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1、电气与电子信息工程学院单片机课设设计单片机课程设计报告教 学 院： 专业班级：学号： 学生姓名：指导教师： 时间：地点：单片机课程设计任务书一、课题名称单片机课程设计二、设计目的为了进一步稳固学习的理论学问，增加学生对所学学问的实际应用力量和运用所学的学问解决实际问题的力量，开头为期两周的单片机课程设计。通过实训使学生在稳固所学学问的根底之上具有初步的单片机系统设计与应用力量。三、设计内容设计基于 51 单片机的简易计算器系统电路，并以该电路为根底进展编程，要求能够实现 099 之间的数进展加、减、乘、除运算的功能。四、设计要求1、设计简易计算器，要求能对 099 之间的数进展加、减、乘、除运
2、算。2、用 44 的键盘作为输入设备。3、用 LED 或 LCD 进展显示。4、编写无符号数加、减、乘、除运算、输入和显示的程序。5、对系统的进展综合和调试，使其具有对099 之间的数进展加、减、乘、除运算的功能。序号设计内容布置任务，学习简易计算器的工作原理以及硬所用时间13 天6、编写课程设计的总结五、设计进度表件电路设计2完成键盘、显示和计算功能的程序设计3 天3制作电路板1 天4辩论、撰写设计报告书3 天合 计10 天六、设计报告课程设计报告的根本内容至少包括封面、正文、附录三局部。课程设计报告要求统一格式，字体工整标准。1、封面封面包括“单片机课程设计课程设计报告”、班级、姓名、学号
3、以及完成日期等。2、正文正文是实践设计报告的主体，具体由以下几局部组成：（1） 课程设计题目；（2） 课程设计任务与要求；（3） 设计过程包括设计方案、设计原理、创点以及承受的技术等；（4） 方案的比较与论证；（5） 硬件电路设计，各个模块的设计与器件的选择；（6） 软件程序的设计与调试；（7） 课程设计总结包括自己的收获与体会；遇到的问题和解决的方法；技术实现技巧和创点；作品存在的问题和改进设想等；3附录附录 1：系统设计原理图附录 2：系统硬件元器件清单附录 3：系统的程序七、考核方式与成绩评定方法评定工程评分成绩1. 设计的实物功能齐全，制作美观50 分2. 态度认真、学习刻苦、遵守纪律
4、15 分3. 设计报告的标准化、参考文献充分不少于5 篇20 分4. 辩论15 分总分(100 分)备注：成绩等级：优90 分100 分、良80 分89 分、中70 分79 分、及格60 分69 分、60 分以下为不及格。八、参考书目1 李朝青.单片机原理及接口技术简明.杭州：北京航空航天大学出版社，19982 李广弟.单片机根底.北京：北京航空航天大学出版社，19943 阎石.数字电子技术根底第三版. 北京：高等教育出版社，19894 廖常初.现场总线概述J.电工技术，1999.5 徐仁贵等编著.单片微型计算机应用技术.北京:机械工业出版社.2023 年 2 月第 1 版6 张毅刚等编著.单
5、片机原理及应用. 北京：高等教育出版社.2023 年 1 月第 1 版一、课程设计任务与要求设计基于 51 单片机的简易计算器系统电路，并以该电路为根底进展编程，要求能够实现099 之间的数进展加、减、乘、除运算的功能，并要求如下：1、设计简易计算器，要求能对 099 之间的数进展加、减、乘、除运算；2、用 44 的键盘作为输入设备；3、用LED 或 LCD 进展显示；4、使用C 语言编写无符号数加、减、乘、除运算、输入和显示的程序；5、对系统的进展综合和调试，使其具有对099 之间的数进展加、减、乘、除运算的功能，还具有清零功能等；6、编写课程设计的总结。二、设计方案与选择方案1、芯片1.1
6、 、方案构思本设计中的芯片可以承受两种方案，一种是以FPGA 为核心处理芯片，配备相应的外设； 另一种是以STC89C52 处理器，配备相应的外设。（1） 方案一：承受 FPGA 掌握FPGA 是一种高密度的可编程规律器件，自从Xilinx 公司 1985 年推出第一片FPGA 以来， FPGA 的集成密度和性能提高很快，其集成密度最高达500 万门/片以上，系统性能可达200MHz。由于FPGA 器件集成密度高，便利易用，开发和上市周期短，在数字设计和电子生产中得到快速普及和应用，并一度在高密度的可编程规律器件领域中独占鳌头。但是基于SRAM 编程的FPGA，其编程信息需存放在外部存储器上，
7、需外部存储器芯片，且使用方法简单，保密性差，而其对于一个简洁的计算器而言，使用FPGA 有点大材小用，本钱太高。（2） 方案二：承受 AT89C51单片机是单片微型机的简称，故又称为微掌握器MCUMicro Control Unit。通常由单块集成电路芯片组成，内部包含有计算机的根本功能部件：中心处理器CPU，存储器和I/O 接口电路等。因此，单片机只要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机掌握系 统。单片机广泛应用于智能产品，智能仪表，测控技术，智能接口等，具有操作简洁、有用便利、价格廉价等优点。AT89C51 是一种带 4K 字节 FLASH 存储器 FPEROM Flash P
