簡易計算器的設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計</p><p>　題目簡易計算器 </p><p>　系別</p><p>　專業(yè)</p><p>　班級</p><p>　姓名</p><p>　學(xué)號</p><p>　指導(dǎo)

2、教師</p><p>　日期</p><p><b>　　設(shè)計任務(wù)書</b></p><p><b>　　設(shè)計題目：</b></p><p><b>　　簡易計算器的設(shè)計</b></p><p><b>　　設(shè)計要求：</b><

3、;/p><p>　　1 設(shè)計一個具有加、減、乘、除的功能的計算器，只能進行小于255的數(shù)的加減乘除運算，并且可以連續(xù)運算。當(dāng)鍵入值大于255時，將自動清零，可以重新輸入；</p><p>　　2 設(shè)計完成該功能的硬件電路；</p><p>　　3 設(shè)計完成上述功能的相應(yīng)軟件；</p><p>　　4 在實驗箱上調(diào)試出應(yīng)有的效果。</p>

4、;<p><b>　　設(shè)計進度要求：</b></p><p>　　第一周：選定設(shè)計題目,查找、搜集相關(guān)資料。</p><p>　　第二周：了解各元器件、模塊的功能及使用方法。</p><p>　　第三周：硬件電路的設(shè)計。</p><p>　　第四周：相應(yīng)軟件設(shè)計（程序設(shè)計）。</p><

5、p>　　第五周：利用實驗箱調(diào)試并記錄相關(guān)的數(shù)據(jù)和錯誤。</p><p>　　第六周：利用實驗箱調(diào)試并記錄相關(guān)的數(shù)據(jù)和錯誤。</p><p>　　第七周：寫畢業(yè)論文。</p><p><b>　　第八周：畢業(yè)答辯。</b></p><p>　　指導(dǎo)教師（簽名）： </p>

6、<p><b>　　摘　　要</b></p><p>　　隨著時代的進步和發(fā)展，單片機技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活、工作、科研等各個領(lǐng)域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術(shù)，本文將介紹一種用單片機設(shè)計的計算器。</p><p>　　這個計算器除了會加減乘除的運算功能以外，還具有連續(xù)運算的功能。當(dāng)鍵入值或運算結(jié)果大于255時，它會自動清零，可以重新輸入新值。</p&g

7、t;<p>　　正文中首先簡單描述了硬件系統(tǒng)的工作原理，且附以硬件系統(tǒng)的設(shè)計框圖，論述了本次畢業(yè)設(shè)計所應(yīng)用的各種硬件接口技術(shù)和各個接口模塊的功能及工作過程, 并具體描述了外接電路接口的軟、硬件調(diào)試。</p><p>　　其次闡述了程序的流程和實現(xiàn)過程。本設(shè)計就是以單片機的基本語言匯編語言來進行軟件設(shè)計，軟件的設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)，使程序設(shè)計的邏輯關(guān)系更加簡潔明了。使硬件在軟件的控制下協(xié)調(diào)運作。<

8、/p><p>　　本文撰寫的主導(dǎo)思想是軟、硬件相結(jié)合，以硬件為基礎(chǔ)，來進行各功能模塊的編寫。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 計算器，單片機，AT89C51，匯編語言，模塊化</p><p><b>　　目　　錄</b></p><p><b>　　目　　錄I</b></p><p&

9、gt;<b>　　前　　言1</b></p><p>　　1 單片機的發(fā)展及應(yīng)用2</p><p>　　1.1 單片機的發(fā)展2</p><p>　　1.2 單片機的應(yīng)用2</p><p>　　2 硬件系統(tǒng)設(shè)計4</p><p>　　2．1 總體框圖設(shè)計4</p>&l

10、t;p>　　2．2 單片機選型4</p><p>　　2.2.1 AT89C51的特點4</p><p>　　2.2.2 單片機附屬電路6</p><p>　　2．3 四乘四鍵盤控制電路7</p><p>　　2.3.1 對矩陣式鍵盤的認(rèn)識7</p><p>　　2.3.2 矩陣式鍵盤的按

11、鍵識別方法8</p><p>　　2．4 LED 靜態(tài)顯示電路10</p><p>　　2.4.1 數(shù)碼管簡介10</p><p>　　2.4.2 顯示的種類11</p><p>　　3 軟件設(shè)計（程序設(shè)計）15</p><p>　　3．1設(shè)計思路15</p><p>　　3

