1、學 號 1307080113天津城建大學單片機原理及應用A課程設計設計說明書數碼管顯示的簡易計算器設計起止日期： 2016 年 1 月 4 日 至 2016 年 1 月 8 日學生姓名鄔海斌班級13電信科1班成績指導教師(簽字)計算機與信息工程學院2016年1月8日天津城建大學課程設計任務書20142015學年 第1學期計算機與信息工程學院 電子信息工程專業 班級 13電信科1班 學號 1307080113 課程設計名稱： 單片機原理及應用A 課程設計 設計題目： 數碼管顯示的簡易計算器設計 完成期限：自 2015 年 1 月 4 日至 2015年 1 月 8日共1 周設計依據、要求及主要內容

2、：一設計的目的1.進一步熟悉和掌握單片機系統設計和編程原理。2.掌握單片機的接口技術及相關外圍芯片的外特性、控制方法。3.通過設計，掌握以單片機核心的電路設計的基本方法和技術。4.通過實際程序設計和調試，掌握模塊化程序設計方法和調試技術。5.通過完成一個包括電路設計和程序開發的完整過程，了解開發單片機應用系統的全過程，為今后從事相應開發打下基礎。二設計的基本要求1.認真認識設計的意義，掌握設計工作程序，學會使用工具書和技術參考資料，并培養科學的設計思想和良好的設計作風。2.提高模型建立和設計能力，學會應用相關設計資料進行設計計算的方法。3.提高獨立分析、解決問題的能力，逐步增強實際應用訓練。4

3、.設計的說明書要求簡潔、通順，電路圖內容完整、清楚、規范。三設計主要內容a) 設計實現功能STC12C5A60S2（引腳排序及基本功能同AT89S51）作為主控芯片，設計由數碼管和鍵盤電路組成的簡易計算器。一是擴展數碼管顯示電路；二是擴展按鍵電路，能夠實現參數的輸入；三是能夠實現數據的加減乘除運算，并能顯示運算的數據和運算結果；四是擴展時鐘芯片DS12C887電路，用于不計算時的時間信息顯示。b) 原理圖設計1.原理圖設計要符合項目的工作原理，連線要正確。2.圖中所使用的元器件要合理選用，電阻、電容等器件的參數要正確標明。3.原理圖要完整，CPU、外圍器件、外擴接口、輸入/輸出裝置要一應俱全。

4、c) 程序調計1.根據要求，將總體功能分解成若干個子功能模塊，每個功能模塊完成一個特定的功能。2.根據總體要求及分解的功能模塊，確定各功能模塊之間的關系，設計出完整的程序流程圖。d) 程序調試1.編寫相關程序，并進行仿真。2.將程序下載到單片機，進行運行調試。e) 設計說明書1.原理圖設計說明簡要說明設計目的，原理圖中所使用的元器件功能及在圖中的作用，各器件的工作過程及順序。2.程序設計說明對程序設計總體功能及結構進行說明，對各子模塊的功能以及各子模塊之間的關系作較詳細的描述。3.畫出工作原理圖，程序流程圖并給出相應的程序清單。四設計進度安排序號日期計劃完成內容11.4 確定設計方案，根據設計

5、方案繪制的硬件原理電路。21.5編寫軟件程序流程。31.6-1.7根據設計方案編寫軟件程序，綜合調試。41.8編寫課程設計報告，口試或答辯。指導教師（簽字）： 批準日期： 20 年 月 目 錄第1章 設計任務及要求1第2章 設計原理22.1設計原理22.2設計系統框圖2第3章 硬件電路設計33.1 數碼管硬件電路設計33.2 矩陣鍵盤電路設計43.3 主要元件AT89S514第4章 軟件程序設計與調試64.1程序流程圖64.2 調試結果7總 結8參考文獻9附錄I：主要程序10附錄II：元器件清單1920第1章 設計任務及要求STC12C5A60S2（引腳排序及基本功能同AT89S51）作為主控

6、芯片，設計由數碼管和鍵盤電路組成的簡易計算器。一是擴展數碼管顯示電路；二是擴展按鍵電路，能夠實現參數的輸入；三是能夠實現數據的加減乘除運算，并能顯示運算的數據和運算結果；四是擴展時鐘芯片DS12C887電路，用于不計算時的時間信息顯示。通過鍵盤輸入數據，進行相應的加減乘除運算，并在數碼管顯示相應的運算結果。第2章 設計原理2.1設計原理設計主要是利用AT89C51進行數據處理，利用4×4矩陣鍵盤的按鍵掃描，利用LED數碼管的動態顯示。該設計首先是運用矩陣鍵盤的按鍵掃描，然后把掃描得到的鍵值進行譯碼，其次把譯碼所得的數值進行處理，最后將處理后的值進行動態顯示。矩陣鍵盤和數碼管分別接在P

