信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目名稱(chēng)：學(xué)生姓名：簡(jiǎn)易計(jì)算器的設(shè)計(jì)學(xué)號(hào)：2010508121專(zhuān)業(yè)班級(jí)：電子信息工程2010級(jí)指導(dǎo)教師：時(shí)間：2013年7月2日體硬件結(jié)構(gòu)、軟硬件結(jié)合，來(lái)加以完善。中，以后必將出現(xiàn)功能更加強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)，基于這樣的理念，本次設(shè)計(jì)是用AT89C51單片機(jī)、LED顯示器、控制按鍵為元件來(lái)設(shè)計(jì)的計(jì)算器。利用此設(shè)計(jì)熟悉單片機(jī)微控制器及CI/O端口的功能和基本用途的了解。關(guān)鍵詞：51單片機(jī)；LED；控制按鍵目錄1方案選擇………………………11.1題目要求………………………11.2設(shè)計(jì)方案………………………11.3方案原理……………………12硬件原理電路圖的設(shè)計(jì)與分析…………………12.1各部分電路的設(shè)計(jì)思路…………………2.2各部分電路的功能特性……………52.3原理電路圖………………163程序設(shè)計(jì)與分析………………63.1各模塊程序的設(shè)計(jì)…………73.2完整的程序框圖………………84系統(tǒng)仿真圖………………………94.1計(jì)算機(jī)硬件連線圖…………94.2仿真結(jié)果……………………94.3PCB圖……………………115系統(tǒng)評(píng)價(jià)…………126心得體會(huì)…………12參考文獻(xiàn)……………12附錄………………131.方案選擇1.1題目要求（1）通過(guò)小鍵盤(pán)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入，并在LED數(shù)碼管上顯示(2)實(shí)現(xiàn)+、-、*、/(3)在LED數(shù)碼管上顯示結(jié)果(4)并有清零，退出功能1.2設(shè)計(jì)方案(1)鍵盤(pán)部分要求實(shí)現(xiàn)+、-、*、/四種運(yùn)算。另外包括數(shù)字鍵（0～9鍵和等號(hào)鍵，共需要16個(gè)鍵，故采用16個(gè)按鍵即可。(2)對(duì)于輸入的數(shù)據(jù)可以選擇在LCD上顯示也可以選擇在LED不高，故我們采用可以進(jìn)行六位數(shù)字的運(yùn)算，選用6個(gè)LED數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)和結(jié)果。（3LEDAT89C51的引腳來(lái)控制驅(qū)動(dòng)電路從而實(shí)現(xiàn)位選。（4）在選擇主控機(jī)時(shí)本設(shè)計(jì)選用AT89C51。由于AT89C51不但繼承了MCS-51的AT89C51單片機(jī)內(nèi)的4KBFlash存儲(chǔ)器可在線編程或使用編程器重復(fù)編程，且價(jià)錢(qián)較低，故選用AT89C51單片機(jī)作為主控機(jī)。1.3方案原理計(jì)算器一般由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、鍵盤(pán)、顯示器、電源和一些可選外圍設(shè)備及電子組成。該系統(tǒng)通過(guò)AT89C51單片機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)4*4鍵盤(pán)LED盤(pán)是計(jì)算器的輸入部件，顯示器是計(jì)算器的輸出部件。整個(gè)計(jì)算器系統(tǒng)的工作過(guò)程為：首先存儲(chǔ)單元初始化，顯示初始值和鍵盤(pán)掃描，判斷按鍵位置，查表得出按鍵值，單片機(jī)則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存與相應(yīng)處理轉(zhuǎn)換，之后送入數(shù)碼管顯示。2硬件原理電路圖的設(shè)計(jì)與分析2.1各部分電路的設(shè)計(jì)思路2.1.1系統(tǒng)模塊圖：12.1.2輸入模塊鍵的方式，在這種情況下，編程會(huì)很簡(jiǎn)單，但是會(huì)占用大量的I/O口資源，因條I/O線作為行線，四條I/O線作為列線組成鍵盤(pán)。在行線和列線的每個(gè)交叉點(diǎn)上設(shè)置一個(gè)按鍵。這樣鍵盤(pán)上按鍵的個(gè)數(shù)就為4×4個(gè)。這種行列式鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)能有效地提高單片機(jī)系統(tǒng)中I/O口的利用率。計(jì)算器的鍵盤(pán)布局如圖2所示：一般有16個(gè)鍵組成，在單片機(jī)中正好可以用一個(gè)P口實(shí)現(xiàn)16個(gè)按鍵功能，這種形式在單片機(jī)系統(tǒng)中也最常用。2圖3、矩陣鍵盤(pán)內(nèi)部電路圖2.1.2單片機(jī)模塊AT89C51單片機(jī)是在一塊芯片中集成了CPURAMROM/計(jì)數(shù)器和多功能I/O等一臺(tái)計(jì)算機(jī)所需要的基本功能部件。如果按功能劃分，它由如下功能CPURAMROM/EPROM并行I/O口、串行口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器（SFR）。單3特殊的獨(dú)特的一些功能，通過(guò)使用單片機(jī)編寫(xiě)的程序可以實(shí)現(xiàn)高智能，高效率，地實(shí)現(xiàn)運(yùn)算功能。2.1.3運(yùn)算模塊用LEDP1.0—P1.3四個(gè)P1口引腳來(lái)控制位選，用P0口來(lái)控制數(shù)碼管的段選。