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1、学 号 1307080113天津城建大学单片机原理及应用A课程设计设计说明书数码管显示的简易计算器设计起止日期： 2016 年 1 月 4 日 至 2016 年 1 月 8 日学生姓名邬海斌班级13电信科1班成绩指导教师(签字)计算机与信息工程学院2016年1月8日天津城建大学课程设计任务书20142015学年 第1学期计算机与信息工程学院 电子信息工程专业 班级 13电信科1班 学号 1307080113 课程设计名称： 单片机原理及应用A 课程设计 设计题目： 数码管显示的简易计算器设计 完成期限：自 2015 年 1 月 4 日至 2015年 1 月 8日共1 周设计依据、要求及主要内容
2、：一设计的目的1.进一步熟悉和掌握单片机系统设计和编程原理。2.掌握单片机的接口技术及相关外围芯片的外特性、控制方法。3.通过设计，掌握以单片机核心的电路设计的基本方法和技术。4.通过实际程序设计和调试，掌握模块化程序设计方法和调试技术。5.通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程，了解开发单片机应用系统的全过程，为今后从事相应开发打下基础。二设计的基本要求1.认真认识设计的意义，掌握设计工作程序，学会使用工具书和技术参考资料，并培养科学的设计思想和良好的设计作风。2.提高模型建立和设计能力，学会应用相关设计资料进行设计计算的方法。3.提高独立分析、解决问题的能力，逐步增强实际应用训练。4
3、.设计的说明书要求简洁、通顺，电路图内容完整、清楚、规范。三设计主要内容a) 设计实现功能STC12C5A60S2（引脚排序及基本功能同AT89S51）作为主控芯片，设计由数码管和键盘电路组成的简易计算器。一是扩展数码管显示电路；二是扩展按键电路，能够实现参数的输入；三是能够实现数据的加减乘除运算，并能显示运算的数据和运算结果；四是扩展时钟芯片DS12C887电路，用于不计算时的时间信息显示。b) 原理图设计1.原理图设计要符合项目的工作原理，连线要正确。2.图中所使用的元器件要合理选用，电阻、电容等器件的参数要正确标明。3.原理图要完整，CPU、外围器件、外扩接口、输入/输出装置要一应俱全。
4、c) 程序调计1.根据要求，将总体功能分解成若干个子功能模块，每个功能模块完成一个特定的功能。2.根据总体要求及分解的功能模块，确定各功能模块之间的关系，设计出完整的程序流程图。d) 程序调试1.编写相关程序，并进行仿真。2.将程序下载到单片机，进行运行调试。e) 设计说明书1.原理图设计说明简要说明设计目的，原理图中所使用的元器件功能及在图中的作用，各器件的工作过程及顺序。2.程序设计说明对程序设计总体功能及结构进行说明，对各子模块的功能以及各子模块之间的关系作较详细的描述。3.画出工作原理图，程序流程图并给出相应的程序清单。四设计进度安排序号日期计划完成内容11.4 确定设计方案，根据设计
5、方案绘制的硬件原理电路。21.5编写软件程序流程。31.6-1.7根据设计方案编写软件程序，综合调试。41.8编写课程设计报告，口试或答辩。指导教师（签字）： 批准日期： 20 年 月 目 录第1章 设计任务及要求1第2章 设计原理22.1设计原理22.2设计系统框图2第3章 硬件电路设计33.1 数码管硬件电路设计33.2 矩阵键盘电路设计43.3 主要元件AT89S514第4章 软件程序设计与调试64.1程序流程图64.2 调试结果7总 结8参考文献9附录I：主要程序10附录II：元器件清单1920第1章 设计任务及要求STC12C5A60S2（引脚排序及基本功能同AT89S51）作为主控
