单片机计算器及密码锁程序设计论文

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1、 毕业设计（论文）单片机计算器及密码锁程序设计学院（系）：电气工程学院 专 业：07级计控（2）班 学 号：070103010142 摘要摘要智能化是当今光、机、电一体化产品的发展趋势之一，而智能性的实现主要依赖于嵌入式系统的核心单片机。而仿真器不但是开发单片机系统的重要手段，也是学习单片机知识的必备工具。本课题来源于燕山大学自动化专业单片机生产实习的需要，为了充分锻炼学生的动手操作能力，并节约实习经费，因此开发了一种使用简单，覆盖单片机基本资源应用并且价格低廉的单片机仿真系统。论文分别介绍了单片机仿真系统的硬件设计和软件实现。硬件设计包括仿真芯片的选型，单片机的资源应用及扩展电路，如：825

2、5并口扩展、发光二极管、七段动态数码显示44键盘输入、蜂鸣器等。软件部分包括两个大程序：密码锁程序和计算器程序。密码锁程序实现3-8位可变密码的输入、修改和密码输入正确后的授权操作功能，密码错误后有声光报警（不同的报警次数对应不同的报警方式）。计算器程序实现带符号浮点数的加、减、乘、除及开根号的功能，设计中加入了第二功能键解决了按键有限的问题。这两个程序主要应用了单片机教材中中断、动态显示、键盘输入、I/O接口这些重要功能，具有良好的示范作用。本系统不但可以应用于单片机教学，对大多数电子爱好者开发简单的仿真器也有借鉴作用。关键词单片机；仿真器；计算器；密码锁；I 目 录摘要I第1章 绪论11.

3、1 课题背景11.2 单片机的发展概述11.3 单片机的应用领域41.4 单片机的发展趋势51.5 本课题研究的内容6第2章 硬件系统的介绍72.1 SST89E58RD芯片功能及原理72.2 8255可编程并行I/O接口扩展82.3 8255与八位LED数码管的链接电路122.4 LED与单片机的链接132.5 键盘电路142.6 蜂鸣器电路142.7 本章小结16第3章 计算器程序173.1 程序功能及存储方式介绍173.2 主程序183.3 键盘子程序213.4 除法子程序263.5 开根号子程序313.6 小数点对齐子程序363.7 其它子程序383.8 本章小结41第四章 密码锁程序

4、424.1 程序的功能及存储方式介绍424.2 主程序424.3 读密码及改密码子程序464.4 报警子程序484.5 错误显示子程524.6 C语言与汇编语言的比较534.7 本章小结54结论55参考文献56致谢57附录1 开题报告58附录2 文献综述64附录3 外文翻译的中文部分68附录4 外文翻译的英文部分75附录5 系统电路原理图85附录6 计算器程序的数据表86III第一章 绪论 第1章 绪论1.1 课题背景本课题来源于燕山大学自动化专业单片机生产实习的需要，目的是为了充分锻炼学生的动手操作能力并节约实习经费，因此开发了一种使用简单，覆盖单片机基本资源应用，并且价格低廉的单片机仿真系

5、统。在单片机的开发过程中，程序的设计是最为重要的但也是难度最大的。一种最简单和原始的开发流程是：编写程序烧写芯片验证功能，这种方法对于简单的小系统是可以对付的，但在大系统中使用这种方法则是完全不可能的。因此仿真成了系统调试的必备手段。仿真分软件仿真和硬件仿真。软件仿真主要是使用计算机软件来模拟运行实际的单片机运行，因此仿真与硬件无关的系统具有一定的优点。用户不需要搭建硬件电路就可以对程序进行验证，特别适合于偏重算法的程序。软件仿真的缺点是无法完全仿真与硬件相关的部分，因此最终还要通过硬件仿真来完成最终的设计。仿真器是单片机仿真的重要工具。单片机仿真器是在产品开发阶段用来替代单片机进行软硬件调试

6、的非常有用的开发工具。使用单片机仿真器可以对单片机程序进行单步、断点等手段的调试，检查程序运行中单片机RAM 、寄存器内容的变化，观察程序的运行悄况，与此同时可以对硬件电路进行实时的调试。使用单片机仿真器可以迅速发现、纠正程序中的错误，从而大大缩短单片机开发的周期。1.2 单片机的发展概述 1946年第一台电子计算机诞生至今,只有50年的时间,依靠微电子技术和半导体技术的进步,从电子管晶体管集成电路大规模集成电路,现在一块芯片上完全可以集成几百万甚至上千万只晶体管,使得计算机体积更小,功能更强。特别是近20年时间里,计算机技术获得飞速的发展,计算机在工农业,科研,教育,国防和航空航天领域获得了

7、广泛的应用,计算机技术已经是一个国家现代科技水平的重要标志。 单片机诞生于20世纪70年代,象Fairchid公司研制的F8单片微型计算机。所谓单片机是利用大规模集成电路技术把中央处理单元(Center Processing Unit,也即常称的CPU)和数据存储器(RAM)、程序存储器(ROM)及其他I/O通信口集成在一块芯片上,构成一个最小的计算机系统,而现代的单片机则加上了中断单元,定时单元及A/D转换等更复杂、更完善的电路,使得单片机的功能越来越强大,应用更广泛。 1976年INTEL公司推出了MCS-48单片机,这个时期的单片机才是真正的8位单片微型计算机,并推向市场。它以体积小,功

