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1、毕业设计题目 简易加减乘除计算器系另U专业班级姓名学号指导教师日期设计任务书设计题目:简易加减乘除计算器设计要求:1根据所学内容运用编程做一个简易加减乘除计算器,实现加、减、乘、除 等以及清零的功能。2.设置一组数码管, 使其能够显示程序运行,按键动作的内容。 3.设置一组按键,使其键依次对应 09、“+”、“-”、“*”、“/”、“=”和清除 键。4可以进行小于255 的数的加减乘除运算,并可连续运算。当键入值大于255 时,将自动清零,可重新输入。设计进度要求:第一周:确定题目,寻找单片机和计算器设计的相关资料; 第二周:读懂资料,有初步的设计思路;第三周:绘制硬件电路图;第三周:设计软件
2、框图; 第四周:相应软件设计(程序设计); 第五周:进行程序调试并且修改; 第六周:写毕业设计论文; 第七周:修改并提交毕业设计; 第八周:准备论文答辩;摘要在很多领域的数据处理中要用到数学运算,作为计算机自动处理系统更显得重 要。此项目设计以单片机为核心部件的计算器,采用4*4 矩阵式键盘,16 个键依次 对应 09、“+”、“-”、“*”、“/”、“=”和清除键。使用单片机最小使用系统1模 块,简单方便。采用静态显示,显示器由5 个共阴极数码管组成。输入只有两个信 号,它们是串行数据线DIN和移位信号CLK。5个串/并行移位寄存器芯片74LS164 首尾相连。每片的并行输出作为LED数码管
3、的段码。本计算器系统简单,实用性强,成本低,使用维护方便,软件功能强,运行稳 定可靠等优点。关键词:单片机,计算器,键盘,静态显示随着半导体集成工艺的不断发展,单片机的集成度将更高、体积将更小、功能 将更强。在单片机家族中,80C51系列是其中的佼佼者,加之Intel公司将其MCS - 51系列中的80C51内核使用权以专利互换或出售形式转让给全世界许多著名IC制 造厂商,如Phil ips、NEC、Atmel、AMD、华邦等,这些公司都在保持和80C51单 片机兼容的基础上改善了 80C51 的许多特性。这样, 80C51 就变成有众多制造厂商 支持的、发展出上百品种的大家族,现统称为80C
4、51系列。80C51单片机已成为单 片机发展的主流。专家认为,虽然世界上的MCU品种繁多,功能各异,开发装置也 互不兼容,但是客观发展表明,80C51可能最终形成事实上的标准MCU芯片。本设计采用的是ATMEL公司的AT89C51芯片,此芯片根据了充分的静止CMOS控 制器和三级节目记忆锁,共有:32 条 I/O 线, 2 定时计数器, 6 个中断来源,4 K 闪存, 128 个字节在芯片 RAM。由于本设计所做的是一个会加减乘除的计算器,所以要用到单片机的最小使用 系统模块 1,还需要用到矩阵式键盘和静态显示模块。而我的硬件设计详见第二章,主要介绍了需要哪几部分硬件电路和硬件系统的 概叙。在
5、 2.1 节介绍了主要的框架;2.2 节简单的介绍了单片机最小使用系统的性 能和附属电路;2.3 节详细介绍了键盘控制电路;2.4 节介绍了静态显示电路。在 第三章中我们详细的解说了软件系统的设计。 3.1 节介绍了我们做这个设计的程序 设计思路;3.2节画出了总的程序设计框图;3.3节分别罗列出各个子程序的框图。 第四章是我对此设计的调试过程和结果显示。第五章就是我对此设计的总体概括, 体会和心得。我所设计的这个计算器可适用于比较简单的加减乘除运算,比如小学生可以借 助它进行较大数目的四则运算,并运用它来探索有关规律,有利于帮助学生形成初 步的探索和解决问题的能力。目录摘要 II、. A前言
6、 1目 录 11 单片机的发展及使用 21.1 单片机的发展 21.2 单片机的使用 32 总体方案设计 42.1 系统框图 42.2 显示控制方案52.3 键盘控制方案 53 硬件设计 73.1 89S51 单片机的简介73.2 89S51 单片机的引脚83.3 89S51I/O 接口组成及功能 93.4 74LS164 的功能 103.5 键盘接口工作原理 113.6 七段 LED 显示工作原理 133.7 电路原理 144 设计思路 164.1 主程序模块 164.2 静态显示模块174.3 按键程序模块 175 系统调试 1951 在伟福中的调试 195. 2在KEIL中的调试并连接实
7、验箱 206 结 论 24致 谢 25参考文献 25附 录 A 271 单片机的发展及使用1.1 单片机的发展单片微型计算机是微型计算机的一个重要分支,也是一种非常活跃和颇具有生命力的机种。单片微型计算机简称单片机,特别适用于工业控制领域,因此又称为 微控器。1971 年微处理器研制成功不久,就出现了单片微型计算机即单片机,但最 早的单片机是 1 位的,处理能力有限。果将 8 位单片机的推出作为起点,那么单片机的发展历史大致可以分为以下几 个阶段:第一阶段(19761978):单片机的探索阶段。以 Intel 公司的 MCS-48 为代表。 MCS-48 的推出是在工控领域的探索,参和这一探索
8、的公司还有 Motorola、Zilog 等。 都取得了满意的效果。这就是 SCM 的诞生年代,“单片机”一词即由此而来。第二阶段(19781982):单片机的完善阶段。In tel公司在MCS-48基础上推 出了完善的、典型的单片机系列MCS-51。它在以下几个方面奠定了典型的通用总线 型单片机体系结构。(1).完善的外部总线。 MCS-51 设置了经典的 8位单片机的总线结构,包括8位数据总线、 16 位地址总线、控制总线及具有多机通信功能的串行通信接口。(2).CPU 外围功能单元的集中管理模式。( 3).体现工控特性的地址空间及位操作方式。(4).指令系统趋于丰富和完善,并且增加了许多
