九九乘法表判斷器

1、河北工程大學科信學院課程設計說明書（2012 /2013學年第二學期）課程名稱 ： 單片機原理及應用 題 目 ： 九九乘法表判斷器 專業(yè)班級 ： 自動化3班 學生姓名 ： 呂雪敏 學 號 : 090412111 指導教師 : 韓昱 王靜爽 王立國設計周數(shù) : 2 周 設計成績 ： 2013年6月27日目錄1. 課程設計任務及目的 -21.1課程設計任務 -2 1.1.1技術要求 -21.1.2原始數(shù)據(jù)及主要任務 -2 1.2 課程設計目的 -22.課程設計正文 -32.1 硬件設計 -32.1.1 硬件方案設計 -32.1.2 單元電路設計 -52.1.3軟件與硬件結合調試 -82.2 軟件設

2、計 -92.2.1 系統(tǒng)分析 -92.2.2 系統(tǒng)設計 -102.2.3 系統(tǒng)實施 -173. 課程設計總結 -174.參考文獻 -18 5.教師評語 -19 1. 課程設計任務及目的1.1 課程設計任務1.1.1 技術要求：以MCS-51單片機為核心，設計出一個九九乘法表判斷器。2個數(shù)碼管顯示輸入答案；一個數(shù)字加1循環(huán)按鍵，一個乘按鍵，一個輸入答案按鍵，一個清零按鍵。若輸入正確，蜂鳴器鳴響2秒；答案錯誤，則清零重新輸入。1.1.2 原始數(shù)據(jù)及主要任務：a、確定總體設計法案；b、設計鍵盤輸入電路；c、設計顯示電路；d、編寫系統(tǒng)程序；e、利用Protel設計硬件電路原理圖和PCB 圖；f、軟硬件

3、聯(lián)機調試。1.2 課程設計目的（1） 通過九九乘法表判斷器的設計，掌握數(shù)碼管動態(tài)顯示的原理；（2） 通過單片機課程設計，熟練掌握軟件編程的方法，將理論知識聯(lián)系到實踐中去，提高我們的動腦動手能力；（3） 完成系統(tǒng)的硬件設計、軟件設計、仿真調試，學會將硬件知識和軟件知識結合起來，使兩者相互補充，共同實現(xiàn)一個系統(tǒng)的功能；（4） 通過課程設計加深理解課堂教學內容，掌握單片機的基本應用方法。通過實驗熟悉微機基本接口芯片的外型、引腳、編程結構。掌握程序設計和單片機基本接口電路的設計、應用方法，做到理論聯(lián)系實際2、課程設計正文2.1 硬件設計2.1.1 總體設計方案（電路原理圖如下）系統(tǒng)組成：該系統(tǒng)由單片機

4、基本電路、數(shù)碼管顯示電路，按鍵輸入電路以及蜂鳴器電路組成。其中單片機基本電路已在課程設計專用單片機基本電路給出。系統(tǒng)工作原理：鍵盤輸入單片機數(shù)碼管顯示蜂鳴器系統(tǒng)通過鍵盤輸入模塊向單片機輸入數(shù)據(jù)，經(jīng)過單片機的計算按條件再向數(shù)碼管顯示模塊和蜂鳴器輸出指令，使之執(zhí)行相應的動作。各個模塊的工作原理將在下文做具體介紹。STC90C52AD說明 STC90C52AD的引腳圖STC90C52AD的引腳說明和功能說明如下：XTAL1 ：接外部晶振的一個引腳。在單片機內部，它是一反相放大器輸入端，這個放大器構成了片內振蕩器。采用外部振蕩器時，此引腳應接地。 XTAL2 ：接外部晶振的一個引腳。在片內接至振蕩器的

5、反相放大器輸出端和內部時鐘發(fā)生器輸入端。當采用外部振蕩器時，則此引腳接外部振蕩信號的輸入。 RST ：AT89C51的復位信號輸入引腳，高電位工作，當要對芯片復位時，只要將此引腳電位提升到高電位，并持續(xù)兩個機器周期以上的時間，AT89C51便能完成系統(tǒng)復位的各項工作，使得內部特殊功能寄存器的內容均被設成已知狀態(tài)。 P0口(P0.0P0.7)是一個8位漏極開路雙向輸入輸出端口，當訪問外部數(shù)據(jù)時，它是地址總線（低8位）和數(shù)據(jù)總線復用。外部不擴展而單片應用時，則作一般雙向IO口 用。P0口每一個引腳可以推動8個LSTTL負載。 P2口(P2.0P2.7)口是具有內部提升電路的雙向I/0端口(準雙向并

