1、課程設計說明書課程設計名稱：單片機課程設計課程設計題目：四位數(shù)加法計算器的設計學院名稱：電氣信息學院專業(yè)班級：學生學號：學生姓名：學生成績：指導教師：課程設計時間：至格式說明(打印版格式，手寫版不做要求)(1)任務書三項的內(nèi)容用小四號宋體，倍行距。(2)目錄(黑體，四號，居中，中間空四格)，內(nèi)容自動生成，宋體小四號。(3)章的標題用四號黑體加粗(居中排)。(4)章以下的標題用小四號宋體加粗(頂格排) 。(5)正文用小四號宋體，倍行距；段落兩端對齊，每個段落首行縮進兩個字。(6)圖和表中文字用五號宋體，圖名和表名分別置于圖的下方和表的上方，用五號宋體(居中排)(7)頁眉中的文字采用五號宋體，居中

2、排。頁眉統(tǒng)一為：武漢工程大學本科課程設計。(8)頁碼：封面、扉頁不占頁碼；目錄采用希臘字母I、II、出排列，正文采用阿拉伯數(shù)字1、2、3排列；頁碼位于頁腳，居中位置。(9)標題編號應統(tǒng)一，如：第一章，1,；論文中的表、圖和公式按章編號，如：表、表；圖、圖；公式()、公式()。課程設計任務書一、課程設計的任務和基本要求（ 一 ） 設計任務 （從 “單片機課程設計題目” 匯總文檔中任選 1 題，根 據(jù)所選課題的具體設計要求來填寫此欄）1. 系統(tǒng)通過4x4 的矩陣鍵盤輸入數(shù)字及運算符。2. 可以進行4 位十進制數(shù)以內(nèi)的加法運算，如果計算結果超過4 位十進制數(shù)，則屏幕顯示E。3. 可以進行加法以外的計

3、算（ 乘、除、減） 。4. 創(chuàng)新部分：使用LCD1602夜晶顯示屏進行顯示，有開機歡迎界面， 計算數(shù)據(jù)與結果分兩行顯示，支持小數(shù)運算。5. 二 ） 基本要求1. 有硬件結構圖、電路圖及文字說明；2. 有程序設計的分析、思路說明；3. 有程序流程框圖、程序代碼及注釋說明；4. 完成系統(tǒng)調(diào)試（硬件系統(tǒng)可以借助實驗裝置實現(xiàn)，也可在Proteus軟件中仿真模擬） ；5. 有程序運行結果的截屏圖片。二、進度安排第9周，1 )題目分析，文獻查閱2 )方案比較，確定設計方案3 )硬件電路設計4 )程序設計，程序調(diào)試，系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，系統(tǒng)改進5 )課程設計說明書撰寫三、參考資料或參考文獻1. 林立，張俊亮 . 單片

4、機原理及應用基于 Proteus 和 Keil C M. 北京：電子工業(yè)出版社,20132. 張毅剛，彭喜元 . 單片機原理與應用設計M. 北京：電子工業(yè)出版社,20083. 馬忠梅 . 單片機的 C 語言應用程序設計( 第 5 版 ) M. 北京：北京航空航天大學出版社，20134. 樓然苗、李光飛.51系列單片機設計實例M.北京：北京航空航天大學出版社,2003本科生課程設計成績評定表專業(yè)班級課程設計題目: 課程設計答辯記錄：（手寫）成績評定依據(jù):項目得分比例考勤記錄設計結果報告撰寫答辯成績備注：成績評定依據(jù)的項目內(nèi)容和項目分值比例可以由老師按指導的專業(yè)進行調(diào)整，但成績評定依據(jù)的項 目數(shù)不

