電子技術(shù)課程設(shè)計報告初稿

1、電子技術(shù)課程設(shè)計報告初稿 簡單計算器(實現(xiàn)整數(shù)的加減乘除)設(shè)計姓 名： 梁鴻儒 張宣城 學 院： 電子電器工程學院 學 號： 021213201 021213210完成時間： 2015.06 07 摘要計算器在人們的日常中是比較的常見的電子產(chǎn)品之一?？墒撬€在發(fā)展之中，以后必將出現(xiàn)功能更加強大的計算器，基于這樣的理念，本次設(shè)計是用單片機來設(shè)計的八位計算器。該設(shè)計系統(tǒng)是以AT89C51為單片機，用74LS245為顯示位控制， P1口作為輸入端，外接4X4的鍵盤，通過鍵盤掃描來對輸入數(shù)的控制，并外接驅(qū)動電路，系統(tǒng)采用LED數(shù)碼管作為顯示器，軟件程序采用均采用C+編寫，便于移植與升級。報告詳細介紹了

2、整個系統(tǒng)的硬件組成結(jié)構(gòu)、工作原理和系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計。計算器將完成的功能有整數(shù)的加，減，乘，除等功能。關(guān)鍵字 計算器 數(shù)碼管 74LS245 晶振 51單片機 目錄第一章 設(shè)計目的與意義第二章 方案論證與設(shè)計21 設(shè)計目標和實現(xiàn)方法22方案論證與設(shè)計第三章 硬件模塊介紹3.1 運算模塊3.2 單片機(AT89C51)3.3. 引腳介紹3.31 74ls245芯片 74ls245芯片所示3.4 輸入模塊3.4.1 鍵盤介紹3.5 顯示模塊第四章 仿真及調(diào)試第五章 總結(jié)第六章 參考文獻 第1章 設(shè)計的指標1.設(shè)計目的和意義1.1 設(shè)計目的設(shè)計4*4的鍵盤，其中10個數(shù)字鍵09，其余6個為“+” “

3、-” “*”“/” “=”和“C”，最大顯示實現(xiàn)6位數(shù)，可以基本的運算（加減乘除），數(shù)據(jù)歸零。1.2 意義計算器在人們的日常中是比較的常見的電子產(chǎn)品之一?？墒撬€在發(fā)展之中，以后必將出現(xiàn)功能更加強大的計算器，基于這樣的理念，本次設(shè)計是用單片機來設(shè)計的八位計算器。第二章 方案論證與設(shè)計21方案論證2.1.1 方案1根據(jù)功能和指標要求，本系統(tǒng)選用MCS-51系列單片機AT89C51為主控機。通過擴展必要的外圍接 口電路，實現(xiàn)對計算器的設(shè)計。計算器電路包括三個部分：顯示電路、4*4鍵掃描電路、單片機微控制電路。用七段數(shù)碼管作為顯示電路，矩陣鍵盤作為輸入電路。模塊圖如下圖1所示。 圖1 2.1.2 方

4、案二根據(jù)計算器的功能要求，選擇AT89C51為主控機，通過擴展必要的外圍接口電路，實現(xiàn)對計算器的設(shè)計。外部主要由4*4矩陣鍵盤和一個液晶顯示屏構(gòu)成，內(nèi)部由一塊AT89C51單片機構(gòu)成。計算器電路包括四個部分：選用LED作為顯示部分，矩陣鍵盤作為輸入部分，運算模塊，單片機控制部分。模塊圖如圖2 所示。圖2 2.1.3對比選擇 從電路結(jié)果的準確角度來說方案二要優(yōu)于方案一，因為方案二用LED作為顯示電路，顯示結(jié)果清楚明了，比用方案一的準確度更高，而且電路連線相對比較簡單。為了得到更好的結(jié)果，所以選擇方案二。2.2整體設(shè)計根據(jù)簡易計算器的功能和指標要求，本設(shè)計系統(tǒng)選用MCS-51系列單片機AT89C5

