單片機計算器及密碼鎖程序設計論文

1、 畢業(yè)設計（論文）單片機計算器及密碼鎖程序設計學院（系）：電氣工程學院 專 業(yè)：07級計控（2）班 學 號：070103010142 摘要摘要智能化是當今光、機、電一體化產(chǎn)品的發(fā)展趨勢之一，而智能性的實現(xiàn)主要依賴于嵌入式系統(tǒng)的核心單片機。而仿真器不但是開發(fā)單片機系統(tǒng)的重要手段，也是學習單片機知識的必備工具。本課題來源于燕山大學自動化專業(yè)單片機生產(chǎn)實習的需要，為了充分鍛煉學生的動手操作能力，并節(jié)約實習經(jīng)費，因此開發(fā)了一種使用簡單，覆蓋單片機基本資源應用并且價格低廉的單片機仿真系統(tǒng)。論文分別介紹了單片機仿真系統(tǒng)的硬件設計和軟件實現(xiàn)。硬件設計包括仿真芯片的選型，單片機的資源應用及擴展電路，如：825

2、5并口擴展、發(fā)光二極管、七段動態(tài)數(shù)碼顯示44鍵盤輸入、蜂鳴器等。軟件部分包括兩個大程序：密碼鎖程序和計算器程序。密碼鎖程序實現(xiàn)3-8位可變密碼的輸入、修改和密碼輸入正確后的授權操作功能，密碼錯誤后有聲光報警（不同的報警次數(shù)對應不同的報警方式）。計算器程序實現(xiàn)帶符號浮點數(shù)的加、減、乘、除及開根號的功能，設計中加入了第二功能鍵解決了按鍵有限的問題。這兩個程序主要應用了單片機教材中中斷、動態(tài)顯示、鍵盤輸入、i/o接口這些重要功能，具有良好的示范作用。本系統(tǒng)不但可以應用于單片機教學，對大多數(shù)電子愛好者開發(fā)簡單的仿真器也有借鑒作用。關鍵詞單片機；仿真器；計算器；密碼鎖；i 目 錄摘要i第1章 緒論11.

3、1 課題背景11.2 單片機的發(fā)展概述11.3 單片機的應用領域41.4 單片機的發(fā)展趨勢51.5 本課題研究的內(nèi)容6第2章 硬件系統(tǒng)的介紹72.1 sst89e58rd芯片功能及原理72.2 8255可編程并行i/o接口擴展82.3 8255與八位led數(shù)碼管的鏈接電路122.4 led與單片機的鏈接132.5 鍵盤電路142.6 蜂鳴器電路142.7 本章小結16第3章 計算器程序173.1 程序功能及存儲方式介紹173.2 主程序183.3 鍵盤子程序213.4 除法子程序263.5 開根號子程序313.6 小數(shù)點對齊子程序363.7 其它子程序383.8 本章小結41第四章 密碼鎖程序

4、424.1 程序的功能及存儲方式介紹424.2 主程序424.3 讀密碼及改密碼子程序464.4 報警子程序484.5 錯誤顯示子程524.6 c語言與匯編語言的比較534.7 本章小結54結論55參考文獻56致謝57附錄1 開題報告58附錄2 文獻綜述64附錄3 外文翻譯的中文部分68附錄4 外文翻譯的英文部分75附錄5 系統(tǒng)電路原理圖85附錄6 計算器程序的數(shù)據(jù)表86iii第一章 緒論 第1章 緒論1.1 課題背景本課題來源于燕山大學自動化專業(yè)單片機生產(chǎn)實習的需要，目的是為了充分鍛煉學生的動手操作能力并節(jié)約實習經(jīng)費，因此開發(fā)了一種使用簡單，覆蓋單片機基本資源應用，并且價格低廉的單片機仿真系

5、統(tǒng)。在單片機的開發(fā)過程中，程序的設計是最為重要的但也是難度最大的。一種最簡單和原始的開發(fā)流程是：編寫程序燒寫芯片驗證功能，這種方法對于簡單的小系統(tǒng)是可以對付的，但在大系統(tǒng)中使用這種方法則是完全不可能的。因此仿真成了系統(tǒng)調試的必備手段。仿真分軟件仿真和硬件仿真。軟件仿真主要是使用計算機軟件來模擬運行實際的單片機運行，因此仿真與硬件無關的系統(tǒng)具有一定的優(yōu)點。用戶不需要搭建硬件電路就可以對程序進行驗證，特別適合于偏重算法的程序。軟件仿真的缺點是無法完全仿真與硬件相關的部分，因此最終還要通過硬件仿真來完成最終的設計。仿真器是單片機仿真的重要工具。單片機仿真器是在產(chǎn)品開發(fā)階段用來替代單片機進行軟硬件調試

