簡(jiǎn)易數(shù)字計(jì)算器

1、河北工程大學(xué)科信學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(2012/2013學(xué)年第二學(xué)期)課程名稱:單片機(jī)應(yīng)用課程設(shè)計(jì) 題目：簡(jiǎn)易數(shù)字計(jì)算器專業(yè)班級(jí)： 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)老師：楊怡君 王靜爽 韓昱 王巍 苗敬利設(shè)計(jì)周數(shù)：二周設(shè)計(jì)成績(jī)： 2013年6月26日目錄1 課程設(shè)計(jì)目的2課程設(shè)計(jì)任務(wù) 2.1.設(shè)計(jì)題目 2.2.設(shè)計(jì)小組成員 2.3.原始數(shù)據(jù)及主要任務(wù) 2.4.技術(shù)要求3課程設(shè)計(jì)內(nèi)容3.1. 方案設(shè)計(jì)3.1.1 STC90C52AD的功能參數(shù)介紹3.1.2 綜合電路設(shè)計(jì)3.2單元電路設(shè)計(jì) 3.2.1動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì) 3.2.2 時(shí)鐘產(chǎn)生單元 3.2.3 蜂鳴器電路單元 3.2.4動(dòng)態(tài)顯示控制電路單元 3.

2、2.5 按鍵電路單元3.3系統(tǒng)調(diào)試 3.4系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.5程序流程圖3.6系統(tǒng)實(shí)施1、課程設(shè)計(jì)目的1.1用單片機(jī)課程及已學(xué)電子電路知識(shí)設(shè)計(jì)一簡(jiǎn)易時(shí)鐘顯示裝置，包括電路圖的設(shè)計(jì)和制版等。 1.2通過(guò)課程設(shè)計(jì)加深對(duì)單片機(jī)課程的相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)和理解。1.3初步學(xué)會(huì)一些設(shè)計(jì)思想和實(shí)踐技能。提高學(xué)生綜合素質(zhì)。1.4讓學(xué)生從設(shè)計(jì)過(guò)程中領(lǐng)悟到相互合作的重要性。2、課程設(shè)計(jì)任務(wù)2.1設(shè)計(jì)題目：簡(jiǎn)易數(shù)字計(jì)算器設(shè)計(jì)2.2 設(shè)計(jì)小組成員：沙三美 楊玉鋒 王浩23原始數(shù)據(jù)及任務(wù)設(shè)計(jì)并制作出一個(gè)以單片為核心的電子鎖系統(tǒng)：1、確定總體設(shè)計(jì)方案；2、設(shè)計(jì)鍵盤輸入電路；3、設(shè)計(jì)顯示電路；4、合理分配地址，編寫(xiě)系統(tǒng)程序；5、利用

3、protel設(shè)計(jì)硬件電路原理圖和PCB圖；6、軟硬件聯(lián)機(jī)調(diào)試2.4技術(shù)要求設(shè)計(jì)一個(gè)以MCS-51單片機(jī)為核心的簡(jiǎn)易計(jì)算器系統(tǒng)。能夠進(jìn)行兩位數(shù)的簡(jiǎn)單的加、減、乘、除運(yùn)算，且具備清零功能。十個(gè)數(shù)字鍵，六個(gè)功能鍵。進(jìn)行除法運(yùn)算時(shí)，小數(shù)點(diǎn)保留2位顯示。如果除數(shù)為零，擇清零顯示，蜂鳴器響，當(dāng)按下任意鍵后，蜂鳴器停止。課擴(kuò)展計(jì)算連續(xù)功能，數(shù)據(jù)溢出清0顯示，蜂鳴器響，按下任意鍵后，蜂鳴停止。3.1.1 STC90C52AD的功能參數(shù)介紹STC90C52AD是由宏晶公司生產(chǎn)的高性能八位單片機(jī)。如圖一所示。該芯片采用FLASH存儲(chǔ)技術(shù)，內(nèi)部具有8KB字節(jié)快閃存存儲(chǔ)器，采用DIP封裝，是目前在中小系統(tǒng)中應(yīng)用最為普

