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1、硬件课程设计简易计算器设计 中国矿业大学徐海学院 单片机课程设计 姓名：XXX学号： 22090XXX 专业：计算机09-4班 题目：硬件课程设计 专题：简易计算器设计 指导教师： XXX 设计地点：嘉园时间： 2022-12-23 20221年12月 单片机课程设计任务书 专业年级计算机09-4 学号22090XXX 学生姓名XXX 任务下达日期：2022年12 月15日 设计日期：2022 年12 月15 日至2022 年12 月23日 设计题目：硬件课程设计 设计专题题目：简易计算器设计 设计主要内容和要求： 摘要： 利用单片机及外围接口电路(键盘接口和显示接口电路)设计制作一个计算器。
2、 主要能实现 1.加法：能够计算四位以内的数的加法。 2减法：能计算四位数以内的减法。 3乘法：能够计算两位数以内的乘法。 4除法：能够计算四位数的乘法 5有清零功能，能随时对运算结果和数字输入进行清零。 关键词：单片机; 计算器 ; 加减乘除 指导教师签字： 目录 1 系统概述 (1) 1.1硬件知识概述 (1) 1.1.1 单片机 (1) 1.1.2 C语言 (1) 1.1.3 ISP (1) 1.2设计基本思想 (1) 2硬件电路设计 (2) 2.1 单片机最小系统 (2) 2.2键盘接口电路 (2) 2.3数码管显示电路 (3) 3 软件设计 (4) 3.1 复位电路 (4) 4.系统
3、调试 (5) 4.1 软件流程图 (5) 4.1.1系统软件系统流程图 (5) 5.结束语 (6) 参考文献 (7) 附录 (8) 1 系统概述 1.1硬件知识概述 1.1.1 单片机 单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。 1.1.2 C语言 C语言是一种计算机程序设计语言。它既具有高级语言的特点，又具有汇编语言的特点。它由美国贝尔研究所的
4、D.M.Ritchie于1972年推出。1978后，C语言已先后被移植到大、中、小及微型机上。它可以作为工作系统设计语言，编写系统应用程序，也可以作为应用程序设计语言，编写不依赖计算机硬件的应用程序。它的应用范围广泛，具备很强的数据处理能力，不仅仅是在软件开发上，而且各类科研都需要用到C语言，适于编写系统软件，三维，二维图形和动画。具体应用比如单片机以及嵌入式系统开发。 1.1.3 ISP ISP（In-System Programming）在系统可编程，指电路板上的空白器件可以编程写入最终用户代码，而不需要从电路板上取下器件，已经编程的器件也可以用ISP 方式擦除或再编程。本次课程设计便使用
5、ISP 方式，直接将编写好的程序下载到连接好的单片机中进行调试 1.2设计基本思想 利用单片机及外围接口电路(键盘接口和显示接口电路)设计制作一个计算器，用四位一体数码管显示计算数值及结果。要求用Protel 画出系统的电路原理图，绘出程序流程图，并给出程序清单。 主要能实现 1.加法：能够计算四位以内的数的加法。 2减法：能计算四位数以内的减法。 3乘法：能够计算两位数以内的乘法。 4除法：能够计算四位数的乘法 5有清零功能，能随时对运算结果和数字输入进行清零。 2硬件电路设计 2.1 单片机最小系统 2.2键盘接口电路 计算器所需按键有： 数字键：1,2,3,4,5,6,7,8,9,0 功
6、能键：+, - , *, / , = 共计16个按键，采用4*4矩阵键盘，键盘的行和列之间都有公共端相连，四行采用端口P0.0P0.3,四列采用端口P3.0P3.3,通过8个端口的的高低电平完成对矩阵键盘的控制。通过对16个按键进行编码，从而得到键盘的口地址，对比P1口德扫描结果和各按键的地址，我们就可以得到是哪个键按下，从而完成键盘的功能。 2.3数码管显示电路 采用4位一体的数码管对计算数据和结果进行显示，这里选取共阳数码管，利用NPN三极管对数码管进行驱动，为了节省I/O资源，采取动态显示的方法来显示计算数据及结果。 利用SN74LS244N锁存器来实现数码管的动态显示，P1口输出显示值
7、，P2.0P2.3为位选端口。通过锁存器对段选信号的锁存，最终得到对数码管输入数据的控制。 以下为数码显示电路的硬件电路图： 3 软件设计 3.1 复位电路 为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。一般微机电路正常工作需要供电电源为5V5%，即4.755.25V。由于微机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，微机电路开始正常工作。 4.系统调试4.1 软件流程图 4.1.1系统软件系统流程图 5.结束语 两周的时间，终于把单片机课程设计搞
8、完了。整个体会还是比较多的。首先是题目的选择，各方面的原因，自己还是想选个简单点的题目，不过最后选来选去，还是选择了计算器。由于自己对单片机编程还不是很熟悉，结果在设计的时候遇到了一系列问题，程序总是调试部处理，不过还好，最后在同学的帮助下终于把程序调试出来了，虽然程序设计实现的功能与老师要求的不尽相同，不过勉强还算可以。从这里我知道了基本知识的重要性。其实进行程序设计的时候主要是对各功能模块的把握。计算器里面最难的一部分是矩阵键盘的扫描和编码，那个费了很大力气。 另外一点就是硬件焊接调试部分。焊接的时候到时轻松，一个下午就焊接好了，然后是调试部分。调试花费的时间还是比较长的。不过有了上个学期
9、数字电路焊接调试的经验，这次单片机调试还算是比较顺利。我也是从电路板的正负电源检测起，一步一步来，最终得到了想要的结果。调试的时候主要遇到了问题。当把那个高电平去掉后，终于得到了正确的结果。我的题目是简易计算器，对于我们这些实践中的新手来说，这是一次考验。 总的来说这次课程设计达到了完成了基本任务，达到了基本要求。通过亲身对程序设计和电路焊接调试的体会，自己对单片机有了进一步的了解，单片机编程能力也得到了提高。电路板的焊接与调试，使自己电路调试的方法和思想进一步加强了。通过这次单片机课程设计，我不仅加深了对单片机理论的理解，将理论很好地应用到实际当中去，而且我还学会了如何去培养我们的创新精神，
10、从而不断地战胜自己，超越自己。创新可以是在原有的基础上进行改进，使之功能不断完善，成为真己的东西。 这个设计过程中，我们通过在原有的计算器系统进行了改进，使之增添了清零、加减乘数等的功能，使之成为一个更加适用，功能更加完备的属于自己的一个系统。设计结果能够符合题意，成功完成了此次实习要求，我们不只在乎这一结果，更加在乎的，是这个过程。这个过程中，我们花费了大量的时间和精力，更重要的是，我们在学会创新的基础上，同时还懂得合作精神的重要性，学会了与他人合作。 参考文献 1 谭浩强.C语言程序设计（第三版）.清华大学出版社.2022，113-115 2 马潮.AVR单片机嵌入式系统原理与应用实战（第2版）.北京：北京航空航天大 学出版社，2022，244-302 3 胡汉才.单片机原理（第3版）.清华大学出版社，2022 徐海学院2022届单片机系统设计第 8页附录 附录1： protel绘制原理图