6、的非常有用的開發(fā)工具。使用單片機仿真器可以對單片機程序進行單步、斷點等手段的調試，檢查程序運行中單片機ram 、寄存器內(nèi)容的變化，觀察程序的運行悄況，與此同時可以對硬件電路進行實時的調試。使用單片機仿真器可以迅速發(fā)現(xiàn)、糾正程序中的錯誤，從而大大縮短單片機開發(fā)的周期。1.2 單片機的發(fā)展概述 1946年第一臺電子計算機誕生至今,只有50年的時間,依靠微電子技術和半導體技術的進步,從電子管晶體管集成電路大規(guī)模集成電路,現(xiàn)在一塊芯片上完全可以集成幾百萬甚至上千萬只晶體管,使得計算機體積更小,功能更強。特別是近20年時間里,計算機技術獲得飛速的發(fā)展,計算機在工農(nóng)業(yè),科研,教育,國防和航空航天領域獲得了

7、廣泛的應用,計算機技術已經(jīng)是一個國家現(xiàn)代科技水平的重要標志。 單片機誕生于20世紀70年代,象fairchid公司研制的f8單片微型計算機。所謂單片機是利用大規(guī)模集成電路技術把中央處理單元(center processing unit,也即常稱的cpu)和數(shù)據(jù)存儲器(ram)、程序存儲器(rom)及其他i/o通信口集成在一塊芯片上,構成一個最小的計算機系統(tǒng),而現(xiàn)代的單片機則加上了中斷單元,定時單元及a/d轉換等更復雜、更完善的電路,使得單片機的功能越來越強大,應用更廣泛。 1976年intel公司推出了mcs-48單片機,這個時期的單片機才是真正的8位單片微型計算機,并推向市場。它以體積小,功

8、能全,價格低贏得了廣泛的應用,為單片機的發(fā)展奠定了基礎,成為單片機發(fā)展史上重要的里程碑。 在mcs-48的帶領下,其后,各大半導體公司相繼研制和發(fā)展了自己的單片機,象zilog公司的z8系列。到了80年代初,單片機已發(fā)展到了高性能階段,象intel公司的mcs-51系列,motorola公司的6801和6802系列,rokwell公司的6501及6502系列等等,此外,日本的著名電氣公司nec和hitachi都相繼開發(fā)了具有自己特色的專用單片機。 80年代,世界各大公司均競相研制出品種多功能強的單片機,約有幾十個系列,300多個品種,此時的單片機均屬于真正的單片化,大多集成了cpu、ram、r

9、om、數(shù)目繁多的i/o接口、多種中斷系統(tǒng),甚至還有一些帶a/d轉換器的單片機,功能越來越強大,ram和rom的容量也越來越大,尋址空間甚至可達64kb,可以說,單片機發(fā)展到了一個全新階段,應用領域更廣泛,許多家用電器均走向利用單片機控制的智能化發(fā)展道路。 1982年以后,16位單片機問世,代表產(chǎn)品是intel公司的mcs-96系列,16位單片機比起8位機,數(shù)據(jù)寬度增加了一倍,實時處理能力更強,主頻更高,集成度達到了12萬只晶體管,ram增加到了232字節(jié),rom則達到了8kb,并且有8個中斷源,同時配置了多路的a/d轉換通道,高速的i/o處理單元,適用于更復雜的控制系統(tǒng)。隨后的事情,熟悉單片機

10、的人士都比較清楚了,更多的單片機種蜂擁而至,motorola公司相繼發(fā)布了mc68hc系列單片機,日本的幾個著名公司都研制出了性能更強的產(chǎn)品,但日本的單片機一般均用于專用系統(tǒng)控制,而不象intel等公司投放到市場形成通用單片機。例如nec公司生產(chǎn)的ucom87系列單片機,其代表作upc7811是一種性能相當優(yōu)異的單片機。motorola公司的mc68hc05系列其高速低價等特點贏得了不少用戶。 zilog公司的z8系列產(chǎn)品代表作是z8671,內(nèi)含basic debug解釋程序,極大地方便用戶。而美國國半的cop800系列單片機則采用先進的哈佛結構。atmel公司則把單片機技術與先進的flash