5、得少于3項。最終評定成績:指導教師簽名：年 月 日錯誤! 未定義書簽。錯誤! 未定義書簽。錯誤! 未定義書簽。錯誤! 未定義書簽。錯誤! 未定義書簽。錯誤! 未定義書簽。錯誤! 未定義書簽。錯誤! 未定義書簽。錯誤! 未定義書簽。錯誤! 未定義書簽。錯誤! 未定義書簽。錯誤! 未定義書簽。錯誤! 未定義書簽。錯誤! 未定義書簽。第一章設計論證設計分析 設計方案 第二章硬件設計硬件結構與工作原理單元電路設計第三章 軟件設計 系統(tǒng)軟件結構主要功能子程序設計第四章 系統(tǒng)調(diào)試與分析 調(diào)試過程與結果結果分析 第五章 設計小結 附錄 第一章 設計論證設計分析在方案設計過程中，我列出了兩種不同的設計方案，分

6、別對應于顯示模塊和單片機內(nèi)部運算。顯示模塊在我的設計中有兩種不同的顯示方式，分別為數(shù)碼管顯示以及液晶屏顯示。對于數(shù)碼管顯示來說，優(yōu)點是使用簡單，反應速度更快，由于LCD有眾多的接口，以及指令，因此在軟件上要比數(shù)碼管復雜。數(shù)碼管顯示的缺點也比較明顯，就是需要占用過多的單片機輸出接口，同時，LCD的顯示功能更多，也更直觀，對于現(xiàn)實生活中的 使用也更加舒適。在綜合了以上幾點的考慮后，我最終選擇了LCD1602夜晶顯示芯片作為顯示模塊。在單片機內(nèi)部運算方面， 我的設想也有兩種， 即支持浮點數(shù)運算或只支持整數(shù)運算，若只支持整數(shù)運算，程序設計勢必更加簡單易懂，但是出于實用性的考慮，我最終決定了使計算器支持

7、浮點數(shù)運算功能。同時，這也能更好地鍛煉我的編程思維能力。設計方案按照系統(tǒng)設計的功能的要求，初步確定設計系統(tǒng)由主控模塊、顯示模塊、鍵盤掃描接口電路共四個模塊組成。主控芯片使用 8051系列的AT89C52單片機，其中帶有非易 失性Flash程序存儲器，它是一種高性能、低功耗的 8位CMO微處理芯片，市場應用 最多。顯示模塊采用LCD1602夜晶顯示器為主體構成。鍵盤電路采用 4x4 矩陣鍵盤電路。整個單片機的接口電路：P0用于顯示輸出或LCD1602言號輸入，P1 口用于鍵盤掃 描輸入，P2 口用于LCD1602勺控制信號輸出。為了驅(qū)動系統(tǒng)的各個模塊正常協(xié)調(diào)工作，在軟件方面我設計了四大模塊，分別

8、為顯示、鍵盤、運算、綜合模塊，通過綜合模塊的協(xié)調(diào)來使其它三大模塊正常運行，使計算器能正確運算得出正確結果。第二章硬件設計硬件結構與工作原理圖硬件結構框圖系統(tǒng)的主體部分由輸入、運算、輸出模塊所組成，對應于圖中有，輸入模塊為鍵盤 掃描輸入，輸出模塊為LCD1602a示，運算模塊為單片機。在系統(tǒng)上電后，單片機初始 化，開始運行內(nèi)部程序，在程序運行過程中，通過軟件功能來實現(xiàn)按下鍵盤上特定按鍵 后，執(zhí)行不同的功能，例如加減乘除，并將數(shù)據(jù)輸出至顯示模塊（LCD1602顯示。在運算過程中顯示運算數(shù)據(jù)及符號，運算完成后顯示運算結果。單元電路設計單片機最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)就是支持主芯片正常工作的最小電路部分，

9、包括主控芯片、復位電 路和晶振電路。主控芯片選取AT89C52E片，因其具有良好的性能及穩(wěn)定性，價格便宜應用方便。晶振選取，晶振旁電容選取20pF。采用按鍵復位電路，電阻分別選取 100。和10K,電容選取10仙F。以下為單片機最小系統(tǒng)硬件電路原理圖（圖），仿真接線圖（圖）圖 單片機最小系統(tǒng)硬件電路原理圖RP2RESPACK-8+5VC2Tl 22pFC1HI22pFX1CRYST ALC310uFU11918P00293031R1100R210k,XTAL1XTAL2RSTPSEN ALEEAP012P023P034P045P056P067P0781P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/