8、rogrammable and Erasable Read Only Memory 的低电压、高性能 CMOS 8 位微处理器，俗称单片机。AT89C2051 是一种带 2K 字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 1000 次。该器件承受 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 和闪耀存储器组合在单个芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微掌握器。1.2 、方案比较与选择通过以上两种方案的论证和比较，从设计的有用性、便利性和本钱等诸多方面考虑，最终选择了以A
9、T89C51 单片机作为中心处理单元进展计算器的设计，这样设计能够实现对六位整数、两位小数的加、减、乘、除的四则运算。2、输入模块2.1 、方案构思（1） 方案一：承受独立式按键作为输入模块独立式按键输入模块，其特点是：直接用I/O 口构成单个按键电路，接口电路配置敏捷、按键识别和软件构造简洁；但是当键数较多时，占用I/O 口较多，比较铺张资源。其原理图如图 1 所示。图 1独立的功能按键图 2 矩阵键盘输入（2） 方案二：承受矩阵式键盘作为输入模块矩阵式按键输入模块，其特点是：电路和软件稍简单，但相比之下，当键数越多时，越节约 I/O 口，比较节约资源。其原理图如图2 所示。2.2 、方案比
10、较与选择本设计中的输入模块使用的是矩阵键盘输入。键盘输入预置用于计算，按键较多。假设是承受独立按键，需频繁按键，为软件设计增加负担，且操作界面不友好；假设是承受矩阵式按键，可以便利地输入一个数值，使操作界面更具有人性化，且节约了贵重的I/O 口资源。通过比照，故承受方案二作为系统输入模块。3、显示模块3.1 、方案构思（1） 方案一：承受 LED 数码管静态显示承受 LED 数码管的静态显示，其特点是：其亮度较高；这种显示方式接口，编程简洁且治理简洁；缺乏的是，占用的I/O 的线资源较多。假设承受单片机或CPLD/FPGA 来掌握的话，势必存在铺张I/O 口资源的问题。如图 3 所示。图 3
11、4 位数码管静态显示（2） 方案二：承受 LED 数码管动态显示承受 LED 数码管的动态显示，其特点是：其亮度比静态显示的亮度要差一些；但其电路比较简洁，适合于显示位数较多的状况。如图4 所示。图 4 4 位数码管的动态显示（3） 方案三：承受 LCD1602 液晶显示承受 LCD1602 液晶显示，其特点是：可以调整其背光亮度，这种显示方式接口，编程虽然有些麻烦，但治理较便利，占用的I/O 口资源线也不多。3.2 、方案比较与选择本设计中的显示模块使用的是LCD1602 液晶显示。在计算器运算中，需显示的数字、符号较多，按很据个方面的特点，而后可以觉察LCD 液晶显示，虽然在价格上确实是稍
12、贵于LED 数码管；但数码管在硬件设计电路中，会因线太多、线路简单而过于繁琐，则舍弃LED 数码管，选择LCD 液晶显示。通过比照，故承受方案三作为系统显示模块。三、整体方案原理框图1.1 硬件与软件系统设计依据系统分析及实现功能，硬件小系统方框图如图1 所示：振荡电路液晶显示单片机键盘输入比照度调整复位电路图 5依据系统硬件设计，软件系统主要包括：单片机掌握程序模块：作为系统的主掌握程序模块，用KeilC 编程掌握其他程序模块的协调工作；键盘程序模块：用来输入用户的功能，使单片机完成相应的掌握功能； 液晶显示模块：使用字符型液晶显示器显示用户的选择。1.2 单片机模块单片机掌握主程序流程图如
13、下：开头初始化扫描键盘得键值显示定位显示完毕图 6单片机外围扩展电路程序模块为了节约本钱，本设计中液晶显示模块与单片机之间承受模拟口线的方式掌握，键盘与单片机之间承受扫描的工作方式。键盘程序流程图扫描方式 键盘程序流程图如下所示：开头N有键按下？Y键盘消抖N有键按下？Y扫描键盘得键值存入累加器完毕图 7LCM 程序流程图如下所示：开LCD 初始化YLCD 是否为忙？N单片机向 LCD 写命令单片机向 LCD 写数据显示数据完毕图 8本设计的软件系统分别用伟福E6000 和 KeilC 编写及编译。4*4 键盘程序模块用汇编语言和 C 语言编写，实现直接从P2 口扫描得到键盘码，并承受查询方式得
14、到与之对应的LCD 字型码，在LCD 上显示出来。四、单元电路设计1.1 键盘输入计算器输入数字和其他功能按键要用到很多按键，假设承受独立按键的方式，在这种情 况下，编程会很简洁，但是会占用大量的I/O 口资源，因此在很多状况下都不承受这种方式。为此，我们引入了矩阵键盘的应用，承受四条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穿插点上设置一个按键。这样键盘上按键的个数就为44 个。这种行列式键盘构造能有效地提高单片机系统中I/O 口的利用率。矩阵键盘的工作原理：计算器的键盘布局如图 5 所示：一般有 16 个键组成，在单片机中正好可以用一个P 口实现 16 个按键功