4、及的單片機(jī)。 STC90C52AD可構(gòu)成真正的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積，增加系統(tǒng)的可靠性，降低系統(tǒng)的成本。只要程序長(zhǎng)度小于8K，四個(gè)I/O口全部提供給用戶?？捎?V電壓編程，而且擦寫(xiě)時(shí)間僅需10毫秒，僅為8751/87C51的擦除時(shí)間的百分之一，8751/87C51的12V電壓擦寫(xiě)相比，不易損壞器件，沒(méi)有兩種電源的要求，改寫(xiě)時(shí)不拔下芯片，適合許多嵌入式控制領(lǐng)域。工作電壓范圍（2.7V6V），全靜態(tài)工作，工作頻率寬在0Hz24MHz之間，比8751/87C51等51系列的6MHz12MHz更具有靈活性，系統(tǒng)能快能慢。 STC90C52AD芯片提供三級(jí)程序存儲(chǔ)器加密，提供了方便靈活而可靠的

5、硬加密手段，能完全保證程序或系統(tǒng)不被仿制。P0口是三態(tài)雙向口，通稱數(shù)據(jù)總線口，因?yàn)橹挥性摽谀苤苯佑糜趯?duì)外部存儲(chǔ)器的讀/寫(xiě)操作。STC90C52AD單片機(jī)為40引腳芯片如圖一所示，在本設(shè)計(jì)中，主要用到P0口、P2口、P1.0口及P3.0、P3.1、P3.2口。P0口可作為通用I/O口，但須外接上拉電阻，所以在設(shè)計(jì)顯示數(shù)碼管我們避免了使用P0口這樣大大簡(jiǎn)化了動(dòng)態(tài)顯示電路。P1口：8位、雙向I/0口，內(nèi)部含有上拉電阻。P1口可作普通I/O口。輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)四個(gè)TTL負(fù)載；用作輸入時(shí)，先將引腳置1，由片內(nèi)上拉電阻將其抬到高電平。P1口的引腳可由外部負(fù)載拉到低電平，通過(guò)上拉電阻提供電流。在FLASH并

6、行編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口可輸入低字節(jié)地址。在串行編程和效驗(yàn)時(shí)，P1.5/MO-SI,P1.6/MISO和P1.7/SCK分別是串行數(shù)據(jù)輸入、輸出和移位脈沖引腳。 P2口：具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P2口用做輸出口時(shí)，可驅(qū)動(dòng)4各TTL負(fù)載；用做輸入口時(shí)，先將引腳置1，由內(nèi)部上拉電阻將其提高到高電平。若負(fù)載為低電平，則通過(guò)內(nèi)部上拉電阻向外部輸出電流。在FLASH并行編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口可輸入高字節(jié)地址和某些控制信號(hào)。P3口：具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向口。P3口用做輸出口時(shí)，輸出緩沖器可吸收4各TTL的灌電流；用做輸入口時(shí)，首先將引腳置1，由內(nèi)部上拉電阻抬位高電平。若外部的負(fù)載是低電平，則通

7、過(guò)內(nèi)部上拉電阻向輸出電流。在本設(shè)計(jì)中，P3口作為時(shí)間設(shè)置的4按鍵輸入，因?yàn)橛猩侠娮?，所以可以通過(guò)按鍵直接接地，簡(jiǎn)化了電路。在與FLASH并行編程和校驗(yàn)時(shí)，P3口可輸入某些控制信號(hào)。P3口除了通用I/O口功能外，還有替代功能如表1所示。表1 P3口的第二功能端口引腳各個(gè)功能P3.0RXD(串行口輸入端)P3.1TXD(串行口輸出端)P3.2INT0(外部中斷0請(qǐng)求輸入端，低電平有效)P3.3INT1(外部中斷1請(qǐng)求輸入端，低電平有效)P3.4T0(定時(shí)/計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)脈沖輸入端)P3.5T1(定時(shí)/計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)脈沖輸入端)P3.6WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通信號(hào)輸出端，低電平有效)P3.7RD(外

8、部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，低電平有效)單片機(jī)使用宏晶公司支持串口下載程序（ISP）的單片機(jī)，為STC90C52AD課程設(shè)計(jì)配發(fā)的小電路板（ISP-MCU Basic circuit）電路原理圖見(jiàn)下圖。該板作為課程設(shè)計(jì)的核心電路板使用，板上有單片機(jī)及附屬電路，RS-232通信驅(qū)動(dòng)電路，高低電平測(cè)試電路等。課程設(shè)計(jì)電路中需要的其他電路在此基礎(chǔ)上擴(kuò)展，通過(guò)插孔連接。課程設(shè)計(jì)配發(fā)的小電路板（ISP-MCU Basic circuit）電路原理圖見(jiàn)下圖。擴(kuò)展電路在萬(wàn)用板上制作用四位數(shù)碼管顯示小時(shí)與分鐘，中間那個(gè)點(diǎn)用來(lái)區(qū)分小時(shí)與分鐘；每秒用一個(gè)LED閃爍一下；用了4個(gè)按鍵，一個(gè)是選擇鍵，一個(gè)是加鍵，一

