模擬系統(tǒng)正是采用軟硬相結合的方法實現(xiàn)的。STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程FLASH存儲器，可以為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供靈活、超有效的解決方案。 在鍵盤設計方面，主要是軟件的設計，通過程序編碼來完成硬件方面所無法工作的部分，例如關于在掃描鍵盤時，需要逐

14、行拉低并進行判斷、編碼。判斷時，需要不斷的屏蔽字節(jié)，來獲取所需要的數(shù)據(jù)，而這一點硬件是無法做到的。此次課程設計是做簡易計算器，這個需要對51芯片有足夠的理解，能夠充分認識每個引腳的詳細功能，對于匯編語言也必須掌握的比較好。正是由于此次設計讓我們明白了單片機在實踐中的運用。參考文獻1 朱定華,戴汝平.單片微機原理與應用. 北京:清華大學出版社,20032 康華光主編.電子技術基礎：模擬部分（第五版）. 北京：高等教育出版社，20053 康華光主編.電子技術基礎：數(shù)字部分（第五版）. 北京：高等教育出版社，20054 柳淳主編. 電子制作技能與技巧. 北京：中國電力出版社，20085 馬全喜主編，

15、李曉慧、何懷明副主編. 電子元器件與電子實習. 北京：機械工業(yè)出版社，20076 彭介華主編. 電子技術課程設計指導. 北京：高等教育出版社，19977 陳濤 編著. 單片機應用及C51程序設計. 北京：機械工業(yè)出版社，20088 張義和 陳敵北 編著，劉丹等改編.例說8051.北京：人民郵電出版社，20069 戴佳，戴衛(wèi)恒，劉博文編著.51單片機C語言應用程序設計實例精講（第二版）.北京：電子工業(yè)出版社，200810 張鑫主編，華臻，陳書謙副主編.單片機原理及應用.北京：電子工業(yè)出版社，2005致謝 這次課程設計通過我們小組的努力終于順利完成了，在設計中遇到了很多問題，最后在指導老師的辛勤指

16、導下，終于迎刃而解，讓我們所學到的理論與實踐相結合，在實踐中領悟理論，讓我們的綜合能力得到了一定的提升。讓我們充分的了解到單片機的奧妙以及單片機在實踐生活中的廣泛應用。至此，感謝各位領導和指導老師！附錄一PAPORT EQU 0D1FFH ; 端控制口 A口 PBPORT EQU 0D2FFH ; 位控制口和鍵盤列線輸出口 B口 PCPORT EQU 0D5FFH ; 鍵盤行碼讀入C口BIAOZHI1 EQU 63HBIAOZHI2 EQU 62HBIAOZHI3 EQU 61HDATA111 EQU 66HDATA222 EQU 67HDATA13 EQU 65HDATA12 EQU 68H

17、DATA22 EQU 69HDATA23 EQU 64H DATA11 EQU 70H DATA21 EQU 71H DIZHI1 EQU 72H DIZHI2 EQU 73H LEDBUF EQU 58H ;置顯示緩沖單元首地址 ORG 0000H LJMP STARTLEDMAP: DB 0A0H,0BBH,62H,2AH;0,1,2,3DB 39H,2CH,24H,0BAH ;4,5,6,7DB 20H,28H,30H,25H ;8,9,A,BDB 0E4H,23H,64H,74H;C,D,E,FDB 0FFH ;全暗DISPLAYLED: / MOV 60H,#39H/ MOV 61H

18、,#2CH MOV R0,#LEDBUF MOV R1,#3 ;共兩個八段管 MOV R2,#0F7H ; EFH=1111 0111B從邊開始顯示LOOP: MOV DPTR,#PAPORT MOV A,R2 MOVX DPTR,A ;顯示一位八段管 MOV A,R0 MOV DPTR,#PBPORT ;段控口地址 MOVX DPTR,A ;輸出到段控口 CALL DELAY1MS MOV A,R2 ;顯示下一位 RL A MOV R2,A INC R0 DJNZ R1,LOOP RETKEY1:MOV DPTR,#0D5FFH ;是否有鍵按下MOV A,#0F0HMOVX DPTR,AAC

