51单片机的应用

基于基于 5151 单片机的设计应用单片机的设计应用 摘摘 要要 本计算器是以 MCS 51 系列 8051 单片机为核心构成的简易计算器系统 该系统通过 单片机控制 实现对 4 4 键盘扫描进行实时的按键检测 并把检测数据存储下来 整个计 算器系统的工作过程为 首先存储单元初始化 显示初始值和键盘扫描 判断按键位置 查表得出按键值 单片机则对数据进行储存与相应处理转换 之后送入 LED 显示器动态显 示 整个系统可分为三个主要功能模块 功能模块一 实时键盘扫描 功能模块二 数据 转换成显示器显示 功能模块三 显示器静态显示 关键字 关键字 AT89C51 单片机 按键控制 LED 显示 第第 1 1 章章 引言引言 计算器一般由运算器 控制器 存储器 键盘 显示器 电源和一些可选 外围设备及电子配件通过人工或机器设备组成 低档计算器的运算器 控制 器由数字逻辑电路实现简单的串行运算 其随机存储器只有一 二个单元 供累加存储用 高档计算器由微处理器和只读存储器实现各种复杂的运算程 序 有较多的随机存储单元以存放输入程序和数据 本计算器整个系统可分为三个主要功能模块 功能模块一 实时键盘扫描 功能模块二 数据转换成显示器显示 功能模块三 显示器动态显示 具体设计 如下 1 由于要设计的是简单的计算器 可以进行四则运算 为了得到教好的显 示效果 采用 LCD 显示数据和结果 2 另外键盘包括数字键 0 9 符号键 清除键和等号 键 故只需要 16 个按键即可 设计中采用集成的计算机键盘 3 执行程序 开机显示零 等待键入数值 当键入数字 通过 LCD 显示出 来 当键入 运算符 计算器在内部执行数值转换和存储 并等待再 次键入数值后将显示键入的数值 按等号就会在 LCD 上输出运算结果 4 错误提示 当单片机执行程序中有错误时 会在 LCD 上显示相应的提示 如 当输入的数值或计算器得到的结果大于计算器的显示范围时 计算器会在 LCD 上提示溢出 当除数为 0 时 计算器会在 LCD 上提示错误 第二章第二章 系统硬件结构设计系统硬件结构设计 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 AT89C51 单片机为主控单元 显示部分 采 用 LCD 静态显示 按键部分 采用 4 4 键盘 硬件电路如下 2 1 键盘接口电路 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 计算器的键盘布局所示 一般有 16 个键组成 在单片机中正好有一个端口 实现 16 个按键功能 这种形式在单片机系统中最常用 矩阵键盘内部电路如下 2 11 LCD 显示模块 本设计采用 LCD 液晶显示器来显示输出数据 LCD 的特性有 1 5V 电压 对比可调度 2 内含复位电路 3 提供各种控制命令 如 清屏 字符闪烁 光标闪烁 显示移位等多种功能 4 有 80 字节显示数据存储器 DDRAM 5 内 建有 160 个 5X7 点阵的字型的字符发生器 CGROM 6 8 个可由用户自定义的 5X7 的字符发生器 CGRAM 本设计通过 D0 D7 引脚向 LCD 写指令字或写数据以使 LCD 实现不同的功能 或显示相应的数据 接口电路如下 2 111 运算模块 MCS 51 单片机是在一块芯片中集成了 CPU RAM ROM 定时器 计数器和多 功能 I O 等计算机所需要的基本功能部件 如果按功能划分 它由以下功能部 件组成 即微处理器 CPU 数据存储器 RAM 程序存储器 ROM EPROM 并 行 I O 口 串行口 定时器 计数器 中断系统及特殊功能寄存器 SFR 单片 机是靠程序运行的 并且可以修改 通过不同的程序实现不同的功能 尤其是 特殊的一些功能 通过使用单片机编写的程序可以实现高智能 高效率以及高 可靠性 因此采用单片机作为计算器的主要功能部件 可以很快的实现运算功 能 运算模块由键盘和显示屏组成 单片机通过按键来实现输入数据和操作方 式的控制 在运算过程中 对所设的数据进行四则运算时 要先确定选用的是 哪一个运算符 若是 或 则要判断结果是否会溢出 溢出则显示错误提示 没有溢出则显示运算结果 若是 则要判断除数是否为零 为零时显示错误提 示 不为零显示运算结果 第三章第三章 系统软件设计系统软件设计 3 1 键扫程序设计 键扫程序的过程为 开始时 先判断是否有键闭合 无键闭合时 返回继 续判断 有键闭合时 先去抖动 然后确定是否有键按下 若无键 按下 则返回继续判断是否有键 闭合 若有键按下 则判断键号 然后释放 若释放按键完毕 则 返回 若没有释放按键 则返回 继续释放 流程图如下 Y N 开始 有键闭合否 去抖动 确有键按下 判断键号 释放 返回 返回 Y N Y N 3 11 算术运算程序设计 算术运算程序的过程为 先判断输入的运算符是 中的哪一个 若是 或 则要判断运算结果是否溢出 溢出则显示错误信息 没溢出就显示 运算结果 若是 则要先判断除数是否为零 为零就显示错误信息 不为零则 显示运算结果 若是 则直接显示运算结果 流程图 3 111 显示程序设计 显示程序的过程为 显示开始时 先进行 LCD 的初始化 判断是否显示 若 不显示 则返回 若有显示则进行相应功能的设置 然后送地址和数据 再判 断是否显示完 显示完则返回 没有显示完则继续送地址 流程图 开始 运算符是 加乘减 除 运算结溢 出 除数为 0 错误信息送显示 缓冲 显示结果 YY NN 3 1111 C 程序的图片 显示开始 LCD 初始化 显示 相应功能设置 送地址 是否显示完 返回 送数据 Y N 第四章第四章 系统软件结构设计要求系统软件结构设计要求 1 由于要设计的是简单的计算器 可以进行四则运算 为了得到教好的显 示效果 采用 LCD 显示数据和结果 2 另外键盘包括数字键 0 9 符号键 清除键和等号 键 故只需要 16 个按键即可 设计中采用集成的计算机键盘 3 执行程序 开机显示零 等待键入数值 当键入数字 通过 LCD 显示出 来 当键入 运算符 计算器在内部执行数值转换和存储 并等待再 次键入数值后将显示键入的数值 按等号就会在 LCD 上输出运算结果 4 错误提示 当单片机执行程序中有错误时 会在 LCD 上显示相应的提示 如 当输入的数值或计算器得到的结果大于计算器的显示范围时 计算器会在 LCD 上提示溢出 当除数为 0 时 计算器会在 LCD 上提示错误 第五章第五章 实验结果分析实验结果分析 调试一般分为以下四个阶段 1 编写程序并查错 2 在 C 语言的编译 系统中编译源程序 3 对程序进行编译连接 并及时发现程序中存在的错误 4 改正错误 5 仿真 在本次调试中出现的