6、行I/O口)，當訪問外部程序存儲器時，它是高8位地址。外部不擴展而單片應用時，則作一般雙向IO口用。每一個引腳可以推動4個LSTL負載。 P1口(P1.0P1.7)口是具有內部提升電路的雙向I/0端口(準雙向并行I/O口)，其輸出可以推動4個LSTTL負載。僅供用戶作為輸入輸出用的端口。 P3口(P3.0P3.7)口是具有內部提升電路的雙向I/0端口(準雙向并行I/O口)，它還提供特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計時計數(shù)控制及外部隨機存儲器內容的讀取或寫入控制等功能。 2.1.2單元電路設計（一）單片機基本系統(tǒng)1、電路說明課程設計配發(fā)的小電路板（ISP-MCU Basic circuit

7、）電路原理圖。該板作為課程設計的核心電路板使用，板上有單片機及附屬電路，RS-232通信驅動電路，高低電平測試電路等。課程設計電路中需要的其他電路在此基礎上擴展，通過插孔連接。擴展電路在萬用板上制作。2、器件安裝PCB板上畫成熔斷器的器件“W1W4”安裝導線短接，最先安裝。然后依次安裝電阻、插孔座、DIP插座、發(fā)光二極管、瓷片電容、獨石電容、電解電容、按鈕，最后安裝接線端子和DB9插座。注意所有插座、插孔座、按鈕及接線端子一定要安裝牢靠。晶體諧振器處安裝插孔座，以便更換晶振。3、使用說明基本電路板上的單片機使用宏晶公司支持串口下載程序（ISP）的單片機，如STC90C52AD。單片機的技術資料

8、和用于下載程序的軟件可從宏晶公司網(wǎng)站上下載，也可向指導老師所要。需要閱讀理解單片機資料中“在系統(tǒng)可編程使用”，用到模數(shù)轉換功能的組還要閱讀“A/D轉換寄存器及應用”。調試程序時建議充分利用程序下載方便的有利條件，先編一些短小的程序驗證硬件電路的正確性和使用方法的正確性。完整程序復雜時建議使用單片機仿真軟件幫助排除錯誤。也可利用下載軟件自帶的串口工具幫助調試，通過單片機把運行狀態(tài)和重要數(shù)據(jù)送到PC機。擴展電路盡量不要再使用P3.0和P3.1口，必須使用時可作為單片機的輸出口使用。（二）按鍵輸入單元設計1、電路說明按鍵輸入單元的電路圖如圖。該單元作為系統(tǒng)的輸入，采用了四個獨立按鍵，分別為數(shù)字加一循

9、環(huán)按鍵S1（接P1.0口）、乘按鍵S2（接P1.1口）、答案輸入按鍵S3（接P1.2鍵）、清零按鍵S4按鍵（接P1.3口）。當按鍵按下，電源與地短路，使單片機端口電平被拉低，從而檢測出一個輸入。各個接口通過插針與單片機相連。2、器件安裝按鈕順向相對引腳為一對，每個鈕有兩對引腳，安裝的時候要注意將同極性的兩個引腳接到一起，以提高可靠性。上拉電阻為470K。（三）數(shù)碼管顯示單元1、電路說明數(shù)碼管顯示單元的電路原理圖如圖。該單元作為系統(tǒng)的輸出顯示，采用兩個共陽極數(shù)碼管動態(tài)顯示。兩數(shù)碼管段選信號引腳并聯(lián)通過1K的限流電阻接到單片機的P2口，從P2.0到P2.7一次接數(shù)碼管的adp腳。由于采用了共陽極的

10、數(shù)碼管，因此不需要驅動芯片來驅動數(shù)碼管顯示，只需單片機引腳給出低電平相應斷即可點亮。兩個數(shù)碼管的片選端分別接兩個PNP型三級管的集電極，三級管的射極接電源，基極接單片機P1.5、P1.6端。該三極管起到了控制以及放大電流的作用，使得單片機可以通過給相應端口送低電平而使數(shù)碼管點亮。2.器件安裝通過查詢得到數(shù)碼管的引腳排序，找出響應的引腳。在單片機端口外接1K的限流電阻，以防止電流過大損壞數(shù)碼管。兩個數(shù)碼管的片選端分別接兩個PNP型三級管的集電極，三級管的射極接電源，基極接單片機。注意數(shù)碼管、三極管的引腳不能接錯。（三）蜂鳴器輸出單元1.電路說明蜂鳴器輸出單元的電路圖如圖。該單元作為系統(tǒng)的輸出，在