6、芯片，设计由数码管和键盘电路组成的简易计算器。一是扩展数码管显示电路；二是扩展按键电路，能够实现参数的输入；三是能够实现数据的加减乘除运算，并能显示运算的数据和运算结果；四是扩展时钟芯片DS12C887电路，用于不计算时的时间信息显示。通过键盘输入数据，进行相应的加减乘除运算，并在数码管显示相应的运算结果。第2章 设计原理2.1设计原理设计主要是利用AT89C51进行数据处理，利用44矩阵键盘的按键扫描，利用LED数码管的动态显示。该设计首先是运用矩阵键盘的按键扫描，然后把扫描得到的键值进行译码，其次把译码所得的数值进行处理，最后将处理后的值进行动态显示。矩阵键盘和数码管分别接在P1和P0,这
7、样大大的节约了单片机的I/O端口。图2-1 设计原理图2.2设计系统框图51单片机数码管显示模块时钟电路模块 键盘运算模块电源模块 图2-2 系统结构框图第3章 硬件电路设计3.1 数码管硬件电路设计数码管数据显示的硬件电路由单片机、4位共阳极数码管、位驱动电路、限流电阻等组成。实验板中将跳线 J7 与J2（A8A11 脚）相连，即单片机P2.0-P2.3。控制数码管4位位选。用跳线将 J14 与J15 相连，P0 口送出数码管段选码。程序轮流选通各位，并送出段码信息，数码管从低位循环移位显示 0-F 的数据。程序由 P1 口送出段码信息，最低位数码管循环显示0-9的数字。数码管共阳极段码表及
8、数码管显示电路图如下：表3-1 共阳极数码管段码显示字符 共阳极段码 共阴极段码0 C0H 3FH1 F9H 06H2 A4H 5BH3 B0H 4FH4 99H 66H5 92H 6DH6 82H 7DH7 F8H 07H8 80H 7FH9 90H 6FH图3-1 数码显示电路3.2 矩阵键盘电路设计4*4 矩阵键盘行输入接单片机 P1.0-P1.3，列输入接单片机 P1.4-P1.7，通过扫描方式检测是否有键按下，并确定键值。通过数码管显示价值。 设置跳线，连接J12 与J11，P1 口连接键盘行列，连接J14 与J15，74LS573口送出数码管段码,连接 J7 至J2：A8-A11
9、脚(单片机 P2.0-P2.3），控制数码管位选。 键盘扫描程序的过程为：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。图3-2 键盘电路 3.3 主要元件AT89S51目前AT89S51多采用40个引脚的双列直插封装方式。40个引脚按其功能可分如下三类：电源及时钟引脚Vcc、Vss；XTAL1、XTAL2.控制引脚PSEN、ALE/PROG、EA/VppRST(即RESET).I/O口引脚P0、P1、P2、P3，
10、为4个8位I/O口的外部引脚。主要引脚功能如下： P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P
11、2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们
12、被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。图3-3 单片机图3-4 输出口扩展第4章 软件程序设计与调试4.1程序流程图按键译码是否有按键按下初始化后，程序开始进入主程序，1、进行按键判断，如果有键按下，继续往下执行，否则重新扫描；2、如果有键按下，延时5MS；3、再次按键判断，如果有键按下，继续往下执行，否则重新扫描；4、如果有键按下，确定按键位置；5、再次进行按键判断，如果有键按下，继续往下执行，否则，表示出错，重新扫面；6、如果有键按下，对按键译码；7、判断是否按键释放，如果释放，继续往下执行，否则等待；8、对送来的译码值进行数据处理；9、把处理的数据，放到LED数码管中动态显示。详细程序源代码见附录I。结束数码管中显示是否有按键下按下是否有按键按下延时5Ms是否有按键按下初始化开始数据处理 NY YN 确定按键位置 N图4-1 程序流程4.2 调试结果（1）键盘上按下123；键盘上按下运算键“+”后，按下7； 图4-2 数码管显示“123”、“7”（2）键盘上按下功能键“=”后，得出运算结果130；图4-3 数码管显示运算结果（3）不运算时，数码管显示时间15：12。图4-4 数码管显示时间总 结很快一周多的时间又过去了，一个星期的课程设计对于我们初学者来说并不简单，毕竟我们对单片机这门课程花