19、ALL DELAY1MSMOVX A,DPTRANL A,#0FH ;屏蔽高位RETLKEY1:ACALL DELAY10MS;判斷是否為干擾信號ACALL DELAY10MSACALL KEY1JNZ LKEY2 ;非干擾則跳轉至掃描行線ACALL DELAY10MSAJMP MLOOPLKEY2:MOV R2,#10H ;掃描列線MOV R1,#00HLKEY4:MOV DPTR,#0D5FFHMOV A,R2MOVX DPTR,AACALL DELAY1MSMOVX A,DPTR;掃描行線LZERO:JNB ACC.0,LONE ;第四行MOV A,#0CHAJMP LKEYPLONE:

20、JNB ACC.1,LTWO ;第三行MOV A,#08HAJMP LKEYPLTWO:JNB ACC.2,LTHR;第二行MOV A,#04HAJMP LKEYPLTHR:JNB ACC.3,NEXT ;第一行MOV A,#00HLKEYP:ADD A,R1;計算鍵碼值PUSH ACCLKEY3:ACALL DELAY10MS ;判斷按鍵是否一直持續(xù)ACALL KEY1JNZ LKEY3POP ACCMOV R3,A;鍵碼存在R3中RET;按鍵子程序返回NEXT:INC R1;列線加1MOV A,R2JB ACC.7,KND;掃描完最后一根列線則返回RL AMOV R2,AAJMP LKEY

21、4KND:AJMP MLOOPDELAY10MS:;延遲程序MOV R7,#40AJMP DLY1DELAY1MS:MOV R7,#4DLY1:MOV R6,#123DLY2:DJNZ R6,DLY2NOPDJNZ R7,DLY1RETSTART: MOV SP,#40H MOV LEDBUF+0,#03FH MOV LEDBUF+1,#03FH MOV LEDBUF+2,#03FH MOV DPTR,#0D7FFH ;PCOM初始化 MOV A,#81H MOVX DPTR,A MOV DPTR,#0D1FFH ;初始化PAMOV A,#0FFHMOVX DPTR,AMOV DPTR,#0D

22、2FFH ;初始化PBMOV A,#0FFHMOVX DPTR,AMOV DPTR,#0D5FFH ;初始化PCMOV A,#0FFHMOVX DPTR,A/*ALOOP: MOV DPTR,#PAPORT MOV A,#0EFH MOVX DPTR,A ;顯示一位八段管 MOV A,#30H MOV DPTR,#PBPORT ;段控口地址 MOVX DPTR,A ;輸出到段控LJMP ALOOP*/MLOOP: LCALL DISPLAYLED ; 顯示 LCALL KEY1 ; 有鍵入？ JZ MLOOP ; 無鍵入，繼續(xù)顯示 ACALL DELAY10MS LCALL LKEY1 ;讀入

23、鍵碼JISUAN: MOV R3,A CJNE R3,#0FH,QU ;判斷是否為清零鍵? MOV R3,#00H ;清零 MOV R4,#00H MOV R5,#00H MOV BIAOZHI1,#00H MOV BIAOZHI2,#00H MOV BIAOZHI3,#00H MOV DATA21,#00H MOV DATA23,#00H MOV DATA11,#00H MOV DATA12,#00H MOV DIZHI1,#00H MOV DIZHI2,#00H MOV DATA13,#00H MOV DATA22,#00H MOV DATA111,#00H MOV DATA222,#00

24、H MOV LEDBUF+0,#03FH MOV LEDBUF+1,#03FH MOV LEDBUF+2,#03FH LJMP MLOOPQU: CLR C CJNE R3,#0AH,FOLLOW ; 判斷是數(shù)字鍵還是功能鍵？FOLLOW:JC SHUZI ;R3<10,說明是數(shù)字鍵 LJMP GNSHUZI: MOV A,R4 ;判斷是否有運算符輸入， JNZ SHUZI1 ;有就將數(shù)值存在DATA2 MOV A,BIAOZHI1 CJNE A,#00H , DA11 INC BIAOZHI1 MOV A,R3 MOV DATA11,A LJMP LJ11DA11: MOV A,BIA

