单片机课程设计总会.doc
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1、单片机课程设计总会382020年4月19日文档仅供参考课程设计(论文)任务书 电气 学院 电力系统 专业 12( 1 ) 班一、课程设计(论文)题目: 十进制加法计算器设计 二、课程设计(论文)工作自 1 月 12 日起至 年 1月 16 日止。三、课程设计(论文) 地点:电气学院机房 10-303 四、课程设计(论文)内容要求:1课程设计的目的(1)综合运用单片机原理及应用相关课程的理论知识和实际应用知识,进行单片机应用系统电路及程序设计,从而使这些知识得到进一步的巩固,加深和发展;(2)熟悉和掌握单片机控制系统的设计方法,汇编语言程序设计及proteus 软件的使用;(3)经过查阅图书资料
2、、以及书写课程设计报告可提高综合应用设计能力,培养独立分析问题和解决问题的能力。 2课程设计的内容及任务 课程设计内容:利用单片机及一些外围电路设计一个简易的十进制加法计算器 ,硬件电路设计大概主要包括:键盘电路,显示电路以及复位电路和晶振电路 。 软件方面的设计主要包括:LED显示程序设计 、数值送显示缓存程序设计 、读键子程序设计、运算程序的设计。 课程设计任务:设计一个键盘显示装置,键盘上除了定义09共10个数字键外,还要相应的功能健,其它键不定义无响应。利用此系统可分别输入十进制被加数和加数,实现两个数相加并将结果以十进制形式显示出来。 3.课程设计说明书编写要求(1)设计说明书用A4
3、纸统一规格,论述清晰,字迹端正,应用资料应说明出处。(2)说明书内容应包括(装订次序):题目、目录、正文、设计总结、参考文献等。应阐述整个设计内容,要重点突出,图文并茂,文字通畅。 (3)报告内容应包括方案分析;方案对比 ;整体设计论述 ;硬件设计(电路接线,元器件说明,硬件资源分配 );软件设计 (软件流程,编程思想,程序注释,)调试结果;收获与体会;附录(设计代码放在附录部分,必须加上合理的注释)(4)学生签名: 1月 16 日课程设计(论文)评审意见(1)总体方案的选择是否正确; 正确( )、较正确( )、基本正确( )(2)程序仿真能满足基本要求; 满足( )、较满足( )、基本满足(
4、 )(3)设计功能是否完善; 完善( )、较完善( )、基本完善( )(4)元器件选择是否合理; 合理( )、较合理( )、基本合理( )(5)动手实践能力; 强( )、较强( )、一般( )(6)学习态度; 好( )、良好( )、一般( )(7)基础知识掌握程度; 好( )、良好( )、一般( )(8)回答问题是否正确;正确( )、较正确( )、基本正确( )、不正确( )(9)程序代码是否具有创新性 ; 全部( )、部分( )、无( )(10)书写整洁、条理清楚、格式规范;规范()、较规范()、一般( )总评成绩优()、良()、中()、及格()、不及格()评阅人: 年 月 日摘要随着社会科
5、技的发展和进步,计算器因其功能强大而早已成为人们日常生活中必不可少的工具,最简单的计算器就能实现简单的加减乘除运算,这让人们免去了复杂的计算过程,大大提高了工作效率。本文利用C51系列单片机系统设计的简易十进制加法计算器,就能够实现简单的加法运算。本文设计的简易十进制加法计算器系统硬件电路主要包括:键盘电路,显示电路以及复位电路和晶振电路。复位电路采用的是上电与手动复位,系统一上电,芯片就复位,或者中途按按键也能够进行复位;数码管显示电路采用三个并行设计;由于需要读取键盘的行值和列值,减少I/O的使用,故键盘扫描采用反转法;键盘电路设计,至于按键的独立行,由于计算器输入数字和其它功能按键都用到
6、很多按键,如果按键独立的话,编程会比较简单,可是会占用大量的I/O口资源,而单片机只有四个八位的I/O口,这样可能会导致I/O口不够用,因此采用非独立式的矩阵键盘方案。软件设计方面选用最基本的思路。首先进行参数初始化,并LED显示;然后扫描键盘看是否有按键输入,若有,则读取键码;并判断键码是数字键、清零键还是功能键(“+”、“=”),是数值键则送数码管显示并保存数值,是清零键则做清零处理,是功能键则又判断是“+”还是“=”,若是“=”则将计算最后结果送数码管显示,若是加法功能键则不显示。最后经过Proteus软件仿真结果完全正确,最终完成了设计。关键词:单片机 十进制加法计算器 矩阵键盘 扫描