15、能，这种形式在单片机系统中也最常用。0=CLC/789*456-123+图 9键盘布局图图 10 矩阵键盘内部电路图键盘上的每一个按键都有一个键值。给键赋值的最直接方法是将行、列线按二进制挨次排列， 当某一键按下时，键盘扫描程序执行到给该列置低电平0，假设读出各行状态为非全 1，这时的行、列数据组合成键值。键盘键值从左到右、从上到下依次是77，7B，7D，7E；B7，BB， BD，BE，E7，EB，ED，EE。这种负规律表示往往不够直观，因而承受行、列线加反向器或软件求反的方法将键盘改成正规律。这时，键值依次为88，84，82，81；48，44，42， 41，18，14，12，11。不管是正规
16、律还是负规律，这种键值表示方式分散度在且不等距， 用于指令不太便利。对于不是 4*4 或 8*4 或 8*8 键盘，使用也不简洁，故在很多场合下，承受依次排列键值的方法。这时的键值与键号相全都。1.2 单片机掌握MCS-51单片机是在一块芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多功能I/O等一台计算机所需要的根本功能部件。假设按功能划分，它由如下功能部件组成，即微处理器CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM/EPROM、并行I/O口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特别功能存放器SFR。单片机是靠程序运行的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特别的独特的一些功
17、能，通过使用单片机编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高牢靠性！因此我们承受单片机作为计算器的主要功能部件，可以进展很快地实现运算功能。图 11 单片机掌握电路的时钟电路和复位电路LCD1602 显示图 12 LCD1602 显示1602 点阵字符液晶模块(LCM)引脚及功能1 脚(VDD/VSS)：电源 5V10%或接地。2 脚(VSS/ VDD)：接地或电源(50.5)V。3 脚(VO)：反视度调整。使用可变电阻调整，通常接地。4 脚(RS)：存放器选择(1：选择数据存放器；0：选择指令存放器)。5 脚(R/W)：读/写选择(1：读；0：写)。6 脚(E)：使能操作(1：LCM 可做读写
18、操作；0：LCM 不行做读写操作)。7 脚(DB0)：双向数据总线的第 0 位。8 脚(DB1)：双向数据总线的第 1 位。9 脚(DB2)：双向数据总线的第 2 位。10 脚(DB3)：双向数据总线的第 3 位。11 脚(DB4)：双向数据总线的第 4 位。12 脚(DB5)：双向数据总线的第 5 位。13 脚(DB6)：双向数据总线的第 6 位。14 脚(DB7)：双向数据总线的第 7 位。15 脚(V )：背光显示器电源+5V。DD16 脚(V )：背光显示器接地。SS五、实物效果图图 13实物效果图六、心得体会两周的时间，最终顺当完成了单片机的课程设计。由于自己对单片机编程还不是很生疏
19、，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，最终在同学的帮助下最终把程序调试出来了，虽然程序设计实现的功能与教师要求的不尽一样，不过牵强还算可以。从这里我知道了根本学问的重要性。其实进展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局部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局部。焊接的时候到时轻松，一个下午就焊接好 了，然后是调试局部。调试花费的时间还是比较长的。不过有了上个学期数字电路焊接调试的阅历，这次单片机调试还算是比较顺当。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两个问题。一个
20、是键盘总是没有反响，为了这个自己调试了很久，前前后后把电路板检查了几 次，最终才觉察是键盘本身的问题，和同学们换了个好键盘才行。另一个问题是总是显示不出来 1、4、7 这三个数字。检测来检测去，觉察来是在测试最小系统时在一个位选端接了高电平，对位选信号产生了影响。当把那个高电平去掉后，最终得到了正确的结果。总的来说这次课程设计到达了完成了根本任务，到达了根本要求。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，单片机编程力量也得到了提高。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。这次单片机课程设计应当说是比较成功的。七、参考文献1 李朝青.单片机原理及接