7、1和P0,這樣大大的節約了單片機的I/O端口。圖2-1 設計原理圖2.2設計系統框圖51單片機數碼管顯示模塊時鐘電路模塊 鍵盤運算模塊電源模塊 圖2-2 系統結構框圖第3章 硬件電路設計3.1 數碼管硬件電路設計數碼管數據顯示的硬件電路由單片機、4位共陽極數碼管、位驅動電路、限流電阻等組成。實驗板中將跳線 J7 與J2（A8A11 腳）相連，即單片機P2.0-P2.3?？刂茢荡a管4位位選。用跳線將 J14 與J15 相連，P0 口送出數碼管段選碼。程序輪流選通各位，并送出段碼信息，數碼管從低位循環移位顯示 0-F 的數據。程序由 P1 口送出段碼信息，最低位數碼管循環顯示0-9的數字。數碼管共

8、陽極段碼表及數碼管顯示電路圖如下：表3-1 共陽極數碼管段碼顯示字符 共陽極段碼 共陰極段碼0 C0H 3FH1 F9H 06H2 A4H 5BH3 B0H 4FH4 99H 66H5 92H 6DH6 82H 7DH7 F8H 07H8 80H 7FH9 90H 6FH圖3-1 數碼顯示電路3.2 矩陣鍵盤電路設計4*4 矩陣鍵盤行輸入接單片機 P1.0-P1.3，列輸入接單片機 P1.4-P1.7，通過掃描方式檢測是否有鍵按下，并確定鍵值。通過數碼管顯示價值。 設置跳線，連接J12 與J11，P1 口連接鍵盤行列，連接J14 與J15，74LS573口送出數碼管段碼,連接 J7 至J2：A

9、8-A11 腳(單片機 P2.0-P2.3），控制數碼管位選。 鍵盤掃描程序的過程為：開始時，先判斷是否有鍵閉合，無鍵閉合時，返回繼續判斷，有鍵閉合時，先去抖動，然后確定是否有鍵按下，若無鍵按下，則返回繼續判斷是否有鍵閉合，若有鍵按下，則判斷鍵號，然后釋放，若釋放按鍵完畢，則返回，若沒有釋放按鍵，則返回繼續釋放。圖3-2 鍵盤電路 3.3 主要元件AT89S51目前AT89S51多采用40個引腳的雙列直插封裝方式。40個引腳按其功能可分如下三類：電源及時鐘引腳Vcc、Vss；XTAL1、XTAL2.控制引腳PSEN、ALE/PROG、EA/VppRST(即RESET).I/O口引腳P0、P1、

10、P2、P3，為4個8位I/O口的外部引腳。主要引腳功能如下： P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據/地址的第八位。在FIASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地

11、址接收。 P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“

12、1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。圖3-3 單片機圖3-4 輸出口擴展第4章 軟件程序設計與調試4.1程序流程圖按鍵譯碼是否有按鍵按下初始化后，程序開始進入主程序，1、進行按鍵判斷，如果有鍵按下，繼續往下執行，否則重新掃描；2、如果有鍵按下，延時5MS；3、再次按鍵判斷，如果有鍵按下，繼續往下執行，否則重新掃描；4、如果有鍵按下，確定按鍵位置；5、再次進行按鍵判斷，如果有鍵按下，繼續往下執行，否則，表示出錯，重新掃面；6、如果有鍵按下，對按鍵譯碼；7、判斷是否按鍵釋放，如果釋放，繼續往下執行，否則等待；8、

13、對送來的譯碼值進行數據處理；9、把處理的數據，放到LED數碼管中動態顯示。詳細程序源代碼見附錄I。結束數碼管中顯示是否有按鍵下按下是否有按鍵按下延時5Ms是否有按鍵按下初始化開始數據處理 NY YN 確定按鍵位置 N圖4-1 程序流程4.2 調試結果（1）鍵盤上按下123；鍵盤上按下運算鍵“+”后，按下7； 圖4-2 數碼管顯示“123”、“7”（2）鍵盤上按下功能鍵“=”后，得出運算結果130；圖4-3 數碼管顯示運算結果（3）不運算時，數碼管顯示時間15：12。圖4-4 數碼管顯示時間總 結很快一周多的時間又過去了，一個星期的課程設計對于我們初學者來說并不簡單，畢竟我們對單片機這門課程花的

14、時間很少，上課的時間和上機的時間僅僅那么多，所以我們對這門課程的知識只了解了一個大概。對于這一個星期的成就我感到很欣慰，能夠自己編出一個程序運用到實踐當中。剛開始我們都不知道如何動筆，看到那么多的課題，心中在暗暗的想，我們真的能做好一個嗎，糾結了好久才把課題選好。選好課題后也不只從何處下手，我們只得到處查詢資料和網上借鑒。我們都知道這個課程設計的關鍵是流程圖和程序的編寫。我們不急不忙的看了很多相似的程序和流程圖，和向老師的請教才將流程圖給畫出個大概來，當然萬事開頭難嗎，第一步做好了以后。我們就得開始編寫程序了，這是最關鍵的了，首先我們認真的看了書本上的相似程序，將這個程序看懂了解透。我們才開始