11、存儲技術完美地結合起來,發(fā)布了性能相當優(yōu)秀的at89系列單片機。包括中國的臺灣holtek和winbond等公司也紛紛加入了單片機發(fā)展行列,憑著他們廉價的優(yōu)勢,分享一杯美羹。1990年美國intel公司推出了80960超級32位單片機引起了計算機界的轟動,產(chǎn)品相繼投放市場,成為單片機發(fā)展史上又一個重要的里程碑。 此期間,單片機園地里,單片機品種異彩紛呈,爭奇斗艷。有8位、16位甚至32位機,但8位單片機仍以它的價格低廉、品種齊全、應用軟件豐富、支持環(huán)境充分、開發(fā)方便等特點而占著主導地位。而intel公司憑著他們雄厚的技術,性能優(yōu)秀的機型和良好的基礎,目前仍是單片機的主流產(chǎn)品。只不過是九十年代中

12、期,intel公司忙著開發(fā)他們個人電腦微處理器,已沒有足夠的精力繼續(xù)發(fā)展自己創(chuàng)導的單片機技術,而由philips等公司繼續(xù)發(fā)展c51系列單片機。1.3 單片機的應用領域 單片機廣泛應用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設備、航空航天、專用設備的智能化管理及過程控制等領域,大致可分如下幾個范疇: 1。在智能儀器儀表上的應用 單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點,廣泛應用于儀器儀表中,結合不同類型的傳感器,可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化,且功能比起采用電

13、子或數(shù)字電路更加強大。例如精密的測量設備(功率計,示波器,各種分析儀)。 2.在工業(yè)控制中的應用 用單片機可以構成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理,電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng),與計算機聯(lián)網(wǎng)構成二級控制系統(tǒng)等。3.在家用電器中的應用 可以這樣說,現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機控制,從電飯褒、洗衣機、電冰箱、空調機、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設備,五花八門,無所不在。 4.在計算機網(wǎng)絡和通信領域中的應用 現(xiàn)代的單片機普遍具備通信接口,可以很方便地與計算機進行數(shù)據(jù)通信,為在計算機網(wǎng)絡和通信設備間的應用提供了極好的物質條件,現(xiàn)在的通信設備基本上都實現(xiàn)了單片機

14、智能控制,從手機,電話機、小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話,集群移動通信,無線電對講機等。5.單片機在醫(yī)用設備領域中的應用 單片機在醫(yī)用設備中的用途亦相當廣泛,例如醫(yī)用呼吸機,各種分析儀,監(jiān)護儀,超聲診斷設備及病床呼叫系統(tǒng)等等。 此外,單片機在工商,金融,科研、教育,國防航空航天等領域都有著十分廣泛的用途。1.4 單片機的發(fā)展趨勢現(xiàn)在可以說單片機是百花齊放,百家爭鳴的時期,世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機,從8位、16位到32位,數(shù)不勝數(shù),應有盡有,有與主流c51系列兼容的,也有不兼容的,但它們各具特色,互成互補,為單片機的應用提供

15、廣闊的天地。 縱觀單片機的發(fā)展過程,可以預示單片機的發(fā)展趨勢,大致有: 1.低功耗cmos化 mcs-51系列的8031推出時的功耗達630mw,而現(xiàn)在的單片機普遍都在100mw左右,隨著對單片機功耗要求越來越低,現(xiàn)在的各個單片機制造商基本都采用了cmos(互補金屬氧化物半導體工藝)。象80c51就采用了hmos(即高密度金屬氧化物半導體工藝)和chmos(互補高密度金屬氧化物半導體工藝)。cmos雖然功耗較低,但由于其物理特征決定其工作速度不夠高,而chmos則具備了高速和低功耗的特點,這些特征,更適合于在要求低功耗象電池供電的應用場合。所以這種工藝將是今后一段時期單片機發(fā)展的主要途徑。 2

16、.微型單片化 現(xiàn)在常規(guī)的單片機普遍都是將中央處理器(cpu)、隨機存取數(shù)據(jù)存儲(ram)、只讀程序存儲器(rom)、并行和串行通信接口,中斷系統(tǒng)、定時電路、時鐘電路集成在一塊單一的芯片上,增強型的單片機集成了如a/d轉換器、pmw(脈寬調制電路)、wdt(看門狗)、有些單片機將lcd(液晶)驅動電路都集成在單一的芯片上,這樣單片機包含的單元電路就更多,功能就越強大。甚至單片機廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做,制造出具有自己特色的單片機芯片。 此外,現(xiàn)在的產(chǎn)品普遍要求體積小、重量輕,這就要求單片機除了功能強和功耗低外,還要求其體積要小?，F(xiàn)在的許多單片機都具有多種封裝形式,其中smd(表面封裝)越