9、個(gè)是減鍵， 一個(gè)是確認(rèn)鍵。時(shí)間要精確，整點(diǎn)報(bào)時(shí)，聲音間隔1秒，并且可以調(diào)整時(shí)間調(diào)整位閃爍提示。 擴(kuò)展電路用到得器件：共十六個(gè)按鍵：十個(gè)數(shù)字鍵，一個(gè)是加鍵，一個(gè)是減鍵，一個(gè)是除鍵，一個(gè)乘鍵，一個(gè)等鍵，一個(gè)清零鍵；六個(gè)DPY7-SEG DP共陽(yáng)極動(dòng)態(tài)LED；六個(gè)PNP三極管；十四個(gè)330歐姆和兩個(gè)470歐的電阻；導(dǎo)線。每各引腳可吸收8各TTL的灌電流。作為輸入時(shí)，首先應(yīng)將引腳置1。P0也可用做訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)的低8位地址/數(shù)據(jù)總線的復(fù)用線。在該模式下，P0口含有內(nèi)部上拉電阻。在FLASH編程時(shí)，P0口接收代碼字節(jié)數(shù)據(jù)；在編程效驗(yàn)時(shí)，P0口輸出代碼字節(jié)數(shù)據(jù)(需要外接上拉電阻)。元器件

10、清單：?jiǎn)纹瑱C(jī) stc90c52ad 1晶振 CRY 1電阻 510歐 1電阻 4.7千歐 4電阻 200歐 1電阻 10千歐 1電解電容10微法 1電容 22皮法 2開(kāi)關(guān) button 17二極管 led 1三極管 pnp 4蜂鳴器 1數(shù)碼管 43.1.2綜合電路設(shè)計(jì)采用單片機(jī)的TO定時(shí)器，使其工作在方式1，產(chǎn)生一個(gè)100ms定時(shí)中斷，循環(huán)10次，到1s時(shí)，秒加1；秒到60時(shí)，分加1，秒清零；分到60時(shí)，秒清零，分清零。數(shù)碼管采用動(dòng)態(tài)顯示，一個(gè)掃描周期共循環(huán)四次，依次顯示秒的低位、秒的高位、分的低位、分的高位，每次顯示延時(shí)4ms。這期間要將不同的數(shù)送到P1口，以及將P2口的不同位置1。調(diào)節(jié)時(shí)，

11、調(diào)用相應(yīng)的子程序，來(lái)完成功能。3.2單元電路設(shè)計(jì)3.2.1動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃a，b，c，d，e，f，g，dp的同名端連在一起，如圖三所示。圖三圖3.2.2時(shí)鐘產(chǎn)生單元52單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。 在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器(簡(jiǎn)稱晶振)或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。內(nèi)部振蕩方式的外部電路如下圖所示。圖中，電容器Col，C02起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的

12、作用，其電容值一般在5-30pF。晶振頻率的典型值為12MH2，采用6MHz的情況也比較多。內(nèi)部振蕩方式所得的時(shí)鐘情號(hào)比較穩(wěn)定，實(shí)用電路中使用較多。外部振蕩方式是把外部已有 的時(shí)鐘信號(hào)引入單片機(jī)內(nèi)。這種方式適宜用來(lái)使單片機(jī)的時(shí)鐘與外部信號(hào)保持同步。 3.2.3 蜂鳴器電路單元 如圖四所示 3.2.4 動(dòng)態(tài)顯示控制電路單元 圖5 如圖五所示另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè) 數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開(kāi)，該位

13、就顯示出字形，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過(guò)程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms。3.2.5按鍵電路單元如圖六所示 功能分配如圖七所示圖六 圖七3.3系統(tǒng)調(diào)試 硬件調(diào)試時(shí)可先檢查印制板及焊接的質(zhì)量情況，在檢查無(wú)誤后可通電檢查L(zhǎng)ED顯示器的點(diǎn)亮狀況。若亮度不理想，可以調(diào)整P1口的電阻大小，一般情況下取200電阻即可獲得滿意的亮度效果。 實(shí)驗(yàn)室制作時(shí)，可結(jié)合示波器測(cè)試晶振及P1,P2端口的波形情況進(jìn)行綜合硬件測(cè)試分析。硬件調(diào)試：硬件調(diào)試是利用DVCC實(shí)驗(yàn)與開(kāi)發(fā)系統(tǒng)、基本測(cè)試儀器（萬(wàn)用表、示波器等），檢查用戶