21、口技术简明.杭州：北京航空航天大学出版社，19982 李广弟.单片机根底.北京：北京航空航天大学出版社，19943 阎石.数字电子技术根底第三版. 北京：高等教育出版社，19894 廖常初.现场总线概述J.电工技术，1999.八、附录1. 系统程序#include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit rs=P10;sbit rw=P11; sbit e=P12;void write_dat(uchar dat); void write_com(uchar com); void keyscan;/* 功能说明：显示
22、编码，加上0x30， 分别为”1”,”2”,”3”,”+”,”4”,”5”,”6”,”-”,等*/ uchar code table1=1,2,3,0x2b-0x30,4,5,6,0x2d-0x30,7,8,9,0x2a-0x30,0,0x3d-0x30,0x01-0x30,0x2f-0x30;uchar k=0,flag=0,num,fuhao,i; long a,b,c;void delay(uint z)uint x,y; for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);void keyscanuchar temp; P2=0xfe; temp=P2; temp=temp&
23、0xf0;while(temp!=0xf0)delay(5); temp=P2; temp=temp&0xf0; while(temp!=0xf0)temp=P2; switch(temp)case 0xee:num=0; break;case 0xde:num=1; break;case 0xbe:num=2; break;case 0x7e:num=3; break;while(temp!=0xf0) temp=P2;temp=temp&0xf0;/*当按下1,2,3，松手后执行下面这段语句*/ if(num=0|num=1|num=2)if(flag=0)a=a*10+table1num
24、;/假设没有按符号键,符号前的数值为a else if(flag=1)b=b*10+table1num; /假设按了符号键,符号后的数值为bif(k=1)/假设之前按了”=”号,再按键时清屏，进展下一次计算k=0;write_com(0x01);else if(num=3)/推断按下”+”flag=1; fuhao=1;i=table1num;/显示按下的键write_dat(0x30+i);P2=0xfd; temp=P2; temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0)delay(5); temp=P2; temp=temp&0xf0; while(temp!=0xf0)
25、temp=P2; switch(temp)case 0xed:num=4; break;case 0xdd:num=5; break;case 0xbd:num=6; break;case 0x7d:num=7; break;while(temp!=0xf0) temp=P2; temp=temp&0xf0;if(num=4|num=5|num=6) /推断是否按下”4”,”5”,”6”if(k=1)k=0;write_com(0x01);if(flag=0) a=a*10+table1num;else if(flag=1) b=b*10+table1num;else if(num=7)fla
26、g=1; fuhao=2;i=table1num;/显示按下的键write_dat(0x30+i);P2=0xfb; temp=P2; temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0)delay(5); temp=P2; temp=temp&0xf0; while(temp!=0xf0)temp=P2; switch(temp)/case 0xeb:num=8; break;case 0xdb:num=9; break;case 0xbb:num=10; break;case 0x7b:num=11; break;while(temp!=0xf0) temp=P2; temp=
27、temp&0xf0;if(num=8|num=9|num=10) /推断是否按下”7”,”8”,”9”if(k=1)k=0;write_com(0x01);if(flag=0) a=a*10+table1num;else if(flag=1) b=b*10+table1num;else if(num=11)/推断是否按下”*”flag=1; fuhao=3;i=table1num; write_dat(0x30+i); P2=0xf7;temp=P2; temp=temp&0xf0; while(temp!=0xf0)delay(5); temp=P2; temp=temp&0xf0; whi