5、1為主控機。通過擴展必要的外圍接口電路，實現(xiàn)對簡易計算器的設(shè)計。計算器電路包括三個部分：顯示電路、4*4鍵掃描電路、單片機微控制電路。具體設(shè)計如下： （1）由于要設(shè)計的是簡單的計算器，可以進行四則運算，為了得到較好的顯示效果，采用七段數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)和結(jié)果。 （2）另外鍵盤包括數(shù)字鍵（09）、符號鍵（+、-、）、清除鍵和等號鍵，故只需要16 個按鍵即可。 （3）執(zhí)行過程：開機顯示零，等待鍵入數(shù)值，當鍵入數(shù)字，通過LED顯示出來，當鍵入+、-、*、/運算符，計算器在內(nèi)部執(zhí)行數(shù)值轉(zhuǎn)換和存儲，并等待再次鍵入數(shù)值，當再鍵入數(shù)值后將顯示鍵入的數(shù)值，按等號就會在LED上輸出運算結(jié)果。 （4）錯誤提示：當計算

6、器執(zhí)行過程中有錯誤時，會在LED上顯示相應的提示,如：當輸入的數(shù)值或計算得到的結(jié)果大于計算器的表示范圍時，計算器會在LED上提示溢出；當除數(shù)為0時，計算器會在七段數(shù)碼管上提示錯誤。線路原理框圖如圖3所示51系單片機統(tǒng)4*4鍵盤LED顯示 晶振電路復位電路 圖3第3章 硬件模塊介紹3.1 運算模塊電路原理框圖如圖4所示開始初始化參數(shù)初始化LED顯示有數(shù)輸入讀取鍵碼LED顯示數(shù)字鍵清零鍵功能鍵狀態(tài)清零輸入數(shù)值數(shù)值送入 顯示緩沖YN等待數(shù)值輸入結(jié)果送入顯示緩沖根據(jù)上次功能鍵和輸入的數(shù)據(jù)計算結(jié)果本次功能鍵？等待數(shù)值輸入結(jié)果送入 顯示緩沖等待數(shù)值輸入結(jié)果送入顯示緩沖圖4 系統(tǒng)總流程圖3.2 單片機(AT

7、89C51)AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器(FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。為本科單片機教學主要芯片TMS320F2812，DSP原理與應用技術(shù).AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器

8、，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。3.2.1 單片機主要特性及特性概括1）與MCS-51 兼容 2）4K字節(jié)可編程FLASH存儲 3)壽命：1000寫/擦循環(huán) 4)數(shù)據(jù)保留時間：10年 5)全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz 6)三級程序存儲器鎖定7)1288位內(nèi)部RAM 8)32可編程I/O線 9)兩個16位定時器/計數(shù)器 10）5個中斷源 11)可編程串行通道 12)低功耗的閑置和掉電模式 13)片內(nèi)振蕩器和時鐘電路主要特性概括:：AT89C51：4k 字節(jié)Flash 閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個I/O

9、 口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。3.2.2 單片機原理圖如下圖所示圖5 51 單片機原理圖3.2.3 單片機源程序3.3 引腳介紹3.3.1管腳圖如圖6所示Vcc：供電電壓GND：接地P0口：P0口為一個8位漏極開路雙向I/O口，每腳可吸收TTL門電流。當P0口的管腳第一次寫1時

10、，被定義為高阻態(tài)輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須接上上拉電阻。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為低八位地址接收。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，

11、且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些

12、特殊功能口，如下表所示：口管腳 備選功能P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（計時器0外部輸入）P3.5 T1（計時器1外部輸入）P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） 圖6 at89c51引腳圖P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。

13、在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000

14、H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。3.3.2晶體振蕩器特性：是指從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片（簡稱為晶片），石英晶體諧振器，簡稱為石英晶體或晶體、晶振；而在封裝內(nèi)部添加IC組成振蕩電路的晶體元件稱為晶體振蕩器。其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可

15、以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。3.31 74ls245芯片 當8051單片機的P0口總線負載達到或超過P0最大負載能力時，必須接入74LS245等總線驅(qū)動器。當片選端/CE低電平有效時，DIR=“0”，信號由B向A傳輸；（接收）DIR=“1”，信號由A向B傳輸；（發(fā)送）當CE為高電平時，A、B均為高阻態(tài)。由于P2口始終輸出地址的高8位，接口時74LS245的三態(tài)控制端1G和2G接地，P2口與驅(qū)動器輸入線對應相連。P0