17、來越受歡迎,使得由單片機構成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。 3.主流與多品種共存 現(xiàn)在雖然單片機的品種繁多,各具特色,但仍以80c51為核心的單片機占主流,兼容其結構和指令系統(tǒng)的有philips公司的產(chǎn)品,atmel公司的產(chǎn)品和中國臺灣的winbond系列單片機。所以c8051為核心的單片機占據(jù)了半壁江山。而microchip公司的pic精簡指令集(risc)也有著強勁的發(fā)展勢頭,中國臺灣的holtek公司近年的單片機產(chǎn)量與日俱增,與其低價質優(yōu)的優(yōu)勢,占據(jù)一定的市場分額。此外還有motorola公司的產(chǎn)品,日本幾大公司的專用單片機。在一定的時期內(nèi),這種情形將得以延續(xù),將不存在某個單片機一統(tǒng)天下的壟

18、斷局面,走的是依存互補,相輔相成、共同發(fā)展的道路。1.5 本課題研究的內(nèi)容本課題主要實現(xiàn)基于單片機教學電路板的兩個程序：計算器程序和密碼鎖程序。計算器程序包括7段數(shù)碼管的動態(tài)顯示、讀入鍵盤鍵值、led控制、帶符號浮點數(shù)加減乘除四則運算及開根號計算和退格功能的實現(xiàn)。由于數(shù)碼管只有8位，所以計算結果最多能精確到8位（負數(shù)7位）。密碼鎖程序的包括修改密碼、輸入密碼錯誤報警（并且根據(jù)報警次數(shù)的不同實現(xiàn)不同的報警方式）、密碼輸入正確后的授權操作（硬件有限，只能是模擬）和復位功能。復位功能的加入使本設計更貼近實際，當有人試圖闖入系統(tǒng)時報警功能發(fā)揮作用，但是報警系統(tǒng)必須能夠硬件復位，否則該系統(tǒng)將成為一次性系

19、統(tǒng)，沒有任何使用價值。53 第2章 硬件系統(tǒng)的介紹 第2章 硬件系統(tǒng)的介紹 第2章 硬件系統(tǒng)的介紹完成的單片機仿真器及教學電路板實物如圖2-1所示。本章主要介紹sst89e58rd芯片、8255芯片、動態(tài)數(shù)碼管和led的接口和工作原理。圖2-1單片機仿真器及教學電路板2.1 sst89e58rd芯片功能及原理sst89e58rd屬于flashflex51家族，以cmos 半導體處理技術設計和制造的8 位scm。器件使用與8051 完全相同的指令集，并與標準的8051 器件管腳對管腳兼容。32k 字節(jié)的flash eeprom 程序存儲器，這是基于sst 的專利技術和專有的cmos superf

20、lash eeprom 技術將superflash 存儲器分成兩部分相對獨立的程序存儲塊。主塊0占用32kb字節(jié)的內(nèi)部程序存儲空間，次塊1占用8k的內(nèi)部程序存儲空間。該8k 字節(jié)的次塊可以被映射到64/32k 字節(jié)存儲器空間的最低地址空間，同時該空間也可以通過程序計數(shù)器(program counter) 被隱藏，同時可以作為獨立的類eeprom(eeprom-like)數(shù)據(jù)存儲器。該存儲塊可以通過標準的87c5x 的otp eprom 編程器通過加裝專為sst 器件準備的特殊的適配器和firmware 來編程。在上電復位器件，該器件可以被配置為下位機，作為外部主機的原始代碼存儲器，或者作為上位

21、機連接到外部主機進行iap 操作(在應用可編程)。該器件被設計成為可以在系統(tǒng)和在應用可編程，這樣可以在印刷電路板上達到最大的機動性。該器件可以用一個啟動例程被預編程，示范用戶編程代碼下載或通過iap 功能更新用戶代碼。有一個下載啟動代碼的例程可供用戶參考，僅供方便起見。sst 不保證該下載啟動例程的功能和使用。器件擦除操作會擦除該預編程過的示例代碼。作為32kb的superflash eeprom 的片內(nèi)程序存儲器的補充，該器件可以尋址到64kb的外部程序存儲器空間。作為1kb8 位的片內(nèi)ram 空間的補充，該器件可以尋址64k 字節(jié)的外部ram 空間。sst 的高可靠性，擁有專利的super