10、AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A1P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A1538D1 37D2 .36D3 35D434D5 I33D632D7 D039212223242527RW 28EP1.2P3.2/INT0-P1.3P3.3/INT1P1.4P3.4/T0P1.5P3.5/T1P1.6P3.6/WRP1.7P3.7/RDAT89C52P3.0/RXDP3.1/TXDP1.0/T2P1.1/T2EX1011121314151617圖單片機最小系統(tǒng)仿真接線圖

11、鍵盤接口電路計算器所需按鍵有：數(shù)字鍵：1' , ' 2' , ' 3' , ' 4' , ' 5' , ' 6' , ' 7'8' , ' 9' , ' 0'。功能鍵：'+','-','*','/',' = ',' C（清零、小數(shù)點）共 計16個按鍵，采用4*4矩陣鍵盤，鍵盤的行和列之間都有公共端相連， 四行和四列的8 個公共端分別接,這樣掃描P1 口就可以完成對矩

12、陣鍵盤的掃描，通過對 16個按鍵進 行編碼，從而得到鍵盤的口地址，對比 P1 口的掃描結果和各按鍵的地址，我們就可以 得到是哪個鍵按下，從而完成鍵盤的功能。在Proteus仿真中，我直接使用元件庫所有的 KEYPAD-SMALLCAL,這種鍵盤 直接實現(xiàn)了 4*4鍵盤的功能，方便使用。如下圖所示。在按下其中一個鍵時，其對應的行與列將都會變成低電平， 此時，即可通過判斷P1 口的值來確定輸入的是哪一個按鍵，然后將所取得的按鍵通過軟件來進行接下來的處 理、運算等工作。3PO2PO1POOPO4OP5OP6OP7OP圖4*4矩陣鍵盤LCD1602顯示電路LCD160漪介：如圖所示，1602液晶也叫1

13、602字符型液晶，它是一種專門用來顯示 字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊。它由若干個 5X7或者5X11等點陣字符位組成， 每個點陣字符位都可以顯示一個字符， 每位之間有一個點距的間隔， 每行之間也有間隔， 起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以它不能很好地顯示圖形（用自定義CGRAM顯示效果也不好）。1602LCD®指顯示白內(nèi)容為16X2，即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊（顯示 字符和數(shù)字）。1602 采用標準的 16 腳接口，其中：第1引腳：GN師電源地第2引腳：VCCg 5V電源正極第 3 引腳： V0 為液晶顯示器對比度調(diào)整端， 接正電源時對比度最弱， 接地電源

14、時對 比度最高（對比度過高時會 產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K 的電位器調(diào)整對比度）。第4引腳：RS為寄存器選擇，高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄 存器。第5弓I腳：RW的讀寫信號線，高電平（1）時進行讀操作，低電平（0）時進行寫操作。第6引腳：E（或EN調(diào)為使能（enable）端，高電平（1）時讀取信息，負跳變時執(zhí)行 指令。第714引腳：D0- D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。第1516腳：空腳或背燈電源。第15 引腳背光正極，第 16 引腳背光負極。特性或 5V 工作電壓，對比度可調(diào)內(nèi)含復位電路提供各種控制命令，如：清屏、字符閃爍、光標閃爍、顯示移位等多種功能有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)

15、存儲器DDRAM內(nèi)建有192個5X7點陣的字型的字符發(fā)生器CGROM8個可由用戶自定義的5X7的字符發(fā)生器CGRAM特征應用微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧，常用在袖珍式儀表和低功耗應用系統(tǒng)操作控制注：關于E=H脈沖一一開始時初始化E為0,然后置E為1圖LCD1602硬件原理圖采用LCD1602M示器對計算過程、結果以及提示信息進行顯示，在仿真電路中，由于Proteus中并沒有LCD1602顯示芯片，故采用功能相似的 LM016L進行替代，其中 LM016L的D0D7三個輸入輸出端口接至單片機的口，用來對顯示屏輸出顯示、輸出控 制指令以及獲取狀態(tài)信息。單片機的分別與LM016L的RS R