14、系統(tǒng)硬件中存在的故障。硬件調(diào)試可分為靜態(tài)調(diào)試與動(dòng)態(tài)調(diào)試兩步進(jìn)行。靜態(tài)調(diào)試：是在用戶系統(tǒng)未工作時(shí)的一種硬件檢測(cè)。第一步：目測(cè)。檢查外部的各種元件或者是電路是否有斷點(diǎn)。第二步：用萬(wàn)用表測(cè)試。先用萬(wàn)用表復(fù)核目測(cè)中有疑問(wèn)的連接點(diǎn)，再檢測(cè)各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象。第三步：加電檢測(cè)。給板加電，檢測(cè)所有插座或是器件的電源端是否符合要求的值 第四步：聯(lián)機(jī)檢查。因?yàn)橹挥杏脝纹瑱C(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)才能完成對(duì)用戶系統(tǒng)的調(diào)試。 動(dòng)態(tài)調(diào)試：是在用戶系統(tǒng)工作的情況下發(fā)現(xiàn)和排除用戶系統(tǒng)硬件中存在的器件內(nèi)部故障、器件連接邏輯錯(cuò)誤等的一種硬件檢查。動(dòng)態(tài)調(diào)試的一般方法是由近及遠(yuǎn)、由分到合。由分到合是指首先按邏輯功能將用戶系統(tǒng)硬件

15、電路分為若干塊，當(dāng)調(diào)試電路時(shí)，與該元件無(wú)關(guān)的 器件全部從用戶系統(tǒng)中去掉，這樣可以將故障范圍限定在某個(gè)局部的電路上。當(dāng)各塊電路無(wú)故障后，將各電路逐塊加入系統(tǒng)中，在對(duì)各塊電路功能及各電路間可能存在的相互聯(lián)系進(jìn)行調(diào)試。由分到合的調(diào)試既告完成。由近及遠(yuǎn)是將信號(hào)流經(jīng)的各器件按照距離單片機(jī)的邏輯距離進(jìn)行由近及遠(yuǎn)的分層，然后分層調(diào)試。調(diào)試時(shí)，仍采用去掉無(wú)關(guān)元件的方法，逐層調(diào)試下去，就會(huì)定位故障元件了。軟件調(diào)試：軟件調(diào)試是通過(guò)對(duì)程序的匯編、連接、執(zhí)行來(lái)發(fā)現(xiàn)程序中存在的語(yǔ)法錯(cuò)誤與邏輯錯(cuò)誤并加以排除糾正的過(guò)程?？梢岳梅抡嫫骷右哉{(diào)試，對(duì)系統(tǒng)單個(gè)單元進(jìn)行調(diào)試，當(dāng)單元電路成功后，在對(duì)整個(gè)程序調(diào)試，最后在用CPU芯片調(diào)

16、試。3.4系統(tǒng)設(shè)計(jì) 要用到實(shí)現(xiàn)要求的功能，需要16個(gè)鍵，0-9，+，-，*，/,清零鍵考慮到要有兩位小數(shù)顯示，至少需要4個(gè)七段數(shù)碼管，但設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)用了六個(gè)數(shù)碼管，倒數(shù)第二位小數(shù)點(diǎn)直接接地，一直顯示小數(shù)點(diǎn)亮。3.5程序流程圖如圖3.6系統(tǒng)實(shí)施根據(jù)原理圖列寫(xiě)原件清單，領(lǐng)取所需的元件，板子和工具（烙鐵，鉗子，萬(wàn)用表，螺絲刀，剪刀），去試驗(yàn)臺(tái)焊電路板。焊完板子，通過(guò)軟硬結(jié)合的方式對(duì)電路板進(jìn)行硬件調(diào)試，硬件沒(méi)錯(cuò)誤之后，開(kāi)始進(jìn)行軟件編程，直到整個(gè)功能實(shí)現(xiàn)，并進(jìn)行優(yōu)化。4. 總結(jié)通過(guò)這兩周的課程設(shè)計(jì)，我了解了設(shè)計(jì)電路的程序，也了解了數(shù)字計(jì)算器的工作原理和設(shè)計(jì)理念，加強(qiáng)了我們動(dòng)手、思考和解決問(wèn)題的能力。在此次的