22、flash 技術和存儲器單元架(memory cellarchitecture)有一系列的設計和生產(chǎn)flash eeproms 的重要的優(yōu)勢。這些優(yōu)勢轉換成為重大的價值和使用戶可靠地受益。仿真功能的實現(xiàn)也得益于此，事先將仿真監(jiān)控程序燒寫到次塊1中，以實現(xiàn)在線仿真。2.2 8255可編程并行i/o接口擴展 18255是一個通用可編程并行i/o接口芯片，引腳定義如圖2-2所示。(1)8255有3個8位并行i/o端口，端口a，b，c均可以工作在輸入或輸出方式；(2)兩組控制電路分別控制3個端口，a組控制端口a和端口c的高4位，b組控制電路控制端口b端口c的低4位；(3)具有數(shù)據(jù)總線緩沖器，可以方便地

23、與單片機數(shù)據(jù)總線連接；(4)端口a，b，c通過內(nèi)部數(shù)據(jù)總線與數(shù)據(jù)總線緩沖器連接，即各端口通過數(shù)據(jù)端口與單片機交互信息；(5)提供讀/寫控制邏輯，可以很方便地通過movx反映令完成對其各端口的操作。圖2-2 8255引腳圖28255的功能 (1)數(shù)據(jù)端口a，b，c端口a：一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖器，一個8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器；端口b：一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖器，一個8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器；端口c：一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖器，一個8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器。3個端口都可以作為數(shù)據(jù)輸入式輸出端口，但是不同的端口有不同的工作方式。除一般輸入/輸出方式外，端口a還可以工作在雙向方式、握手聯(lián)絡方式，端口b可以工作在

24、握手聯(lián)絡方式；而端口c可以作為控制或狀態(tài)信號的端口，為端口a和b提供握手聯(lián)絡信號，并且端口c還可工作在按位置位/復位方式。本設計中，只將其作為最基本的i/o口使用。(2)讀/寫和控制邏輯讀/寫和控制邏輯直接與單片機的控制總線及地址總線相連接，8255的a0，a1及與地址總線連接，而和與單片機的和信號連接。8255有如下相關的控制信號。：片選信號，低電平時，8255被選口；：讀信號，低電平有效，該信號有效時可以讀取8255的端口數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息；：寫信號，低電平有效，該信號有效時可以向8255寫入控制字式向端口寫數(shù)據(jù)；reset：復位信號，高電平有效，只有復位后8255才能接收單片機對其進行的初始

25、化。(3)端口地址的確定8255的地址由其引腳，a1，a0決定，端口選擇如表所示。表2-1 8255端口選擇a1a0操作001010000111000a口數(shù)據(jù)總線b口數(shù)據(jù)總線c口數(shù)據(jù)總線輸入00110101111100000000數(shù)據(jù)總線a口數(shù)據(jù)總線b口數(shù)據(jù)總線c口數(shù)據(jù)總線 控制寄存器輸出110111100端口輸出為“高阻”非法端口輸出為“高阻”禁止38255的控制字、狀態(tài)字和工作方式(1)8255的控制字8255有兩種控制字，它們決定了8255的工作方式。方式控制字方式控制字由8位組成，其格式如下。1d6d5d4d3d2d1d0d7：d7=1，是方式控制字標志。d6和d5：確定a口工作方式，

26、d6d5=00，a口工作在方式0；d6d5=01，a口工作在方式1；d6d5=10，a口工作在方式2。d4：確定a口的數(shù)據(jù)傳輸方向，d4=1，a口輸入；d4=0，a口輸出。d3：確定c口的pc7pc4的數(shù)據(jù)傳輸方向，d3=1，pc7pc4輸入；d3=0，pc7pc4輸出。d2：確定b口的數(shù)據(jù)傳輸方向，d2=1，b口輸入；d2=0，b口輸出。d0：確定c口的pc3pc0的數(shù)據(jù)傳輸方向，d0=1，pc3pc0輸入；d0=0，pc3pc0輸出。(2)按位復位/置位控制字按位復位/置位控制字由位組成，其格式如下。0d6d5d4d3d2d1d0d7：d7=0，是按位復位/置位，控制字標志。d6，d5，d