7、法 LED目录一、系统方案设计与分析51.1方案分析51.2方案对比51.3系统总设计6二、硬件电路设计62.1单片机介绍72.2 单片机最小系统8 2.2.1 复位电路8 2.2.2 晶振电路92.3 显示数码管电路设计102.4 键盘电路设计102.4.1键盘扫描112.4.2 键盘电路设计112.5 系统完整电路设计12三、软件设计123.1 LED显示程序设计133.2 数值送显示缓存程序设计143.3读键子程序设计153.4运算程序的设计16四、系统仿真与调试184.1 KeilC51单片机软件开发系统194.2 proteus的操作20 4.2.1 硬件电路图的接法操作20 4.2
8、.2 Proteus中课程设计的仿真结果20五、心得体会22六、参考文献23一、系统方案设计与分析1.1方案分析本设计是基于C51系列单片机来进行的数字计算器系统的设计,能够完成计算器的键盘输入,然而传统的简易计算器的键盘输入键盘都采用的是矩阵形式的电路,键盘上一般存在有数字键 、功能键、清零键,能够进行简单的加、减、乘、除四则基本运算。而我们本次课题是要设计一个简单的十进制加法计算器,并在4位共阳极数码管上显示相应的结果,那意味着要先扫描键盘上的按钮,读取键码,将键值读入单片机,然后将这些键值放入数值缓冲程序里等待处理,键值进过运算程序后的结果送入输出口并显示出来,结果的显示也要经过显示程序
9、才能实现,我们采用四位的数码管显示数值。本课设设计电路采用的是AT89C51单片机为主要控制芯片,再利用一些外围电路实现十进制的加法功能;软件方面采用Protues进行电路仿真。1.2方案对比本次课程设计是基于C51系列单片机借外围电路来可进行键盘输入的十进制加法计算器系统的设计。在显示数码管电路设计方面,根据LED数码管的驱动方式的不同,能够分为静态式和动态式两类,可是我们设计的十进制加法计算器是需要不断的显示数字,而且I/O有限,故采用动态类方式显示。在键盘设计电路中,键盘扫描有中断式、外扫描式和反转式三种,因为我们设计的是矩阵式键盘,既要扫描行值,又要扫描列值,因此采用反转法实现用户键盘
10、接口。至于按键的独立性。如果按键独立的话,编程会比较简单,可是会占用大量的I/O口资源,可能会导致I/O口不够用,故采用非独立式的矩阵键盘。1.3系统总设计利用AT89S51单片机设计一个简易的十进制加法计算器。外部主要由近似矩阵键盘、晶振电路、手动复位电路和LED数码显示管构成,内部由一块AT89S51单片机构成,经过软件编程可实现简单加法运算,数值的最高位为百位,溢出则不显示。在键盘上输入数值或运算符号,进行加法运算,并在显示数码管上显示相应的结果。简易计算器的程序功能模块主要包括以下几个:(1)主模块,为系统的初始化。(2)显示子程序、读键子程序与键值分析模块,(3)运算子程序模块,(4
11、)数值送显示缓存程序模块,(5)程序结果显示模块等等。系统拓扑图如下图所示:矩阵按键电路键电路AT89C51单片机LED显示电路手动复位电路晶振电路图1 系统拓扑图二、硬件电路设计简易的十进制加法计算器系统硬件电路设计主要包括:键盘电路,显示电路以及复位电路和晶振电路。下面分别进行设计。2.1单片机介绍单片机,全称单片微型计算机,又称微控制器,是把中央处理器、存储器、定时/计数器、各种输入输出接口等都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。与应用在个人电脑中的通用型微处理器相比,它更强调自供应(不用外接硬件)和节约成本。它的最大优点是体积小,可放在仪表内部,但存储量小,输入输出接口简单,功能较低
12、。由于其发展非常迅速,旧的单片机的定义已不能满足,因此在很多应用场合被称为范围更广的微控制器;从上世纪80年代,由当时的4位、8位单片机,发展到现在的32位300M的高速单片机。1本次课设用的是八位的单片机,这块芯片不需要我们设计,它的每个管脚功能见教材详解,它的管脚图如下图所示:图1 AT89C51外形结构和引脚分布图2.2 单片机最小系统单片机的最小系统就是要让单片机里面的程序运行,需要的最小配置。如果需要用IO口去驱动LED,写好程序就直接能够运行了。最小系统只要由震荡电路、复位电路、输入输出设备、电源和单片机芯片组成。 2.2.1 复位电路单片机复位电路就是让单片机重新启动,初始化程序
13、重新正常运行。复位操作一般有两种基本形式:上电自动复位、手动按键复位。上电自动复位操作要求接通电源后自动实现复位操作;手动按键复位要求在电源接通的条件下,在单片机运行期间,用按键开关操作使单片机复位。复位电路基本原理:电阻给电容充电,电容的电压缓慢上升直到VCC,没到VCC时芯片复位脚近似低电平,于是芯片复位,接近VCC时芯片复位脚近高电平,于是芯片停止复位,复位完成。复位电路的基本功能是:系统上电时提供复位信号,直至系统电源稳定后,撤销复位信号。为可靠起见,电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号,以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。图2 单片机复位电路本设计采用上电与手
