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1、电子信息工程专业综合课程设计任务书设计题目基于单片机的多功能计算器设计设计类型应用型导师姓名林泽坤史俊主要内容及目标使用AT89C51单片机设计一个多功能计算器，主要用到矩阵键盘，LED数码管显示数据。要求进行硬件、软件系统设计。该计算器可以实现基本的计算还可以实现计时和倒计时的功能。要求：（1）6位数范围内的计算显示（2）要有错误提示具有的设计条件需要购买单片机、数据缓冲器、开关等电子元件一批。大约20元。计划学生数及任务计划需要3人计划设计进程1、从接题开始收集资料、准备设计2、第1周 画出设计框图，制定设计方案3、第2周 画出电路原理图，编写软件程序；进行实验、电路调试和完善，同时编写设
2、计报告参考文献（1）跟我学用单片机肖洪兵 第2版 北京：北京航空航天大学出版社, 2008.8（2）单片机高级教程何立民 第1版北京：北京航空航天大学出版社，2006.6（3）单片机基础 李广第 第1版北京：北京航空航天大学出版社，1999.8 摘要：单片机的出现是计算机制造技术高速发展的产物，它是嵌入式控制系统的核心，如今，它已广泛的应用到我们生活中的各个领域，电子、科技、通信、汽车、工业等。我们这次设计的多功能科学计算器也是利用AT89C51单片机制作而成。该计算器设计是采用C语言编写，实现了六位数范围内的加、减、乘、除基本的四则运算，此外该计算器除了具备基本的计算功能以外还具有计时和倒计
3、时的功能，也就是说该计算器具有两个工作模式，计算模式和计时模式，而计时模式里又包含正计时和倒计时的功能，这样一个简易的计算器实现了多功能，比较实用和方便。该设计电路是采用AT89C51单片机为主要控制电路，然后使用74LS245缓冲驱动电路驱动六位LED数码管显示数据，利用加上44矩阵键盘完成电路的实际操作。电路比较简单，但是很实用方便。关键字：AT89C51 多功能 74LS245 LED 矩阵键盘目录1.方案论证与选择51.1输入模块51.2显示模块：62.其他硬件电路模块功能介绍：72.1驱动模块72.2主控制模块82.3操作模块93.软件设计103.1主功能计算器部分103.2计时和倒
4、计时部分103.3功能按键103.4软件流程图104硬件设计124.1电路工作框图124.2 硬件电路图1343引脚锁定135.电路测试结果135.1代码提示信息135.2模式转换电路图145.3错误提示电路图155.4正常计算结果显示图156.该设计电路的改进思想167.小结168.参考文献17附录（程序清单）17基于单片机的多功能计算器设计1.方案论证与选择1.1输入模块方案一：采用独立式按键作为输入模块，其特点：直接用I/O口构成单个按键电路，接口电路配置灵活、按键识别和软件结构简单，但是当键数较多时，占用I/O口较多，比较浪费资源；其原理图如图1所示： 图1 独立的功能按键方案二：采用
5、矩阵式键盘作为输入电路，其特点：电路和软件稍复杂，但相比之下，当键数越多时越节约I/O口，比较节省资源。其原理图如图2所示： 图2 矩阵键盘输入本设计使用键盘输入预置用于计算或计时，按键较多。若采用独立按键，需频繁按键，为软件设计增加负担，且操作界面不友好。若采用矩阵式按键，可以方便地输入一个数值，使操作界面更具人性化，节约了宝贵的I/O口资源。通过对比，故采用方案二作为系统输入模块。1.2显示模块：方案一：用LCD显示，要用LCD显示，需要学习其专用的驱动控制芯片，比如HD61203，软件实现较为复杂，且LCD的价格昂贵。方案二：采用LED数码管串行静态显示，虽然其显示亮度高，但是如果显示器
6、的位数较多，需要增加锁存器，故而静态显示占用I/O口线较多,CPU的开销较大。方案三：采用LED数码管并行动态显示，显示亮度不及静态显示，但电路简单，适合于显示位数较多的情况。表1 用LED显示器显示十六位进制数的字形代码在下图表示：字型共阳极代码共阴极代码字型共阳极代码共阴极代码0COH3FH990H6FH1F9H06HA88H77H2A4H5BHB83H7CH3B0H4FHCC6H39H499H66HDA1H5EH592H6DHE86H79H682H7DHF8EH71H7F8H07H灭FFH00H880H7FH综上所述，采用方案三并行动态显示是本设计最佳显示方案。LED数码管显示器由6个发
7、光二极管组成，因此也称之为6段LED显示器，其排列形状如上。注：该设计电路中的6段LED数码显示器是共阳极的。2.其他硬件电路模块功能介绍：2.1驱动模块该设计的驱动电路是由74LS245来驱动的。74LS245是我们常用的芯片，用来驱动LED或者其他的设备，它是8路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。74LS245还具有双向三态功能，既可以输出，也可以输入数据。当8051单片机的P0口总线负载达到或超过P0最大负载能力时，必须接入74LS245等总线驱动器。当片选端/CE低电平有效时，AB/BA=“0”，信号由 B 向 A 传输；（接收）AB/BA =“1”，信号由 A 向 B 传输；（