27、4：沒有定義。d3，d2，d1：選擇c口中的某一位，3位組成8個狀態(tài)，000111分別代表選擇pc0pc7。d0：置1、清零標志，d0=1，將d3d2d1選擇位置1；d0=0，將d3d2d1選擇位清零。(3)8255的狀態(tài)字8255沒有專門的狀態(tài)字，當端口a、端口b工作于方式1或方式時，端口c為它們提供握手聯(lián)絡信號，讀端口c，可以得到有關端口的工作狀態(tài)信息。端口工作于方式0時，沒有相應的狀態(tài)信息。狀態(tài)字與工作方式密切相關。(4)8255工作方式由8255的方式控制字可知，8255有3種工作方式，并且不同的端口有不同的工作方式。端口a可以工作在方式0、方式1和方式2，端口b可以工作在方式0和方式

28、1，端口c只能工作在方式0。本設計中只選用8255的方式0，即基本的輸入/輸出方式，3個端口互不影響，可以分別設置為輸入或輸出。4mcs-51單片機與8255的接口電路8255與mcs-51單片機的接口電路如圖2-3所示。如圖2-3 8255與單片機的連接電路2.3 8255與八位led數(shù)碼管的鏈接電路單片機應用系統(tǒng)中只有一位數(shù)字顯示是不常見的，同時要驅動多個數(shù)碼管顯示，就必須同時讓多個數(shù)碼管加上各自不同的段選碼，這屬于靜態(tài)顯示。在單片機應用系統(tǒng)中，顯示器顯示常用靜態(tài)顯示和動態(tài)掃描顯示兩種方法。1、所謂靜態(tài)顯示，就是每一個顯示器都要占用單獨的具有鎖存功能的i/o接口用于筆劃段字形代碼。單片機只

29、要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，直到要顯示新的數(shù)據(jù)時，再以送新的字形碼，因此，使用這種方法單片機中cpu的開銷小。2、所謂動態(tài)顯示，與靜態(tài)顯示不同，動態(tài)顯示技術讓不同的數(shù)碼管分時亮。即，某一個數(shù)碼管的字段碼從單片機的一個i/o接口輸出，通過單片機選通該數(shù)碼管，讓這個數(shù)碼管顯示自己的字符幾個毫秒，然后將下一個數(shù)碼管的字段碼從單片機的同一個i/o接口輸出，通過單片機選通下一個數(shù)碼管，讓下一個數(shù)碼管顯示自己的字符幾個毫秒，依次循環(huán)。由于人眼響應較慢，最后的效果是每一個數(shù)碼管都在顯示各自的字符。本設計采用八位數(shù)碼管的動態(tài)顯示，通過8255口和b口來連接數(shù)碼管。a口為段選信號，b口為位選信號。電路如

30、圖2-4所示.。共陰極四位一體數(shù)碼管的引腳圖如右圖所示，顯示數(shù)字所對應的控制字如下表：01234567893fh06h5bh4fh66h6dh7bh07h7fh6fh圖2-4 數(shù)碼管與8255連接電路2.4 led與單片機的鏈接將發(fā)光二極管與單片機的i/o口相聯(lián)，控制各各燈的亮樣，以達到使其呈現(xiàn)不同樣式。這是最基礎的單片機學習過程。電路好圖2-5所示。本設計用到12個發(fā)光二極管，其中4個直接與單片機p1口相連，其余8個與8255c口相連。圖2-5 流水燈電路簡圖2.5 鍵盤電路在微機應用系統(tǒng)中，為了輸入數(shù)據(jù)、查詢和控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，一般都設置有鍵盤，本系統(tǒng)中采用44的鍵盤，鍵盤的8位接口與p

31、c口相連。由于led7到led14也是通過8255的pc口控制的，本設計采用跳線實現(xiàn)了pc口復用的功能。鍵盤原理圖如圖2-6。鍵盤的工作原理：鍵盤采用逐列掃描的工作原理。pc4到pc7為輸出口，pc1到pc4為輸入口。接收鍵盤數(shù)據(jù)時首先給pc4送出一個低電平（pc5到pc7保持高電平），然后檢查pc0到pc3有沒有低電平，如果有一位低電平就說明第一列有鍵按下，低電平的位所對應的行就是按下的鍵所對應的行。如果第一列都是高電平就說明這一列沒有鍵被按下。用同樣的方法掃描后面三列。最后將建位值保存起來就完成了接收鍵盤數(shù)據(jù)。 圖26 鍵盤電路2.6 蜂鳴器電路蜂鳴器是一種一體化結構的電子訊響器，通過本設

32、計學習如何用單片機驅動蜂鳴器。它廣泛應用于計算機、打印機、復印機、報警器、電話機等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。 蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。1、電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場，振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性的振動發(fā)聲。 2、壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構成，當接通電源后(1.515v直流工作電壓)，多諧振蕩器起振,輸出1.52.5khz的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)聲。這里采用的是電磁式