16、W E端口相連，用來對顯示芯片進行控制。以下 為LCD顯示電路的仿真接線圖（圖）LCD1LM016L圖LCD1602 (LM016D仿真接線圖第三章軟件設計系統(tǒng)軟件結構如圖所示，系統(tǒng)啟動后，執(zhí)行LCM始化程序，然后調(diào)用LCD顯示程序，在屏幕上輸出歡迎信息。接下來調(diào)用鍵盤掃描處理程序，等待按鍵按下，按下任意鍵后執(zhí)行LCD清屏程序，并再次調(diào)用鍵盤掃描處理程序，等待用戶輸入數(shù)據(jù)，若用戶按下數(shù)字鍵（09）,Y圖 程序流程圖本次設計采用模塊化設計思想，包括主程序和初始化子程序、延時子程序、輸出數(shù)據(jù)子程序、 檢測是否有按鍵按下子程序、 確定按鍵子程序、 清第一行屏與顯示“Welcome”子程序、換算第一個

17、數(shù)子程序、運算子程序、顯示結果子程序等子程序。運行程序后，首先調(diào)用子程序清屏第一行并顯示“Welcome,清屏第二行并顯示“ZCY s Caculator! ”,然后檢測是否有按鍵按下，如果沒有，繼續(xù)檢測，如果按下，則判斷是否是加減乘除鍵被按下，如果是加減乘除被按下，則顯示相應的字符并換算出字符前輸入的數(shù)據(jù)和字符后輸入的數(shù)字， 然后檢測是否有等號按下， 如果有則完成相應的運算并顯示相應的結果，然后檢測是否有清屏鍵按下，如果有則清屏，相應的流程圖如圖所示。對于數(shù)字鍵的程序段進行相應的設計，如果運算鍵（、， * ， / ）相應標志不為一，則將輸入的數(shù)字送入第一個操作數(shù)緩存區(qū)，并且清空所有響應位。否

18、則送入第二個操作數(shù)緩存區(qū)。其次對功能鍵的程序段進行相應的設計。如果功能鍵（、，*， /）第一次被按下，則置相應的標志位為一，并且將運算鍵響應標志位置一，清空第二個操 作數(shù)的緩存區(qū)，為輸入操作數(shù)做準備，如果是第二次按下則先調(diào)用運算操作子程序，執(zhí) 行上次按下的運算鍵的運算，置相應的標志位為一，并且將運算鍵響應標志位置一，清 空第二個操作數(shù)的緩存區(qū)，為輸入操作數(shù)做準備。程序上的具體實現(xiàn)：在單片機上 電后，執(zhí)行兩個函數(shù) LCD_dsp_string(4,0,"Welcome!") 以及 LCD_dsp_string(1,1,"ZCY's Caculator&quo

19、t;)輸出歡迎信息初始化 LCD 然后執(zhí)行 keyscan() 函數(shù)判斷是否有按鍵輸入，若有則讀取按鍵，否則循環(huán)掃描，直到有按鍵按下。在獲取 按鍵后，判斷按鍵是否為數(shù)字，若是，則執(zhí)行 cacul(a)函數(shù)，將獲取的數(shù)字保存為數(shù)， 然后執(zhí)行LCM個字符顯示函數(shù)LCD_dsp_char(x,y,dat)。若按鍵不是數(shù)字，則判斷是 否為操作符，若是，則執(zhí)行LCD_dsp_char(x,y,dat)顯示操作符，然后將flag標志位置 1,代表第一個操作數(shù)輸入結束。若不是操作符，則判斷是否為'=',若是，則執(zhí)行函數(shù) Caculator(x,y) 函數(shù)，計算結果，然后執(zhí)行 LCD_dsp_

20、string(x,y,string) 函數(shù)，將 計算結果顯示在屏幕上，然后執(zhí)行 keyscan()函數(shù)，等待按下任意鍵，按下任意鍵后， 再次執(zhí)行LCM始化程序。若不是'=',則判斷是否是第一次按下清零鍵，若是，則顯 示小數(shù)點，并再次調(diào)用keyscan()函數(shù)，獲取下一個按鍵，若不是第一次按下，則再次 執(zhí)行LCM始化程序。主要功能子程序設計LCD顯示子程序設置LCD顯示位置圖LCD顯示子程序流程圖如圖所示，當主程序調(diào)用了 LCD顯示程序后，首先判斷LCD否處于忙碌狀態(tài)，若 是，則等待，若不是，則開始設置顯示位置，然后判斷顯示的是單個字符還是字符串，分別實現(xiàn)對單個字符的輸出以及對字