8、发送）当/CE为高电平时，A、B均为高阻态。由于P2口始终输出地址的高8位，接口时74LS245的三态控制端/1G和/2G接地，P2口与驱动器输入线对应相连。P0口与74LS245输入端相连,/CE端接地，保证数据现畅通。8051的/RD和/PSEN相与后接DIR，使得/RD或/PSEN有效时，74LS245输入（P0.iDi），其它时间处于输出（P0.iDi）。2.2主控制模块该设计的核心控制电路是AT89C51单片机。AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电
9、压，高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。其引脚图以及工作原理如下：现简要介绍各引脚的功能。.主电源引脚：Vss-(20脚)：地线Vcc-(40脚)：+5V电源.外接晶振或外部振荡器引脚：XTAL1-(19脚)：当采用芯片内部时钟信号时，接外部晶振的一个引脚；当采用外部时钟信号时，此脚应接地。XTAL1-(18脚)：当采用芯片内部时钟信号时，接外部晶振的一个引脚；当采用外部时钟信号时，外部信号由此脚输入。.控制、选通或电源复用引脚：RST/Vp0-(9脚)：复位信号输入；Vcc掉电后，此脚可接上备用电源，在低功耗条件下保持内部RAM中的数据。ALE/PROG-(30脚)：ALE即允许地址锁
10、存信号输出，当单片机访问外部存储器时该脚的输出信号用于锁存P0的低8位地址，其输出的频率为时钟振荡频率的1/6。PROG为编程脉冲输入端，当选用8751单片机时，由此脚输入编程脉冲。/PSEN-(29脚)：访问外部程序存储器选通信号，低电平有效，用于实现外部程序存储器的读操作。/EA-(31脚)：EA为访问内部或外部程序存储器选择信号，EA=0，单片机只访问外部程序存储器，故对8031此脚只能接地；EA1，单片机访问内部程序存储器，固对8051和8751此脚应接高电平，但若程序指针PC值超过4KB(OFFFH)范围，单片机将自动访问外部程序存储器。.多功能I/O引：P0口-(3239脚)：P0
11、数据/地址复用总线端口。P1口-(18脚)：P1静态通用端口。P2口-(2128脚)：P2动态端口。P3口-(1017脚)：P3双功能静态端口。除作I/O端口外，它还提供特殊的第二功能，其具体含义为：P3.0-(10脚)RXD：串行数据接收端。P3.1-(11脚)TXD：串行数据发送端。P3.2-(12脚)INT0：外部中断0请求端，低电平有效。P3.3-(13脚)INT1：外部中断1请求端，低电平有效。P3.4-(14脚)T0：定时器/计数器0计数输入端。P3.5-(15脚)T1：定时器/计数器1计数输入端。P3.6-(16脚)WR：外部数据存储器写选通，低电平有效。P3.7-(17脚)RD
12、：外部数据存储器读选通，低电平有效 2.3操作模块该计算器的实际操作模块如下图所示：3.软件设计 本作品实现的功能全部是由C语言程序编写实现。通过程序的编写使简单的器件实现丰富的功能。3.1主功能计算器部分使用双精度类型来存放计算器的两个输入数值和最后的计算结果，最大接收的输入位数为6位，超出6位显示报错，并且需要清屏，然后重新输入。该计算器只能实现正整数范围内的四则运算。3.2计时和倒计时部分出于学习的目的，计时和倒计时采用定时器来实现的。虽然有点误差但误差不大基本达到要求。此外，该计算器还设有四个功能按键，可以输入相应的按键对应的键值，进行模式转换或数据更改。3.3功能按键一开始默认的模式
13、是计算模式即矩阵键盘执行计算模式下的功能。按功能键“ON/C”切换到计时模式；在计时模式下按“=”功能键又可切换到计算模式；在计时模式下按“=”功能键后再按功能键“ON/C”又可切换到倒计时模式。3.4软件流程图 开始 计算器初始化是否为计算模式是否为计时模式是否为倒计时模式结束YNOYNOYNO执行该模式下的操作执行该模式下的操作执行该模式下的操作4硬件设计4.1电路工作框图 74LS245驱动电路AT89C51主控制电路矩阵键盘控制电路LED显示电路4.2 硬件电路图43引脚锁定P0口接驱动器74LS245;P1口接显示器LED的段选;P2口接4*4矩阵键盘；P3口接外部中断0;5.电路测试结果5.1代码提示信息由于该电路可以实现计算、计时以及倒计时三种功能，因此，会有相应的模式转换提示代码信息；此外，由于该设计电路存在设计功能有限，所以会有相应的错误提示信息，主要如下：相关显示代码：报告代号显示含义1: -EOR-1被除数等于0；2: -EOR-2被减数小于减数；3: CHAG-1表明从计算器模式切换到计时模式；4: CHAG-0表明从计时器模式切换到计算器模式；5： -PAUSE暂停；7: -StoP- 停止；8: OPPOSE切换到倒计时模式;9: -EOR-9超出可显示的最大值。5.2模式转换电路图5.3错误提示电路图5.4正常
