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1、单片机原理及系统课程设计评语：考勤（10）守纪（10）过程（40）设计报告（30）答辩（10）总成绩（100）专 业： 自动控制 班 级： 自控101班 姓 名： 杨辅云 学 号： 201008608 指导教师： 武晓春 兰州交通大学自动化与电气工程学院2013 年 3 月 7 日摘要本设计是基于51系列的单片机进行的数字计算器系统设计可以完成计算器的键盘输入进行加、减、乘、除3位无符号数字的简单四则运算并在LED上相应的显示结果。 设计过程在硬件与软件方面进行同步设计。硬件方面从功能考虑首先选择内部存储资源丰富的AT89C51单片机输入采用44矩阵键盘。显示采用5位7段共阴极LED静态显示。
2、软件方面从分析计算器功能、流程图设计再到程序的编写进行系统设计。编程语言方面从程序总体设计以及高效性和功能性对C语言和汇编语言进行比较分析针对计算器四则运算算法特别是乘法和除法运算的实现最终选用全球编译效率最高的KEIL公司的Vision3软件采用汇编语言进行编程并用proteus仿真。计算器要求计算器要求计算器要求计算器要求：能对这样的表达式（A+B*C-D*E/F+G*G*K）（A,B,.是整数）进行运算，能分辨四个符号“*”，“/”，“+”-“（分别为乘，除，加，减符号）进行优先运算。 本计算器本计算器本计算器本计算器是以MCS-51系列AT89C51单片机为核心构成的简易计算器系统。该
3、系统通过单片机控制，实现对4*4键盘扫描进行实时的按键检测，并把检测数据存储下来。整个计算器系统的工作过程为：首先存储单元初始化，键盘扫描，判断按键位置，查表得出按键值，单片机则对数据进行储存与相应处理转换送入LCD1602显示输入表达式，然后通过单片机对数据进行运算把结果送入LCD1602显示器动态显示。引言设计目的：设计简单计算器，功能齐全，连线简单，方便学习。同时加深对单片机的认识和理解，加强自己的动手能力。设计要求： 本次课程设计，我选择的课题是单片机数字计算器设计，设计任务为： 1. 扩展4*4键盘，其中10个数字，5个功能键，1个清零2. 使用五位数码管接口电路3. 完成十进制的四
4、则运算（加、减、乘、除）； 4. 实现低于三位小于255数字的连续运算；5. 使用keil C软件编写程序； 6. 最后用ptoteus仿真;7. 具有较强的抗干扰能力；8. 体积小、功耗低，便于嵌入其他系统。设计方法为： 1. 扩展4*4键盘，其中10个数字，5个功能键，1个清零2. 使用五位数码管接口电路3. 完成十进制的四则运算（加、减、乘、除）； 4. 实现低于三位小于255数字的连续运算；5. 使用keil C软件编写程序； 6. 最后用ptoteus仿真;7. 具有较强的抗干扰能力；8. 体积小、功耗低，便于嵌入其他系统。一、 设计方案及原理 1.1 系统分析 1.总体设计计算器以
5、 AT89S51 单片机为核心芯片，通过扫描键盘来得到数据，另外通过 CPU 将得到的数据按要求进行运算并将结果送到显示电路进行显示。2. 框图设计利用单片机设计，组成图如下图1.1所示： 键盘扫描 控制电路（单片机）1602液晶显示 输入 输出图1.1组成框图3. 知识点本项目需要通过学习和查阅资料，掌握和了解如下知识： 电源原理及设计。 单片机复位电路工作原理及设计。 单片机晶振电路工作原理及设计。 按键电路的设计。 驱动电路的设计。 七段数码管的特性及使用。 AT89S51 单片机引脚。 单片机 C 语言及程序设计。1.2 系统设计1. 系统结构： 主 程 序 调用 调用 键盘扫描程序
6、初始化程序 清零程序等于函数程序 显 示 程 序图1.2 程序框图1.3 系统原理组成计算器是将键盘部分、单片机部分、显示部分按指示的3个单元电路相接。这样就将整个硬件部分连接起来组成一个整体电路。计算器主体电路完成基本的计算功能。计算器由电源电路、单片机主控电路、按键电路、显 示电路和复位电路几部分组成。二、系统的硬件设计2.1 主控制器 1.单片机简介在该课程设计中，主要用到一个AT89c51芯片和串接的五个74LS164芯片。作为该设计的主要部分。下面将对这两个芯片原理及功能做已详细介绍和说明。图 2.1 AT89c51芯片芯片AT89c51的外形结构和引脚图如2.1所示。AT89C51
7、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）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。2. 复位、时钟电路设计MCS-51单片机芯片内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端
8、。当使用内部振荡电路时，XTAL1.XTAL2引脚外接石英晶体和微调电容，如图33所示，图中C2.C3大小一般为30PF。还加了复位/备用电源引脚的接线方法，任何单片机在工作之前都要进行复位，以便CPU以及其他功能部件都处于一个确定的初始化状态，并从这个状态开始工作，也就是程序开始执行之前，单片机做好准备工作。如何进行复位呢？只用在单片机的RST引脚上保持两个机器周期（24个时钟周期）的高电平即可对单片机实现复位操作。图 2.2 复位电路和时钟电路2. 2 键盘电路 键盘可分为两类：编码键盘和非编码键盘。编码键盘是较多按键（20个以上）和专用驱动芯片的组合，当按下某个按键时，它能够处理按键抖动