11、計算結果正確時鳴響。蜂鳴器通過一個PNP型三極管與電源和單片機P1.4口相連。三極管的放大作用避免了蜂鳴器驅動電流的不足，也使得單片機可以通過給P1.4口低電平使蜂鳴器鳴響。2.器件安裝注意三級管的極性，以及限流電阻的接法。 （四）附加電路器件表標識符器件名規(guī)格型號數(shù)量U1單片機STC90C52AD1DS1DS2共陽極數(shù)碼管LG5611BH2R1R7電阻470k7R8R10電阻1k3R11電阻10k1Q1Q3PNP型三級管90123X1晶振60HZ1C1C2電容30pf2C3電解電容10uf1S1S5按鍵5LS1蜂鳴器12.1.3軟件與硬件結合調試硬件調試：硬件調試是利用DVCC實驗與開發(fā)系統(tǒng)

12、、基本測試儀器（萬用表、示波器等），檢查用戶系統(tǒng)硬件中存在的故障。硬件調試可分為靜態(tài)調試與動態(tài)調試兩步進行。靜態(tài)調試：是在用戶系統(tǒng)未工作時的一種硬件檢測。第一步：目測。檢查外部的各種元件或者是電路是否有斷點。第二步：用萬用表測試。先用萬用表復核目測中有疑問的連接點，再檢測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。給板加電，檢測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)機檢查。因為只有用單片機開發(fā)系統(tǒng)才能完成對用戶系統(tǒng)的調試。 動態(tài)調試：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部故障、器件連接邏輯錯誤等的一種硬件檢查。動態(tài)調試的一般方法是由近及遠、由分到

13、合。由分到合是指首先按邏輯功能將用戶系統(tǒng)硬件電路分為若干塊，當調試電路時，與該元件無關的 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局部的電路上。當各塊電路無故障后，將各電路逐塊加入系統(tǒng)中，在對各塊電路功能及各電路間可能存在的相互聯(lián)系進行調試。由分到合的調試既告完成。由近及遠是將信號流經(jīng)的各器件按照距離單片機的邏輯距離進行由近及遠的分層，然后分層調試。調試時，仍采用去掉無關元件的方法，逐層調試下去，就會定位故障元件了。軟件調試：軟件調試是通過對程序的匯編、連接、執(zhí)行來發(fā)現(xiàn)程序中存在的語法錯誤與邏輯錯誤并加以排除糾正的過程?？梢岳梅抡嫫骷右哉{試，對系統(tǒng)單個單元進行調試，當單元電路成

14、功后，在對整個程序調試，最后在用功CPU芯片調試。系統(tǒng)調試在焊接完畢附加電路以后，可通過肉眼做初步的觀察，看是否存在虛焊、漏焊等明顯缺陷，確認沒有以后，可以通電對蜂鳴器單元、數(shù)碼管顯示單元進行調試：將蜂鳴器的使能端接到5V電源負極，正常鳴響則該單元合格。再將每個數(shù)碼管的使能端和段選端接到電源負極，如果每段都正常點亮則該單元合格。若某單元不正常，則需找出錯誤改正后在調試，直到合格為止。對于按鍵單元則可以通過萬用表測其通態(tài)與斷態(tài)的電阻來確定其實否合格。合格時，通態(tài)電阻接近0，斷態(tài)電阻接近無窮。至此，硬件電路設計完畢。2.2 軟件設計2.2. 1 系統(tǒng)分析該系統(tǒng)為一個九九乘法表判斷器，故需要有乘數(shù)及

15、答案的輸入。在硬件電路中設置了4個按鍵，S1、S2、S3、S4分別作為數(shù)字加一循環(huán)、乘、答案輸入、清零按鍵。兩個數(shù)碼管顯示輸入的數(shù)字。而蜂鳴器則在答案正確的時候作提示用。在按方面，由于只有一個數(shù)字循環(huán)鍵，所以，將乘按鍵和答案輸入鍵設置為多功能按鍵。在第一次按下S2時再按S1則可輸入第一個乘數(shù)，第二次按下S2鍵的時候按K1鍵可以輸入第二個乘數(shù)。在S3第一次按下后，按S1輸入答案的十位數(shù)，S3第二次按下后輸入答案的個位數(shù)，S3第三次按下則判斷并顯示結果：正確則蜂鳴2秒，錯誤則清零重來。這樣就減少了S1鍵的按鍵次數(shù)。同時，在乘數(shù)沒有輸入完畢，即S2鍵按下少于2次時，答案輸入按鍵是無效的；在輸入答案時