25、OZHI1 CJNE A,#01H ,DA12 INC BIAOZHI1 MOV A, R3 MOV DATA12,A LJMP LJ12DA12: MOV A,BIAOZHI1 CJNE A,#02H ,D111 INC BIAOZHI1 MOV A,R3 MOV DATA13,A LJMP LJ13LJ11: MOV DATA111 ,A LJMP D111LJ12: MOV A,DATA11 MOV B,#10 MUL AB ADD A,DATA12 MOV DATA111 ,A LJMP D111LJ13: MOV A,DATA11 MOV B,#100 MUL AB MOV DATA

26、111 ,A MOV A,DATA12 MOV B,#10 MUL AB ADD A,DATA111 ADD A,DATA13 MOV DATA111,AD111: MOV A ,DATA111 LJMP XS ;顯示第一次輸入的數(shù)值SHUZI1: MOV A,BIAOZHI2 CJNE A,#00H , DA21 INC BIAOZHI2 MOV A,R3 MOV DATA21,A LJMP LJ21DA21: MOV A,BIAOZHI2 CJNE A,#01H ,DA22 INC BIAOZHI2 MOV A, R3 MOV DATA22,A LJMP LJ22DA22: MOV A,B

27、IAOZHI2 CJNE A,#02H ,D222 INC BIAOZHI2 MOV A,R3 MOV DATA23,A LJMP LJ23LJ21: MOV DATA222 ,A LJMP D222LJ22: MOV A,DATA21 MOV B,#10 MUL AB ADD A,DATA22 MOV DATA222 ,A LJMP D222LJ23: MOV A,DATA21 MOV B,#100 MUL AB MOV DATA222,A MOV A,DATA22 MOV B,#10 MUL AB ADD A,DATA222 ADD A,DATA23 MOV DATA222,AD222:

28、MOV A,DATA222 LJMP XS ;顯示第二次輸入的數(shù)值GN: MOV R4,#01H ;將01H給R4，說明已有運算符輸入 CJNE R3,#0EH,JA ;判斷鍵值是否為"="? MOV R4, #00h ;將R4清零 MOV A,DIZHI1 ;執(zhí)行"=" MOV DPH,A MOV A,DIZHI2 MOV DPL,A MOV A,#00H JMP A+DPTR ;轉到本次輸入的算法程序JA: CJNE R3, #0AH, JN ;若鍵值為"+"則將"+"的程序首地址 MOV DPTR,#JIA

29、;存在DIZHI1和DIZHI2中 MOV A,DPH MOV DIZHI1, A MOV A,DPL MOV DIZHI2, A MOV LEDBUF+0,#03FH MOV LEDBUF+1,#03FH MOV LEDBUF+2,#03FH LJMP MLOOPJN: CJNE R3, #0BH, CE ;若鍵值為"-"則將"-"的程序首地址存 MOV DPTR, #JIAN ;DIZHI1和DIZHI2中 MOV A, DPH MOV DIZHI1, A MOV A,DPL MOV DIZHI2, A MOV LEDBUF+0,#03FH MOV

30、LEDBUF+1,#03FH MOV LEDBUF+2,#03FH LJMP MLOOPCE: CJNE R3,#0CH, CU ;若鍵值為"*"則將"*"的程序首地址存在 MOV DPTR,#CHENG ;址存在DIZHI1和DIZHI2中 MOV A,DPH MOV DIZHI1, A MOV A, DPL MOV DIZHI2, A MOV LEDBUF+0,#03FH MOV LEDBUF+1,#03FH MOV LEDBUF+2,#03FH LJMP MLOOPCu: CJNE R3, #0DH, ZHUAN ;若鍵值為"/"則將"/"