17、數(shù)字計(jì)算器設(shè)計(jì)過(guò)程中，我熟悉了單片機(jī)芯片的硬件結(jié)構(gòu)和各引腳的功能。這次課程設(shè)計(jì)給我的最大感受就是僅僅學(xué)理論知識(shí)是不夠的，必須將理論知識(shí)和實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，在實(shí)踐中應(yīng)用理論知識(shí)，從而使其得到更深刻的理解和鞏固，來(lái)提高自己的實(shí)際運(yùn)用能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到了重重困難，最困難的就是調(diào)試程序，剛開(kāi)始程序總是不對(duì)，不過(guò)經(jīng)過(guò)多次更改，最后終于成功了。做仿真的時(shí)候遇到很多的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)同學(xué)們的相互交流和詢問(wèn)老師，不斷的解決了一些問(wèn)題，但在硬件上，數(shù)碼管顯示不是令人很滿意，可能是焊接的原因，多次查找也沒(méi)能解決，在動(dòng)手能力方面還需要多加練習(xí)。設(shè)計(jì)是一個(gè)團(tuán)隊(duì)的任務(wù)，我們?cè)谝黄鸸ぷ骱苡淇?，互相幫助，互相學(xué)

18、習(xí)。設(shè)計(jì)中的很多問(wèn)題都是老師在老師辛勤、耐心的指導(dǎo)下完成的，同時(shí)，我也從老師和同學(xué)們身上學(xué)到了很多知識(shí)，在此表示感謝！C語(yǔ)言程序:/ 51單片機(jī)4*4鍵盤簡(jiǎn)單計(jì)算器程序 #include<reg52.h>unsigned char code tab16=0xfd,0xb7,0x0d,0x25,0xb1, 0x61,0x40,0x37,0x00,0x20, 0xa0,0x83,0xa7,0xa1,0x84, 0x8e; /段選碼表unsigned int value1,value2,result;int keyt,key1,tempkey,s;sbit P0.0=P10;sbit P

19、0.1=P11;sbit P0.2=P12;sbit P0.3=P13;void delay(unsigned int z) /延時(shí)函數(shù)unsigned int x,y;for(x=z;x>0;x-)for(y=110;y>0;y-);int getkey() /掃描鍵盤并獲得鍵值 int key=0;P2=0xff;if(P2!=0xff)delay(5);while(P2!=0xff)/行掃描有低電平信號(hào)出現(xiàn)switch(P2)/則在P2口全輸出高電平的情況下進(jìn)行列掃描case 0xfe:key=7;break;/得出鍵值case 0xfd:key=8;break;case 0

20、xfb:key=9;break;case 0xf7:key=14;break;if(key) return(key);P2=0xff;while(P2!=0xff)switch(P2)case 0xfe:key=4;break;case 0xfd:key=5;break;case 0xfb:key=6;break;case 0xf7:key=13;break;if(key) return(key);P2=0xff;while(P2!=0xff)switch(P2)case 0xfe:key=1;break;case 0xfd:key=2;break;case 0xfb:key=3;break;

21、case 0xf7:key=12;break; if(key) return(key);P2=0xff;while(P2!=0xff)switch(P2)case 0xfe:key=16;break;case 0xfd:key=10;break;case 0xfb:key=15;break;case 0xf7:key=11;break; return(key);void display(unsigned int value) / 數(shù)碼管顯示函數(shù)unsigned int k4=0; k3=value/1000; /分解整數(shù)各位k2=value%1000/100;k1=value%100/10;k

22、0=value%10while(1)/分別顯示各位if(value>=1000) P0.0=0;P1=k3;P0.1=0;P1=k2;P0.3=0;P1=k1;P0.4=0;P1=k0;if(value>=100) P0.1=0;P1=k2;P0.2=0;P1=k1;P0.3=0;P1=k0;if(value>=10) P0.2=0;P1=k1;P0.3=0;P1=k0;P0.1=0;P1=k0;tempkey=getkey();if(tempkey!=0)key1=tempkey;break;/有鍵按下,則退出循環(huán)向下執(zhí)行/主函數(shù):main()/功能:進(jìn)行接收數(shù)據(jù)和命令,完成計(jì)算器計(jì)算流程/注:key=19分別表示按鍵數(shù)字18,key=10表示按鍵數(shù)字0,key=1116/分別代表計(jì)算器功能鍵"+" "-" "*" "/" "=" "CE"(清零)main()key1=0; /讀入初值getkey();reset1: s=0;/s代表是否有"上一次計(jì)算結(jié)果"reset:value1=result=0;read:if(key1<11&&key1>0)/非功能鍵,則從低到高依次讀