21、符串的輸出。之所以對單字符和字符串設置不同的 顯示函數(shù)，是為了實現(xiàn)程序?qū)纹瑱C資源的最優(yōu)利用，因為單字符只占據(jù)一個字節(jié)的存儲區(qū)，而字符串則至少占用兩個字節(jié)。在顯示完成后，返回主程序，繼續(xù)執(zhí)行下一步LCD的顯示程序中主要的部份為LCD顯示位置的設置以及LCD顯示數(shù)據(jù)的輸出。為 此，我編寫了 LCD顯示位置設置函數(shù)，以及LCD顯示函數(shù)，如下。LCD顯示位置設置函數(shù):1. voidLCD_set_xy(小信息Y 輸出Y誤提iarYP_ unsigned » a+ba=acharW返回按鍵值S Rf h商 9+/*'''LCD!掃H由1卬016L鍵S D ES DV是

22、否檢測到按elcone!Hs CaculatorW0 1 2 3 4 5 6 7REDDDDDDDDLCD1LM016L7D6D5D4D3d2d1DODFEV DDVSSVLCD1LM016LLCD1LM016LLCD1LM016L1.25*352.7=449.875ES w01234567VrReddddddddP03P02A 789 口bVVVP01123P00ONd0l=1+1234RP2RESPACK-8+5VAo D1 2D D3 4 D D5 6D D7D#include<>#include<>#include<>unsigned char n;

23、float idata a,b;xsd=1;/讀寫控制輸入端/讀寫控制端/指令、數(shù)據(jù)選擇端/LCD內(nèi)部忙標志/延時函數(shù)#include<>sbit lcden=P2A7;sbit rw=P2A6;sbit rs=P2A5;sbit busy=P0A7;void delay(unsigned int m)unsigned int n;for(n=0;n<=m;n+);void check()/ 判斷 LCDl!否忙碌doP0=0xff;rs=0;rw=1;lcden=0;delay(100);lcden=1;while(busy=1);/ 當 busy=1,即 LCD忙時，等待

24、void write_com(unsigned char com) / 寫顯示命令P0=com;rs=0;rw=0;lcden=0;check();lcden=1;void write_data(unsigned char date) /P0=date;rs=1;rw=0;lcden=0;check();lcden=1;void init()write_com(0x38);write_com(0x0c);write_com(0x06);寫顯示數(shù)據(jù)write_com(0x80);write_com(0x01);void LCD_set_xy( unsigned char x, unsigned

25、char y )/ 初始化 LCD/16x2 行顯示， 5x7 點陣， 8 位數(shù)據(jù)接口/ 開顯示，光標不顯示、不閃爍/ 光標自增，畫面不動/ 選擇第一行/ 清屏設置LCD顯示的位置unsigned char address;if (y = 0)/y=0 為第一行address = 0x80 + x;/x=0 為一行的第一個else/ 第二行address =0xc0+ x;write_com(address);/ 設置數(shù)據(jù)指針位置void LCD_dsp_char( unsigned x,unsigned char y,unsigned char dat)/ 單個字符顯示函數(shù)LCD_set_x

26、y( x, y );/ 設置顯示位置write_data(dat);/ 寫入待顯示數(shù)據(jù)void LCD_dsp_string(unsigned char X,unsigned char Y,unsigned char *s)/ 字符串顯示函數(shù)LCD_set_xy( X, Y );while (*s)/ 當字符串未到達結尾( '0' ) 時， 循環(huán)輸出單個字符write_data(*s);s +;/指向下一個字符3#include<>/ 外部延時函數(shù)聲明/ 外部變量聲明extern void delay(int ms);extern unsigned char n;void key_s