33、蜂鳴器，通過 單片機i/o口周期性的取反，使三極管周期性的導通從而使蜂鳴器振動發(fā)聲。聲音的頻譜范圍約在幾十到幾千赫茲，若能利用程序來控制單處機某個口線的“高”電平或低電平，則在該口線上就能產(chǎn)生一定頻率的矩形波，接上喇叭就能發(fā)出一定頻率的聲音，若再利用延時程序控制“高”“低”電平的持續(xù)時間，就能改變輸出頻率，從而改變音調。常見音調及其頻率對應如表2-2所示。表2-2 音調及其頻率音符1234567頻率/hz523587859698784880987蜂鳴器連接電路如圖2-7所示。圖2-7 蜂鳴器連接電路2.7 本章小結本章主要介紹了單片機仿真器系統(tǒng)中的硬件電路原理圖，以方便對整個電路的了解，使使用

34、者熟悉電路原理，這是閱讀程序的必要前提。硬件電路中包括單片機、8255并行口、鍵盤電路、動態(tài)數(shù)碼顯示、流水燈等各部分的原理圖和功能，為后續(xù)章節(jié)軟件系統(tǒng)打下基礎。第3章 計算器程序 第3章 計算器程序3.1 程序功能及存儲方式介紹 本程序實現(xiàn)浮點數(shù)（包括正負）的加、減、乘、除及開根號的功能。為了解決鍵盤按鍵不夠用的問題，本設計加入了第二功能鍵，數(shù)字鍵沒有第二功能，鍵a、b、c、d、e對應的第一功能依次為加、減、乘、除、清零，對應的第二功能依次為等于、退格、負號、小數(shù)點、開根號。f鍵為snd鍵。第二功能鍵按一次led6變亮表示鍵a、b、c、d、e處于第二功能狀態(tài)，再按一下led6滅表示鍵a、b、c

35、、d、e處于第一功能狀態(tài)。加減乘除也有對應的狀態(tài)顯示led。當輸入一個操作和操作符后，操作符對應的狀態(tài)顯示led變亮，直到輸入第二個操作數(shù)和等號后操作符狀態(tài)顯示led才滅。led3對應的操作符是加，led4對應的操作符是減，led5對應的操作符是乘，led3和led4同時亮對應的操作符是除。加入狀態(tài)顯示使用者就可以通過操作符狀態(tài)顯示led很容易的的判斷出當前輸入的是第一個還是第二個操作數(shù)，并且在輸入輸入第二個操作數(shù)時能夠根據(jù)操作符狀態(tài)顯示led判斷出操作符。開根號只有一個操作數(shù)沒有必要增加操作符狀態(tài)顯示。本設計考慮到等號是用第二功能鍵實現(xiàn)的，位了避免使用的不便本設計中當輸入兩個操作數(shù)和一個操作

36、符后按加、減、乘、除鍵即a、b、c、d的第一功能鍵和按等號鍵具有同樣的效果，都實現(xiàn)等號的功能。鍵盤功能簡圖如圖3-1：圖3-1計算器鍵盤功能簡圖由于仿真板只有8位數(shù)碼管，所以輸入的數(shù)據(jù)或計算結果最多只有8位（負數(shù)只能有7位），如果計算結果超出8位（或7位）則四舍五入到全屏顯示即8位（或7位）。本程序的存儲方式有別于常見的計算機存儲方式（二進制、bcd碼等），本程序采用每個字節(jié)存儲一位十進制數(shù)。這樣做是有一點浪費存儲空間，但是這樣的存儲方式能夠提高程序的執(zhí)行效率。對于偏重于算法的程序cpu的利用效率一般要比內(nèi)存的利用效率更重要一些，所以本程序采用了這種存儲方式。3.2 主程序本程序設計采用模塊化

37、編程的思想，各功能模塊都用子程序實現(xiàn)。模塊化編程有如下優(yōu)點：1，有效率的程序開發(fā)：使用模塊化方法可以更快地開發(fā)程序，因為較小的子程序比大程序更容易理解、設計和測試。定義好模塊的輸入和輸出之后，程序員可以給模塊提供需要的輸入，通過檢測輸出來判斷模塊的正確性。然后由連接器把分立的模塊連接、定位，生成一個單一的絕對地址的可執(zhí)行的程序模塊。最后，測試整個模塊。2，子程序可以重用：為一個程序編寫的代碼經(jīng)?？梢杂糜谄渌某绦?。在模塊化編程中，可以把這些部分保存起來，以備將來使用。因為代碼可以被重定位，所以保存的模塊可以連接到滿足其輸入和輸出要求的任意程序中。而在單塊程序編程中，這樣的部分深埋在整個程序中，

