单片机课程设计报告-简易计算器

1目录一、概述 .2二、实验内容 .3三、硬件设计 .31 设计总体框图 .32 实际电路 .4（1）复位电路 .4（2）时钟电路 .5（3）EA/VPP （31 脚）的功能和接法 6（4）键盘输入电路 .6（5）数码管显示电路 7四、软件设计 .91 程序内容 .92 C 语言程序 .9五、Protues 仿真 .9六、设计总结 .10七、附录 .111 C 语言程序： .112 焊接电路板实物图 193 芯片引脚图 .192一、概述单片机课程设计是一门实践课程，要求学生具有制作调试单片机最小系统及外设的能力，能够掌握单片机内部资源的使用。单片机课程设计内容包括硬件设计、制作及软件编写、调试，学生在熟练掌握焊接技术的基础上，能熟练使用单片机软件开发环境Keil C51 编程调试，并使用 STC ISP 调试工具采用串口下载方式联调制作的单片机最小系统。单片机课程设计题目包含基本部分及扩展部分，基本部分即单片机最小系统部分，扩展部分是对单片机内部资源及外部 IO 口的功能扩展，使制作的单片机系统具有一定的功能。二、实验内容自制一个单片机最小系统，包括串口下载、复位电路，采用外部小键盘输入数据，能够实现加法、乘法及一个科学计算，计算结果显示在四位一体的数码管上。3三、硬件设计1 设计总体框图2 实际电路4（1）复位电路在单片机系统中，复位电路是非常关键的，当程序跑飞（运行不正常）或死机（停止运行）时，就需要进行复位。MCS-5l 系列单片机的复位引脚 RST（ 第 9 管脚） 出现 2 个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果 RST 持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。复位操作通常有两种基本形式：上电自动复位和开关复位。上电瞬间，电容两端电压不能突变，此时电容的负极和 RESET 相连，电压全部加在了电阻上，RESET 的输入为高，芯片被复位。随之+5V 电源给电容充电，电阻上的电压逐渐减小，最后约等于 0，芯片正常工作。并联在电容的两端为复位按键，当复位按键没有被按下的时候电路实现上电复位，在芯片正常工作后，通过按下按键使RST 管脚出现高电平达到手动复位的效果。一般来说，只要 RST 管脚上保持 10ms 以上的高电平，就能使单片机有效的复位。本次课程设计选用开关复位电路，设计如下：5（2）时钟电路XTAL1（19 脚） ：芯片内部振荡电路输入端。XTAL2 （18 脚） ：芯片内部振荡电路输出端。XTAL1 和 XTAL2 是独立的输入和输出反相放大器，它们可以被配置为使用石英晶振的片内振荡器，或者是器件直接由外部时钟驱动。本次课程设计采用的是内时钟模式，即采用利用芯片内部的振荡电路，在 XTAL1、XTAL2 的引脚上外接定时元件（一个石英晶体和两个电容） ，内部振荡器便能产生自激振荡。一般来说晶振可以在 1.2 12MHz 之间任选，甚至可以达到 24MHz 或者更高，但是频率越高功耗也就越大。在本次课程设计采用的 11.0592M 的石英晶振。和晶振并联的两个电容的大小对振荡频率有微小影响，可以起到频率微调作用。当采用石英晶振时，电容可以在 20 40pF 之间选择（本实验套件使用 30pF） ；当采用陶瓷谐振器件时，电容要适当地增大一些，在 30 50pF 之间。通常选取 33pF 的陶瓷电容就可以了。具体电路如下：6（3）EA/VPP （31 脚）的功能和接法51 单片机的 EA/VPP（31 脚） 是内部和外部程序存储器的选择管脚。当 EA 保持高电平时，单片机访问内部程序存储器；当EA 保持低电平时，则不管是否有内部程序存储器，只访问外部存储器。对于现今的绝大部分单片机来说，其内部的程序存储器（一般为 flash）容量都很大，因此基本上不需要外接程序存储器，而是直接使用内部的存储器。在本实验套件中，EA 管脚接到了 VCC 上，只使用内部的程序存储器。（4）键盘输入电路在键盘中按键数量较多时，为了减少 I/O 口的占用，通常将按键排列成矩阵形式，如图 1 所示。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口（如 P1 口）就可以构成 4*4=16 个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成 20 键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9键） 。由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。由于本次实验是制作简易计算器，按键需求较多，所以输入设备选择为一个矩阵键盘，具体电路设计如下：7（5）数码管显示电路数码管按段数可分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示） ；按能显示多少个“8” 可分为 1 位、 2 位、3 位、4 位、5 位、6 位、7 位等数码管。按发光二极管单元连接方式可分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管，共阳数码管在应用时应将公共极 COM 接到+5V ，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管，共阴数码管在应用时应将公共极 COM 接到地线 GND 上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阳极8为低电平时，相应字段就不亮。本次课程设计采用共阴数码管作为显示设备，驱动芯片采用 3态 8 位缓冲器芯片，具体型号为 SN74LS244N，位选采用 4 个 NPN三极管驱动,具体型号为 S9013，具体电路如下：9四、软件设计1 程序内容本次课程设计的程序包括：主程序（实现乘法，加法，科学计算等） ，延时子程序，键盘扫描子程序，数码管显示子程序。2 C 语言程序见附录五、Protues 仿真具体仿真图如下：10需要说明的是，本次仿真主要检验程序是否正确，所以省去了复位电路，晶振电路，电源电路等。因为在仿真中这些电路没有不会影响程序的运行。