9、突出控制功能的指令。 第三阶段(19821990): 8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段, 也是单片机向微控制器发展的阶段。In tel公司推出的MCS-96系列单片机,将一些 用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中,体现了单 片机的微控制器特征。第四阶段(1990):微控制器的全面发展阶段。随着单片机在各个领域全面、 深入地发展和使用,出现了高速、大寻址范围、强运算能力的 8位/16位/32位通 用型单片机,以及小型廉价的专用型单片机。1.2 单片机的使用单片机的使用很广,分别在以下领域中得到了广泛的使用。 工业自动化:在自动化技术中,无论是过程控制技术、数
10、据采集技术还是测控 技术,都离不开单片机。在工业自动化的领域中,机电一体化技术将发挥愈来愈重 要的作用,在这种机械、微电子和计算机技术为一体的综合技术(例如机器人技术、 数控技术)中,单片机将发挥非常重要的作用特别是近些年来,随着计算机技术的 发展,工业自动化也发展到了一个新的高度,出现了无人工厂、机器人作业、网络 化工厂等,不仅将人从繁重、重复和危险的工业现场解放出来,还大大提高了生产 效率,降低了生产成本。仪器仪表:目前对仪器仪表的自动化和智能化要求越来越高。在自动化测量仪 器中,单片机使用十分普及。单片机的使用有助于提高仪器仪表的精度和准确度, 简化结构,减小体积,易于携带和使用,加速仪
11、器仪表向数字化、智能化和多功能 化方向发展。消费类电子产品:该使用主要反映在家电领域。目前家电产品的一个重要发展 趋势是不断提高其智能化程度。例如,电子游戏、照相机、洗衣机、电冰箱、空调 电视机、微波炉、手机、IC卡、汽车电子设备等。在这些设备中使用了单片机后, 其功能和性能大大提高,并实现了智能化、最优化控制信方面:较高档的单片机都具有通信接口,因而为单片机在通信设备中的使用 创造了很好的条件。例如,在微波通信、短波通信、载波通信、光纤通信、程控交 换等通信设备和仪器中都能找到单片机的使用。武器装备:在现代化的武器装备中, 如飞机、军舰、坦克、导单、鱼雷制导、 智能武器设备、航天飞机导航系统
12、,都有单片机在其中发挥重要作用。终端及外部设备控制:计算机网络终端设备,如银行终端,以及计算机外部设 备如打印机、硬盘驱动器、绘图机、传真机、复印机等,在这些设备中都使用了单 片机。近年来随着科技的飞速发展,同时带动自动控制系统日新月异更新,单片机的 使用正在不断地走向深入。2 总体方案设计2.1 系统框图计算器的总体设计框图如图 2.1 所示。图 2.1 系统框图2.2 显示控制方案在单片机使用系统中,显示分为静态示和动态显示,本次设计采用静态显示。 静态显示数码管中的各位相互独立,而且各位的显示字符一经确定相应的输出将维 持不变,直到显示另一个字符为止。正因为如此,静态显示的亮度都比较高。
13、各位 分别由一个 8 位 I/O 接口控制段选码,故在同一时间里,每一位显示的字符可以各 不相同。这种显示方式接口,较小的电流即可获得较高的亮度,且占用 CPU 时间少, 编程简单,便于监测和控制,本设计所需显示位数不多,故采用静态显示模块,在 实验箱上连接简单、方便。2.3 键盘控制方案键盘分为独立式键盘和行列式键盘,独立式键盘接口电路配置灵活,硬件结构 简单,工作可靠但每个按键必须占用一跟I/O接口线,I/O接口线浪费较大,在单 片机使用系统中,有时只需要几个简单的按键向系统输入信息,可将按键直接在一 根I/O接口线上,故只在按键数量不多时采用。而行列式键盘每条行线和列线在交 叉处不直接相
14、通,而是通过一个按键加以连接,当按键较多时可采用行列式键盘以 节省I/O接口。本次设计计算器所用按键较多,为节省I/O接口,方便设计,故采 用矩阵式键盘。3 硬件设计3.1 89S51 单片机的简介AT89C51 是美国 ATMEL 公司生产的低电压,高性能的 CMOS8 位单片机片内 4Kbytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和128bytes的随机存储器(RAM), 器件采用ATMEL公司的高密度、非易失存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统, 片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元,功能强大o AT89C51单片机 可为你提供许多高性价的使用场合,可灵活
15、的使用于各种控制领域。主要性能参数:和MCS-51产品指令系统的全兼容4k字节可重擦写Flash闪速存储器1000 次可擦写周期全静态操作:0Hz-24MHz三级加密程序存储器128X8字节内部RAM32 个可编程 I/O 口线2 个 16 位定时/计数器6 个中断源可编程串行UART通道低功耗空闲和掉电模式3.1.1 AT89C51功能特性描述:AT89C51提供以下标准功能:4k字节Flash闪速存储器,128字节内部RAM, 32个I/O 口线,两个16位定时/计数器,一个5向量中断结构,一个全双工串行通 信口,片内震荡器及时钟电路。同时,AT89C51可降至OHz的静态逻辑操作,并支 持两种软件的可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作,但允许RAM,定时/ 计数器,窜行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容,但震荡器 停止工作并禁止所有部件工作直到下一个硬件复位。PDIPpi.ori40P1 IE2阳P12E33BPl江4円4匸辱P1.5Ee35Pi EJP1 T匸