14、动复位电路,电阻选取2K,电容选取10uF,系统一上电,芯片就复位,或者中途按按键也能够进行复位。2.2.2 晶振电路 单片机晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。一般一个系统共用一个晶振,便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振,而经过电子调整频率的方法保持同步。晶振电路起振原理:晶振即石英晶体振荡器,它是将二氧化硅切成薄片,利用了它的压变效应(就是电压会让它变形,而它的变形同样会影响电压),可是为了方便它的起振,一般在单片机的晶振处都会加上二个小点的电容来帮它起振。晶振电路原理图如下图所示:图3 单片机晶振电路本次设计的晶振电路的两个小电容值为1nF,振荡器采用的是石英晶
15、体振荡器。2.3 显示数码管电路设计LED数码管由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件,引线已在内部连接完成,只需引出它们的各个笔划,公共电极。LED数码管要正常显示,就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码,从而显示出我们要的数字,因此根据LED数码管的驱动方式的不同,能够分为静态式和动态式两类。为了减少端口的使用,故选择动态显示。而本次课设选用的是四个并行数码管(只用3位),采用共阳极形式。至于上拉电阻,由于数码管的每个引脚都会接,故选用排阻的形式。图4 三位数码管的显示电路2.4 键盘电路设计2.4.1键盘扫描一般设计矩阵式键盘接口通采用3种方法读取键值。分别为:中断式、外扫描式和反
16、转式:(1)中断式:在键盘按下时产生一个外部中断通知CPU,并由中断处理程序经过不同的地址读取数据线上的状态,判断哪个案件被按下。(2)扫描法:对键盘上的某一行送低电平,其它行为高电平,然后读取列值。若列值中有一位是低电平,表明该行与低电平对应列的键被按下;否则,扫描下一行。(3)反转法:先将所有行扫描线输出低电平,读列值。若列值有一位是低,则表明有键按下,读列值;然后所有列扫描线输出低电平,再读行值。根据读到的值组合就能够得到键码。本实验采用反转法实现用户键盘接口2.4.2 键盘电路设计本次课设由于用到的按键数目不太多,为了降低成本和简化电路一般采用非编码键盘。非编码键盘的接口电路由计者根据
17、需要自行决定,按键信息经过接口软件来获取。本课题需要的是13个按键,按键数目不多,简单清晰,故选择用非编码键盘。至于按键的独立性。由于计算器输入数字和其它功能按键都用到很多按键,如果按键独立的话,编程会比较简单,可是会占用大量的I/O口资源,而单片机只有四个八位的I/O口,这样可能会导致I/O口不够用。因此在这种情况下都不采用这种方式,而是采用矩阵键盘的方案。矩阵键盘采用四条I/O线作为行线,四条I/O线作为列线组成键盘,在行线和列线的每个交叉点上设置一个按键。这样键盘上按键的个数就为44个。这种行列式键盘结构能有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。由于本次课设只完成加法的功能,故只设定了两
18、个功能键,一个清除键,十个数字键,键盘上总共有13个按键。键盘电路如下图所示:图5 键盘电路设计 2.5 系统完整电路设计以上完成了各个子模块的电路设计,将这些子模块电路按一定的方式串接在一起组成了系统的总电路设计,系统的完整电路如下图所示:图6 硬件电路系统总图设计三、软件设计对于十进制加法计算器设计,首先进行参数初始化,并LED显示;然后扫描键盘看是否有按键输入,若有,则读取键码;并判断键码是数字键、清零键还是功能键(“+”、“=”),是数值键则送数码管显示并保存数值,是清零键则做清零处理,是功能键则又判断是“+”还是“=”,若是“=”则将计算最后结果送数码管显示,若是加法功能键则不显示。
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- 单片机 课程设计
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