38、不易被其它的程序使用。3，便于調試和修改：模塊化程序一般比單塊程序易于調試。因為精心定義了程序的模塊接口，很容易把問題定位到特定的模塊。一旦找到了有問題的模塊，更正問題就相當容易了。模塊化編程可以簡化程序修改的工作?？梢院苋菀椎匕研碌幕蛘{試過的模塊連接到一個已有的程序，而不用更改程序的其余部分。主程序流程圖如圖32：圖3-2 主程序流程圖c語言主程序如下：void main()char jian; /*暫時存儲鍵值*/char jsf; /*保存讀數(shù)函數(shù)的返回值*/ cr=0x81; /*8255控制字*/ while(1) num_operand2=0;num_operand1=0;poin

39、t2=0;point1=0;snd=0;operation=0;p1_4=1;p1_5=1;p1_6=1;p1_7=1; /*初始化 */for(temp1=0;temp116;temp1+) /*存儲器清零 */ operand1temp1=0; temp_operandtemp1=0; operand2temp1=0;pa=0x3f; /*待機顯示0 */pb=0x80;while(!askey();jian=skey(); while(1) jsf=dushu();if(jsf=0x00)jisuan();else break;while(!skey() display();if(key

40、=0x0e) /*清零鍵按下 */break; 說明：程序中operand1為第一個操作數(shù)（包括被加數(shù)、被減數(shù)、被乘數(shù)、被除數(shù)），operand2為第二個操作數(shù)（包括加數(shù)、減數(shù)、乘數(shù)、除數(shù)）。計算結束后結果保存在operand2用于顯示。operation保存操作符。本程序主要用到三個子函數(shù)，dushu子函數(shù)主要負責接收輸入的數(shù)據(jù)（包括兩個操作數(shù)和一個操作符），jisuan子函數(shù)根據(jù)操作符的值調用不同的計算子函數(shù)計算結果，display子函數(shù)用于顯示操作數(shù)和結果。3.3 鍵盤子程序鍵盤程序的功能是接收識別鍵值并將鍵值存如變量key中。本設計采用的44鍵盤做為輸入設備，鍵盤的8根線與pc口相連，

41、pc口的低四位作為輸出高四位作為輸入。鍵盤的工作原理：pc0輸出低電平，然后查看pc口高四位的電平，如果全是高電平說明第一列沒有鍵按下，如果不全為高電平說明第一列有鍵按下。第幾位不為高電平就說明該列的第幾行的鍵被按下。用同樣的方法檢測后面的三列。為了提高程序的效率和可靠性，鍵盤程序必須加入一下幾個部分：1，檢查按鍵彈起部分：鍵盤程序結束后要檢測按鍵彈起，如果沒有彈起一直等待直到按鍵彈起才可一返回主程序。這樣做可以防止按鍵一次被誤識別為兩次。2，去除鍵抖動部分：當檢測到有鍵按下后，延時一段時間再做下一步的檢測判斷。鍵盤程序的流程圖如圖33：yyyy ynnn第一列有鍵按下返回零檢測行值計算鍵值處

42、理第二功能鍵松開？返回一顯示n第一列有鍵按下第一列有鍵按下開始第一列有鍵按下圖3-3 主程序流程圖鍵盤子程序c語言源程序如下：char skey() char i,j,find,ini,inj; char atc4=0xef,0xdf,0xbf,0x7f; /*鍵盤掃描控制信號*/ char in; find=0; for(i=0;i4;i+) pc=atci; delay(3); in=pc; in=in4; in=in|0x0f; for(j=0;j4;j+) if(atcj=in) find=1; inj=j; ini=i; if(find=0) return 0;while(askey

43、() /*鍵沒釋放一直顯示*/display();key=ini*4+inj;if(key=9) /* 修改鍵值*/key=0;elseif(key=0x0a&key0) /*小數(shù)點處理*/ point2-; if(point10) point1-; while(operand2num_operand2-1=0) /*清除最高位的零*/ num_operand2-; while(operand1num_operand1-1=0) num_operand1-; duiqi(); if(point2=point1) xsd=point2-point1; temp=1; else xsd=point1-point2;temp=0;for(x=0;x0) num_operand2=x;point2=x-1-xsd;temp2=num_operand2;else num_opera