这样可以节省时间，避免做些无用功，同时电路看起来更简洁，更易理解，把最关键的与程序有关的电路连接凸显出来。六、设计总结在本次课程设计中我体会最深刻的就是“理想是丰满的，现实是残酷的” 。平常在学习中，我们只学习了书本上理论的知识，知道原理。具体做起实物来问题百出！11在这次实验中，困扰我很深的是数码管的显示问题，一直想用三极管来进行位选，实现动态显示，但是电路连接好后三极管基极只要给一点电压（大约超过 0.7V 左右） ，集电极和发射极就导通，从而导致数码管一直导通，显示出数字 8，不受程序控制。刚出现这个问题的时候，我一直没找出是软件还是硬件问题。直到用万用表测出基极电压才找出问题。但是我换了基极电阻的大小，最后还是没有没有解决问题。最后我改变了硬件电路连接，决定直接把位选接到 P2 口，这样虽然亮度没有原来的强，但是由于有驱动芯片，亮度还是比较满意，可以满足要求。这样就解决了之前的问题。在整个课程设计过程中，还遇到了其他的小问题，在这里不一一赘述了。这次课程设计题目看起来简单，但还是从中学到了些有用的东西。尤其要感谢老师的严格要求，这样加强了我把这次课程设计做好的动力。七、附录1 C 语言程序：#include /52 系列单片机头文件#include#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define cheng 0#define jia 112#define kaifang 2sbit wei1=P30; /定义 4 个位选端口sbit wei2=P31;sbit wei3=P32;sbit wei4=P33;uchar code table= /数码管编码0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;void delayms(uint);void display(uint shi);uchar keyboard();uchar key_ok=0;uchar num_key=0;/按键号 uchar count=0;/按键有效标识 void main()uint a=0,num1=0,num2=0,num3=0,num_count=1;char fuhao=0;/ while(1)display(456);while(1)a=keyboard();if(key_ok=1)key_ok=0;if(count=1P3=0xfB;delayms(2);P3=0xfF;delayms(3);15if(a=100)P1=tablebai;P3=0xfD;delayms(2);P3=0xff;delayms(3);if(a=1000)P1=tableqian;P3=0xfE;delayms(2);P3=0xfF;delayms(3);/*不完善的显示判断程序，不如上面的好if(a=1000)P3=0xf0;P1=tableqian;/ wei1=1;P3=0xf8;delayms(5);P3=0xf0;P1=tablebai;/wei2=1;P3=0xf4;delayms(5);P3=0xf0;P1=tableshi;/wei3=1;P3=0xf2;delayms(5);P3=0xf0;P1=tablege;/wei4=1;16P3=0XF1;delayms(5);else if(a=100)wei1=0;P1=tablebai;wei2=1;delayms(5);wei2=0;P1=tableshi;wei3=1;delayms(5);wei3=0;P1=tablege;wei4=1;delayms(5);else if(a=10)wei2=0;P1=tableshi;wei3=1;delayms(5);wei3=0;P1=tablege;wei4=1;delayms(5);else wei3=0;P1=tablege;wei4=1;delayms(5);*/矩阵键盘.无按键动作时其返回值 num_key=0,否则返回按键号 num_key*检测高四位 unsigned char keyboard() 17/ unsigned char num_key=0;/按键号 unsigned char temp=0;/读取 P2 口线数据 static unsigned char temp_code=0;/用于保存按键值 static unsigned char temp_circle=0xFE;/保存 P2 线上的循环扫描值 static unsigned char num_check=0;/低电平计数 static unsigned char key_flag=0;/按键有效标识 P2=temp_circle;/0xFX temp=P2;/读取 P2 口线数据if(temp!=temp_circle)/有按键动作 num_check+;/低电平计数|逢低电平加 1 if(num_check=5)/连续 10 次(10ms)低电平有效 key_flag=1;/按键有效标识置 1 temp_code=temp;/保存按键值 else/松手 OR 无按键动作,此时应该改变扫描线 num_check=0; if(key_flag=1)/按键有效判断 key_flag=0; count+;key_ok=1;switch(temp_code)/读取按键号 /P20 线 case 0xEE: num_key=4; break; case 0xDE: num_key=3; break; case 0xBE: num_key=2; break; case 0x7E: num_key=1; break; /P21 线 case 0xED: num_key=8; break; case 0xDD: num_key=7; break; case 0xBD: num_key=6; break; 18case 0x7D: num_key=5; break; /P22 线 case 0xEB: num_key=12; break; case 0xDB: num_key=11; break; case 0xBB: num_key=0; break; case 0x7B: num_key=9; break; /P23 线 case 0xE7: num_k