9、、连击等问题，直接输出按键的编码，无需系统软件干预。通用计算机使用的标准键盘就是编码键盘。在智能仪器中，使用并行接口芯片8279或串行接口芯片HD7279均可以组成编码键盘，同时还可以兼顾数码管的显示驱动，其相关的接口电路和接口软件均可在芯片资料中得到。当系统功能比较复杂，按键数量很多时，采用编码键盘可以简化软件设计。但大多数智能仪器和电子产品的按键数目都不太多（20个以内），为了降低成本和简化电路通常采用非编码键盘。非编码键盘的接口电路有设计者根据需要自行决定，按键信息通过接口软件来获取。 本课题需要的是16个按键，故选择用非编码键盘，为了减少所占用的端口，由P1口采用4*4矩阵式键盘。具体
10、电路连接如图2.4所示 图2.3 4*4键盘输入2. 3 显示部分本次设计我们使用了1602液晶，与单片机使用并行输入输出，其引脚D0-D7与单片机的P1相连，RS和E分别接单片机的P2.0和P2.1，用于控制命令或数据或时能输入。电路如图2.3所示： 图2.5 显示电路把要显示的数分别放在显示缓冲区60H-64H共五个单元中，并且分别对应五个数码管LED1-LED4。出口：蒋预置在显示缓冲区中的五个数组成相应的现实字形码，然后输出到显示器中显示。2. 4 设计原理图及说明1.电路原理图如下：图2.6 电路原理图图2.6所示为计算器的电路原理图。P3口用于键盘输入，接4*4矩阵键盘，键值与键盘
11、的对应表如表-所示，p0口和p2口用于显示，p2口用于显示数值的高位，po口用于显示数值的低位。三、 系统的软件设计3. 1 主程序初始化参数清零键LED显示输入数值读取键值状态清零数值送显示缓存开始按键输入？分析键值数字键等待数值输入结果送显示缓存保存结果和功能键根据上次功能键和输入的数据计算结果功能键否是是数字键是清零键图3.1 主程序流程图3. 2 调试结果先测试加计算，输入3*4，按下等于键，得到的结果如图3.2所示：wash stomach, anus exhaust, the abdominal cavity puncture indication and operation an
12、d triple cavities tube the indications for use, contraindications and conventional methods of operation. 3. the higher requirements (1) learning content: abdominal tuberculosis (tuberculosis and Tuberculous peritonitis) and chronic diarrhea. (2) clinical knowledge, skills required: clinical knowledg
13、e: the differential diagnosis of tuberculous peritonitis; the differential diagnosis of intestinal tuberculosis and Crohns disease; the pathophysiology of chronic diarrhea and diseases; II skills required: gastroscopy and gastric juice extraction, the indication of liver biopsy, contraindications an
14、d complications, indication of x-ray examination of the digestive system. (11) endocrine Professional 1. familiar Rotary purpose: basic theory of Endocrinology subject of internal medicine, has a system of academic knowledge. Cultivation of clinical thinking ability, mastering the discipline of clin
15、ical skills, be able to handle the subject of common diseases. Understanding: principles of diagnosis and treatment of certain diseases. 2. basic requirements (1) learning content: diabetes mellitus and its chronic complications, Diabetic Ketoacidosis, Graves disease, thyroiditis, and Cushings syndr
16、ome, as well as, the original primary hyperaldosteronism pheochromocytoma tumor. (2) clinical knowledge, skills required: clinical knowledge: diabetes type, etiology, clinical features, treatment, diet principles; the pathogenesis of Diabetic Ketoacidosis, the principles of diagnosis and treatment. Graves disease etiology, clinical and laboratory and treatment; II skills required: correct history, written records, conduct a comprehensive physical examination, familiar with the diagnosis and treatment of endocrine