16、口與74LS245輸入端相連,E端接地，保證數(shù)據(jù)線暢通。74ls245芯片所圖7所示74LS245是我們常用的芯片，用來驅(qū)動led或者其他的設(shè)備，它是8路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器，可雙向傳輸數(shù)據(jù)。74LS245還具有雙向三態(tài)功能，既可以輸出，也可以輸入數(shù)據(jù)。當8051單片機的P0口總線負載達到或超過P0最大負載能力時，必須接入74LS245等總線驅(qū)動器.當片選端/CE低電平有效時，DIR=0，信號由 B 向 A 傳輸;(接收)DIR=1，信號由 A 向 B 傳輸;(發(fā)送)當CE為高電平時，A、B均為高阻態(tài)。 圖7 74ls245管腳圖 由于P2口始終輸出地址的高8位，接口時74LS245的三態(tài)控

17、制端1G和2G接地，P2口與驅(qū)動器輸入線對應相連。P0口與74LS245輸入端相連,E端接地，保證數(shù)據(jù)線暢通。8051的/RD和/PSEN相與后接DIR，使得RD和PSEN有效時，74LS245輸入(P0.1D1)，其它時間處于輸出(P0.1D1)3.4 輸入模塊3.4.1 鍵盤介紹計算器輸入數(shù)字和其他功能按鍵要用到很多按鍵，如果采用獨立按鍵的方式，在這種情況下，編程會很簡單，但是會占用大量的I/O 口資源，因此在很多情況下都不采用這種方式，而是采用矩陣鍵盤的方案。矩陣鍵盤采用四條I/O 線作為行線，四條I/O 線作為列線組成鍵盤，在行線和列線的每個交叉點上設(shè)置一個按鍵。這樣鍵盤上按鍵的個數(shù)就

18、為44個。這種行列式鍵盤結(jié)構(gòu)能有效地提高單片機系統(tǒng)中I/O 口的利用率。矩陣鍵盤的工作原理：計算器的鍵盤布局如圖2.1所示：一般有16個鍵組成，在單片機中正好可以用一個P口實現(xiàn)16個按鍵功能，這種形式在單片機系統(tǒng)中也最常用。圖8 矩形鍵盤proteus仿真圖ABCD可以接高4位，1234可以接低4位。電路中采用4*4鍵盤作為輸入電路模塊的話，電路連線會比較簡單，而且這種行列式鍵盤結(jié)構(gòu)能有效地提高單片機系統(tǒng)中I/O 口的利用率。但是在硬件電路設(shè)計的過程中，實驗室沒有提供矩陣鍵盤，所以我們將4*4的矩陣鍵盤換成了16個獨立按鍵。采用獨立按鍵的方式的話，會占用大量的I/O 口資源，但是在這種情況下，

19、編程會很簡單。矩陣鍵盤內(nèi)部電路圖如圖9所示圖9 矩陣鍵盤內(nèi)部電路圖3.5 顯示模塊本設(shè)計采用7SEG-MPX6-CA液晶顯示屏來顯示輸出數(shù)據(jù)。通過ABCDEFG引腳向LED寫指令字或?qū)憯?shù)據(jù)以及通過123456供電以使LED實現(xiàn)不同的功能或顯示相應數(shù)據(jù)。7SEG-MPX6-CA管腳圖如圖10所示。 圖10 7SEG-MPX6-CA管腳圖第4章 仿真及調(diào)試 仿真效果圖 第五章 總結(jié)5.1 結(jié)論1.設(shè)計原理明了，設(shè)計步驟清晰，設(shè)計電路基本達到設(shè)計的要求；2.這次的課程設(shè)計使我對所學的數(shù)電知識起到了加深和鞏固的作用，也使我有的了搭建和調(diào)試實驗電路的能力；3.鍛煉了我主動學習的能力、與他人合作的能力，及從各種渠道獲得一定的資料共同加以學習研究，提高了個人的綜合動手能力。4.使我對Multisim10有了更深入