28、le(temp!=0xf0)电气与电子信息工程学院单片机课设设计temp=P2; switch(temp)case 0xe7:num=12;/ 0键break;case 0xd7:num=13;/ ”=” break;case 0xb7:num=14; /清零键break;case 0x77:num=15; /”/” break;while(temp!=0xf0) temp=P2; temp=temp&0xf0;switch(num)case 12:if(k=1)k=0;write_com(0x01);if(flag=0) a=a*10;else if(flag=1) b=b*10; writ
29、e_dat(0x30);break;case 13:/按=键k=1;if(fuhao=1)/假设符号键是+，执行+运算write_com(0x80+0x4f); write_com(0x04);c=a+b;while(c!=0)write_dat(0x30+c%10);c=c/10;write_dat(0x3d); fuhao=0;a=0;b=0;flag=0;if(fuhao=2)/假设符号键是-，执行-运算write_com(0x80+0x4f); write_com(0x04);if(a=b)c=a-b;while(c!=0)write_dat(0x30+c%10); c=c/10;el
30、se if(ab)c=b-a;while(c!=0)write_dat(0x30+c%10); c=c/10;write_dat(0x2d);write_dat(0x3d); a=0;b=0;flag=0;fuhao=0;if(fuhao=3)/假设符号键是*write_com(0x80+0x4f); write_com(0x04); c=a*b;while(c!=0)电气与电子信息工程学院单片机课设设计c=c/10;write_dat(0x3d); a=0;b=0;flag=0;fuhao=0;if(fuhao=4)/假设符号键是/i=0;write_com(0x80+0x4f); writ
31、e_com(0x04);c=(long)(float)a/b)*1000000); /结果保存6位小数while(c!=0)write_dat(0x30+c%10); c=c/10;i+;if(i=6)/显示完六位小数后，显示 write_dat(0x2e);if(a/b=0)write_dat(0x30); write_dat(0x3d); a=0;b=0;flag=0;fuhao=0;break;case 14: write_com(0x01); a=0;b=0;flag=0;fuhao=0;break;case 15:flag=1; fuhao=4;write_dat(0x30+tabl
32、e1num);break;电气与电子信息工程学院单片机课设设计/*led1602*/ void write_com(uchar com)rs=0;/选择写指令rw=0;P3=com; e=1;delay(5);/无延时不能正常工作e=0;void write_dat(uchar dat)rs=1;/选择写数据rw=0;P3=dat; e=1;delay(5);/无延时不能正常工作e=0;void init /初始化delay(15); write_com(0x38); delay(6); write_com(0x38); delay(6); write_com(0x38); write_com
33、(0x38);write_com(0x0c); /开显示，关光标write_com(0x06);/光标移动 设置write_com(0x01);/清屏void maininit; while(1)keyscan;电气与电子信息工程学院单片机课设设计2. 电路图3. 原器件清单序号名称型号数量备注1单片机8051AT891C512电阻2001复位电路3电阻1k1复位电路4电容22uF1复位电路5按键开关(按钮)1复位电路6石英晶振12MHz1晶振电路7电容30pF2晶振电路8液晶屏16011显示电路94x4 键盘用 16 个按钮实现10单片机插座111电源插座112电路基板113电源DC5V1可合买或利用电子技术课程设计中制作的电源14焊锡、导线假设干15滑动变阻器10K1液晶比照度调整电气与电子信息工程学院单片机课设设计课程设计成绩评定表课题名称学生姓名单片机课程设计学号1、如何编写程序检测按键是否按下和按键是否释放？答：用 if 推断课程设计辩论记录IfK！=0xff推断释放按下2、你的程序中如何掌握在 LCD 哪行哪个位置显示数据： ShowStringuchar x 行，uchar y 列，unchar *str 数成绩评定依据考勤辩论报告实物制作分数最终评定成绩指导教师签字：年月 日