8、能全,价格低赢得了广泛的应用,为单片机的发展奠定了基础,成为单片机发展史上重要的里程碑。 在MCS-48的带领下,其后,各大半导体公司相继研制和发展了自己的单片机,象Zilog公司的Z8系列。到了80年代初,单片机已发展到了高性能阶段,象INTEL公司的MCS-51系列,Motorola公司的6801和6802系列,Rokwell公司的6501及6502系列等等,此外,日本的著名电气公司NEC和HITACHI都相继开发了具有自己特色的专用单片机。 80年代,世界各大公司均竞相研制出品种多功能强的单片机,约有几十个系列,300多个品种,此时的单片机均属于真正的单片化,大多集成了CPU、RAM、R

9、OM、数目繁多的I/O接口、多种中断系统,甚至还有一些带A/D转换器的单片机,功能越来越强大,RAM和ROM的容量也越来越大,寻址空间甚至可达64kB,可以说,单片机发展到了一个全新阶段,应用领域更广泛,许多家用电器均走向利用单片机控制的智能化发展道路。 1982年以后,16位单片机问世,代表产品是INTEL公司的MCS-96系列,16位单片机比起8位机,数据宽度增加了一倍,实时处理能力更强,主频更高,集成度达到了12万只晶体管,RAM增加到了232字节,ROM则达到了8kB,并且有8个中断源,同时配置了多路的A/D转换通道,高速的I/O处理单元,适用于更复杂的控制系统。随后的事情,熟悉单片机

10、的人士都比较清楚了,更多的单片机种蜂拥而至,MOTOROLA公司相继发布了MC68HC系列单片机,日本的几个著名公司都研制出了性能更强的产品,但日本的单片机一般均用于专用系统控制,而不象INTEL等公司投放到市场形成通用单片机。例如NEC公司生产的uCOM87系列单片机,其代表作uPC7811是一种性能相当优异的单片机。MOTOROLA公司的MC68HC05系列其高速低价等特点赢得了不少用户。 Zilog公司的Z8系列产品代表作是Z8671,内含BASIC Debug解释程序,极大地方便用户。而美国国半的COP800系列单片机则采用先进的哈佛结构。ATMEL公司则把单片机技术与先进的Flash

11、存储技术完美地结合起来,发布了性能相当优秀的AT89系列单片机。包括中国的台湾HOLTEK和WINBOND等公司也纷纷加入了单片机发展行列,凭着他们廉价的优势,分享一杯美羹。1990年美国INTEL公司推出了80960超级32位单片机引起了计算机界的轰动,产品相继投放市场,成为单片机发展史上又一个重要的里程碑。 此期间,单片机园地里,单片机品种异彩纷呈,争奇斗艳。有8位、16位甚至32位机,但8位单片机仍以它的价格低廉、品种齐全、应用软件丰富、支持环境充分、开发方便等特点而占着主导地位。而INTEL公司凭着他们雄厚的技术,性能优秀的机型和良好的基础,目前仍是单片机的主流产品。只不过是九十年代中

12、期,INTEL公司忙着开发他们个人电脑微处理器,已没有足够的精力继续发展自己创导的单片机技术,而由PHILIPS等公司继续发展C51系列单片机。1.3 单片机的应用领域 单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域,大致可分如下几个范畴: 1。在智能仪器仪表上的应用 单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点,广泛应用于仪器仪表中,结合不同类型的传感器,可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化,且功能比起采用电

13、子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备(功率计,示波器,各种分析仪)。 2.在工业控制中的应用 用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理,电梯智能化控制、各种报警系统,与计算机联网构成二级控制系统等。3.在家用电器中的应用 可以这样说,现在的家用电器基本上都采用了单片机控制,从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备,五花八门,无所不在。 4.在计算机网络和通信领域中的应用 现代的单片机普遍具备通信接口,可以很方便地与计算机进行数据通信,为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件,现在的通信设备基本上都实现了单片机

14、智能控制,从手机,电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话,集群移动通信,无线电对讲机等。5.单片机在医用设备领域中的应用 单片机在医用设备中的用途亦相当广泛,例如医用呼吸机,各种分析仪,监护仪,超声诊断设备及病床呼叫系统等等。 此外,单片机在工商,金融,科研、教育,国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。1.4 单片机的发展趋势现在可以说单片机是百花齐放,百家争鸣的时期,世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机,从8位、16位到32位,数不胜数,应有尽有,有与主流C51系列兼容的,也有不兼容的,但它们各具特色,互成互补,为单片机的应用提供

15、广阔的天地。 纵观单片机的发展过程,可以预示单片机的发展趋势,大致有: 1.低功耗CMOS化 MCS-51系列的8031推出时的功耗达630mW,而现在的单片机普遍都在100mW左右,随着对单片机功耗要求越来越低,现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS(互补金属氧化物半导体工艺)。象80C51就采用了HMOS(即高密度金属氧化物半导体工艺)和CHMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺)。CMOS虽然功耗较低,但由于其物理特征决定其工作速度不够高,而CHMOS则具备了高速和低功耗的特点,这些特征,更适合于在要求低功耗象电池供电的应用场合。所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。 2.微型单片化 现在常规的单片机