由于選用的是六位數(shù)的LED所以有六個(gè)位選，而在用P1引腳時(shí)只有4個(gè)引腳可供用，所以選用74HC138譯碼器來(lái)控制6個(gè)位選。用74HC245鎖存器來(lái)儲(chǔ)存數(shù)據(jù)。2.1.4顯示模塊通常的數(shù)碼顯示器是由7段條形的LED組成，點(diǎn)亮適當(dāng)?shù)淖侄?，就可顯示8LED作小數(shù)點(diǎn)用。LED4字0~9的共陽(yáng)極字形代碼如下表：g0011111011fe11000100101011001110d1011011011c1101111111b1111100111a1011011111012345678990h2.2各部分電路的功能特性2.2.1輸入模塊功能本設(shè)計(jì)采用P2P2.0~P2.3與P2.4~P2.7之I/OP2.4~P2.7P2.0~P2.3輸出低電平，讀入列線數(shù)據(jù)，若某一列線為低電平，則該列線上有鍵閉合。第二步，行線輪流P2.4~P2.7次鍵，有可能會(huì)連續(xù)多次進(jìn)行同樣的鍵操作。2.2.2單片機(jī)模塊功能AT89C51是整個(gè)設(shè)計(jì)的核心模塊。利用AT89C51的P0口控制數(shù)碼管的段選，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字0—9的顯示，P2口控制按鍵，用P1口的前三個(gè)引腳與74HC138譯碼器相連，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)碼管位選的控制。2.2.3運(yùn)算模塊的功能選用74HC138P15混亂，簡(jiǎn)單明了。2.2.4顯示模塊的功能LED顯示發(fā)光二極管LED是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的一宗簡(jiǎn)單而常用的輸出設(shè)外圍器件，LED顯示單元是反映系統(tǒng)輸出和操作輸入的有效器件。LED具備數(shù)字及容易實(shí)現(xiàn)多路等。2.3原理電路圖3程序設(shè)計(jì)與分析設(shè)計(jì)的中心思想是把一個(gè)復(fù)雜應(yīng)用程序按整體功能劃分成若干相對(duì)獨(dú)立的程序模塊，各模塊可以單獨(dú)設(shè)計(jì)、編程和調(diào)試，然后組合起來(lái)。這種方法便于設(shè)計(jì)和制各從屬程序和子程序，層層細(xì)化逐步求精，最終完成一個(gè)復(fù)雜程序的設(shè)計(jì)。3.1各模塊程序的設(shè)計(jì)3.1.1按鍵掃描6在CP2P2.0~P2.3與P2.4~P2.7之間開(kāi)路。當(dāng)有鍵閉合時(shí)，與閉合鍵相連的兩條I/O口線之間短路。確定按鍵編號(hào)的方法：第一步，置列線P2.4~P2.7為輸入狀態(tài)，從行線P2.0~P2.3輸出低電平，讀入列線數(shù)據(jù)，若某一列線為低電平，則該列線上有鍵閉合。第二步，行線輪流輸出低電平，從列線P2.4~P2.7讀入數(shù)據(jù)，若有某一列為低電平，則對(duì)應(yīng)行線上有鍵按下。綜合一二兩步的結(jié)果，可確定按鍵編號(hào)。3.1.2驗(yàn)證數(shù)據(jù)的有效性由于選用的是六位的數(shù)碼管，可達(dá)到的最大數(shù)據(jù)為99999，當(dāng)輸入的數(shù)據(jù)或計(jì)算出的數(shù)據(jù)結(jié)果大于99999時(shí)，會(huì)出錯(cuò)。具體用如下語(yǔ)句來(lái)實(shí)現(xiàn)：bitcheck_num(floatf_num){if(f_num>=100000)return1;return0;}3.1.3數(shù)碼管顯示C語(yǔ)言中的選擇語(yǔ)句來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)碼管顯示的程序控制。3.1.4計(jì)算程序簡(jiǎn)單的計(jì)算器有加、減、乘、除四種運(yùn)算。此部分程序框圖如下：加乘除減Y73.2完整的程序框圖開(kāi)始?84系統(tǒng)仿真圖4.1系統(tǒng)仿真連線圖4.2仿真結(jié)果4.2.1加法94.2.2減法4.2.3乘法104.2.4除法4.3PCB圖115系統(tǒng)評(píng)價(jià)本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單計(jì)算器的數(shù)據(jù)輸入以及加、減、乘、除、清零等功能。對(duì)點(diǎn)復(fù)雜。在軟件方面，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的要求，程序語(yǔ)句簡(jiǎn)單，但是代碼比較多，容易記錯(cuò)。由于是簡(jiǎn)單的計(jì)算器所以最大值能達(dá)到99999，適合做簡(jiǎn)單數(shù)字較小的運(yùn)算，精確讀可達(dá)到0.0001，對(duì)要求嚴(yán)格的數(shù)字精確度不是太高。針對(duì)以上問(wèn)題，在熟悉更多器件的情況下，可以利用更換元器件來(lái)改進(jìn)。651系列單片機(jī)的實(shí)際應(yīng)用能力。同時(shí)也掌握應(yīng)用程序控制51系列單片機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)運(yùn)算。提高了對(duì)51系列單片機(jī)的編程能力。這門(mén)課是最能理論聯(lián)系實(shí)際的課，接受知識(shí)變成了主動(dòng)性的尋找知識(shí)。在此制作過(guò)程中使我們?cè)趩纹瑱C(jī)的基本原來(lái)再加以運(yùn)用，因此這就需要我們有很好的知識(shí)基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)[1].2版）.北京.高等教育出版社，2010[2]孫育才等.MCS-51系列單片微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