16、，S2是無效的。這樣避免了誤操作。在此技術要求下，程序流程圖如下：N開始初始化S2（乘）按鍵功能子程序S4（清零）按鍵子程序乘數(shù)輸入子程序答案輸入子程序S3是否按下S4是否按下S3（答案輸入）按鍵功能子程序S2鍵是否按下YYNYN2.2.2 系統(tǒng)設計根據(jù)系統(tǒng)流程圖編寫系統(tǒng)程序如下：#include /頭文件#define uint unsigned int /宏定義#define uchar unsigned charuchar shu1,shu2,shu3,shu31,shu32,i,flag1,num,shu4,aa;sbit key1=P10;/按鍵1 加1按鍵sbit key2=P11

17、;/按鍵2 乘法按鍵sbit key3=P12;/按鍵3 輸入按鍵sbit key4=P13;/按鍵4 清零按鍵sbit D1=P15; /數(shù)碼管1 sbit D2=P16; /數(shù)碼管2sbit FM=P14; /蜂鳴器uchar code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f, 0x66,0x6d,0x7d,0x07, 0x7f,0x6f,0x77,0x7c, 0x39,0x5e,0x79,0x71;void delay(uint z); /延時子函數(shù)void display(uchar shu); /數(shù)碼管顯示子函數(shù)void scan(); /鍵盤掃描按鍵void unit(

18、);/定時器初始化void dd();/*主函數(shù)*/void main()unit();FM=1;while(1)/FM=0;scan();void delay(uint z)uint x,y;for(x=110;x0;x-)for(y=z;y0;y-);void dd()num=1;shu1=0;shu2=0;shu32=0;shu31=0;shu3=0;shu4=0;FM=1;EA=0; void display(uchar shu)D1=1;D2=0;P2=tableshu/10;delay(5);D1=0;D2=1;P2=tableshu%10;delay(5);void scan()

19、/鍵盤掃描 if(key4=0)delay(5);if(key4=0)dd();while(!key4);if(key3=0)delay(5);if(key3=0)num+;if(num=5)num=0;while(!key3);switch(num)case 1: if(num!=0) if(key1=0) delay(5);if(key1=0)shu1+;if(shu1=10)shu1=0;while(!key1); display(shu1); if(key2=0) delay(5);if(key2=0)num=2;while(!key2); break;case 2: if(num!=

20、0)if(key1=0)delay(5);if(key1=0)shu2+;if(shu2=10) shu2=0;while(!key1);display(shu2); break;case 3: if(num!=0)if(key1=0)delay(5);if(key1=0)shu31+;if(shu31=10)shu31=0;while(!key1);if(key2=0)delay(5);if(key2=0) shu32+; if(shu32=10) shu32=0; while(!key2);shu3=shu31*10+shu32;display(shu3); break;case 4: i

21、f(num!=0)/判斷是否正確 對 蜂鳴器2秒 錯 清零 shu4=(shu1*shu2);display(shu4);if(shu3=shu4) / delay(5); FM=0;EA=1;if(aa=40)aa=0;dd();/FM=1;/delay(1000);/FM=0;/delay(5);/break;break;void unit()TMOD=0x01;/定時器模式的初始化TH0=(65536-50000)/256; /裝初值TL0=(65536-50000)%256;/EA=1; /開總中斷ET0=1;/開定時器0中斷TR0=1;/開啟中斷/FM=0;void temer0()

22、 interrupt 1 /定時符程序TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;aa+;2.2.3 系統(tǒng)實施將程序下載到單片機中，給電路上電。此時，數(shù)碼管顯示一個“0”，加一按鍵、答案輸入按鍵皆為無效。按一次乘按鍵，加一鍵生效，可按加一鍵輸入第一個乘數(shù)，數(shù)碼管顯示輸入值；再按一次乘按鍵后，該鍵失效，答案輸入按鍵生效，數(shù)碼管顯示“0”，按加一鍵輸入第二個乘數(shù)。按一次答案輸入按鍵，數(shù)碼管顯示“00”，此時可按加一鍵輸入答案的十位數(shù)，第一個數(shù)碼管顯示輸入數(shù)值，第二個數(shù)碼管顯示“0”；再按一次答案輸入按鍵，數(shù)碼管顯示“x0”（x為此前輸入的答案十位數(shù)），按加一鍵可以輸入答案的個位，第二個數(shù)碼管顯示輸入值；第三次按下答案輸入按鍵判斷答案是否正確，如果正確，則蜂鳴器響2秒數(shù)碼管顯示正確答案，否則數(shù)碼管顯示“0”，從新輸入數(shù)據(jù)；在整個過程中，都可以按清零鍵重新輸入數(shù)據(jù)。據(jù)實測，所設計的硬件電路及程序可以實現(xiàn)任務要求。3、課程設計總結經(jīng)過兩周的課程設計，我深刻了解到單片機的重要性。單片機是我們專業(yè)