15、著手編寫程序，當然在編寫程序的這個過程是最復雜最麻煩了。老是出現各種各樣的問題，這就需要我們能靜下心了，同樣我們也得考驗同學之間團結合作能力了。自己編的程序自己往往很難發現錯誤，我們便便請教班上的高手解答。實在不懂得就求助老師了。在各種方法使盡后，程序終于出來了，一個程序的編寫就花了我們課程設計的一大半的時間。此后說明書的書寫也是項不小的工程，要將所有的東西集合起來還真的不簡單。老是發現缺這缺那的。一個人書寫后還得要幾個人的審查才敢最終確定。當然經過這次課程設計我們學會了很多，對單片機這門課程有了更好的了解，這也是一次理論知識運用到實踐當中的考驗，同時也為我們以后的畢業設計提供了參考。最后非常

16、感謝老師和同學們的幫助。參考文獻1張毅剛,彭喜元等. 單片機原理及應用M. 北京:高等出版社,2010.2彭偉. 單片機C語言程序設計實訓100例M. 北京:高等出版社,2009.3徐愛均,徐陽等. 單片機原理與應用M. 機械工業出版社,2013.附錄I：主要程序#include "reg51.h"#include"absacc.h"#include <string.h>typedef unsigned char BYTE;typedef unsigned int WORD;#define led_date XBYTE0x6000 /*LED

17、口地址*/BYTE led_dm20=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10;void LED_crt(BYTE val);/ /*led顯示位置*/void Delay(WORD n);void crt_num();BYTE led_w,di; WORD num,a,b,c,d;/定義存儲變量 WORD num1;WORD num2,count,flage,Hourh,Hourl,Secondh,Secondl,Minuteh,Min

18、utel;bit fuhao;BYTE yunsuan;bit flag;bit biaozhi;#define DS_A XBYTE0x100A /寄存器 /* DS12887口地址 */ #define DS_B XBYTE0x100B /寄存器 #define DS_C XBYTE0x100C /寄存器 #define Years XBYTE0x1009 /年 #define Month XBYTE0x1008 /月 #define Day XBYTE0x1007 /日 #define Week XBYTE0x1006 /星期 #define Hour XBYTE0x1004 /時 #d

19、efine Minute XBYTE0x1002 /分 #define Second XBYTE0x1000 /秒 void DS_init()/*DS12887初始化程序*/ DS_A=0x20; DS_B=0x12;void write_time() DS_A=0x2f; /寄存器 DS_B|=0x80; Years=0x16; /年 Month=0x01; /月 Day=0x03; /日 Week=0x07; /星期 Hour=0x15; /時 Minute=0x12; /分 Second=0x00; /秒 DS_B &=0x7f; /寄存器 void Delay(WORD n)

20、/延時500US WORD x;while(n-) x=500;while(x-);void crt_num() /轉換運算數據Hourh=Hour/16;Hourl=(Hour%16)+10; Secondh=Second/16;Secondl=Second%16;/+10; Minuteh=Minute/16 ;Minutel=Minute%16;a=num/1000;b=num/100%10;c=num/10%10;d=num%10;if(flage=1) for(count=0;count<4;count+) if(di=0x09)LED_crt(a);else if(di=0x

21、08)LED_crt(b);else if(di=0x07)LED_crt(c);else if(di=0x06)LED_crt(d);di-;if(di=0x05)di=0x09;Delay(1);if(flage=0) for(count=0;count<4;count+)if(di=0x09)LED_crt(Hourh);else if(di=0x08)LED_crt(Hourl);else if(di=0x07)LED_crt(Minuteh);else if(di=0x06)LED_crt(Minutel);di-;if(di=0x05)di=0x09;Delay(1); un

22、signed char keypad_scan()/矩陣鍵盤掃描/*行列式掃描鍵盤*/ unsigned char temp;unsigned char key=0xff;P1=0xfe; temp=P1; temp=temp&0xf0; while(temp!=0xf0) Delay(5); temp=P1; temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0) temp=P1; switch(temp)case 0xee: key=7; break; case 0xde: key=4; break; case 0xbe: key=1; break; case 0

23、x7e: key=15; break; while(temp!=0xf0) temp=P1;temp=temp&0xf0;P1=0xfd; temp=P1;temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0)Delay(5);temp=P1; temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0) temp=P1;switch(temp)case 0xed: key=8; break;case 0xdd: key=5; break;case 0xbd: key=2; break;case 0x7d: key=0; break;while(temp!

24、=0xf0)temp=P1;temp=temp&0xf0;P1=0xfb; temp=P1;temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0)Delay(5);temp=P1; temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0) temp=P1;switch(temp)case 0xeb: key=9; break;case 0xdb: key=6; break;case 0xbb: key=3; break;case 0x7b: key='=' break; while(temp!=0xf0)temp=P1;temp=temp&0xf0;P1=0xf7;temp=P1;temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0)Delay(5);temp=P1; temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0) temp=P1;switch(temp)case 0xe7: key=10; break;case 0xd7: key=11; break;case 0xb7: key=12; break;case 0x77: key=13; break;while(temp!=0xf0)temp=P1;temp=te