12、．2 總體流程圖15</p><p>　　3．3 顯示子程序的框圖和按鍵子程序框圖16</p><p>　　4 調(diào)試過程19</p><p>　　4．1 在偉福中的調(diào)試19</p><p>　　4．2 在Keil中的調(diào)試并連接實驗箱20</p><p><b>　　5 結(jié)　　論

13、24</b></p><p><b>　　致　　謝25</b></p><p><b>　　參考文獻26</b></p><p>　　附錄A：硬件原理總圖27</p><p><b>　　前　　言</b></p><p>　　隨著半導(dǎo)體

14、集成工藝的不斷發(fā)展，單片機的集成度將更高、體積將更小、功能將更強。在單片機家族中，80C51系列是其中的佼佼者，加之Intel公司將其MCS –51系列中的80C51內(nèi)核使用權(quán)以專利互換或出售形式轉(zhuǎn)讓給全世界許多著名IC制造廠商，如Philips、 NEC、Atmel、AMD、華邦等，這些公司都在保持與80C51單片機兼容的基礎(chǔ)上改善了80C51的許多特性。這樣，80C51就變成有眾多制造廠商支持的、發(fā)展出上百品種的大家族，現(xiàn)統(tǒng)稱為80

15、C51系列。80C51單片機已成為單片機發(fā)展的主流。專家認(rèn)為，雖然世界上的MCU品種繁多，功能各異，開發(fā)裝置也互不兼容，但是客觀發(fā)展表明，80C51可能最終形成事實上的標(biāo)準(zhǔn)MCU芯片。</p><p>　　本設(shè)計采用的是ATMEL公司的AT89C51芯片，此芯片根據(jù)了充分的靜止CMOS 控制器與三級節(jié)目記憶鎖，共有：</p><p>　　32 條I/O 線,2 定時計數(shù)器，6 個中斷來源，

16、4 K 閃存, 128 個字節(jié)在芯片RAM。</p><p>　　由于本設(shè)計所做的是一個會加減乘除的計算器，所以要用到單片機的最小應(yīng)用系統(tǒng)模塊1，還需要用到矩陣式鍵盤和靜態(tài)顯示模塊。</p><p>　　而我的硬件設(shè)計詳見第二章，主要介紹了需要哪幾部分硬件電路和硬件系統(tǒng)的概敘。在2.1節(jié)介紹了主要的框架；2.2節(jié)簡單的介紹了單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)的性能和附屬電路；2.3節(jié)詳細(xì)介紹了鍵盤控制電路

17、；2.4節(jié)介紹了靜態(tài)顯示電路。在第三章中我們詳細(xì)的解說了軟件系統(tǒng)的設(shè)計。3.1節(jié)介紹了我們做這個設(shè)計的程序設(shè)計思路；3.2節(jié)畫出了總的程序設(shè)計框圖；3.3節(jié)分別羅列出各個子程序的框圖。第四章是我對此設(shè)計的調(diào)試過程和結(jié)果顯示。第五章就是我對此設(shè)計的總體概括，體會和心得。</p><p>　　我所設(shè)計的這個計算器可適用于比較簡單的加減乘除運算，比如小學(xué)生可以借助它進行較大數(shù)目的四則運算，并運用它來探索有關(guān)規(guī)律，有利于

18、幫助學(xué)生形成初步的探索和解決問題的能力。</p><p>　　1 單片機的發(fā)展及應(yīng)用</p><p>　　1.1 單片機的發(fā)展</p><p>　　單片微型計算機是微型計算機的一個重要分支，也是一種非?；钴S和頗具有生命力的機種。單片微型計算機簡稱單片機，特別適用于工業(yè)控制領(lǐng)域，因此又稱為微控器。</p><p>　　1971年微處理器研制成功

19、不久，就出現(xiàn)了單片微型計算機即單片機，但最早的單片機是1位的，處理能力有限。</p><p>　　單片機的發(fā)展分為4個階段：</p><p>　　第一階段（1974—76年）：單片機初級階段。因為受工藝限制，單片機采用單片的形式而且功能比較簡單。例如美國仙童公司生產(chǎn)的F8單片機，實際上只包括了8位CPU，64個字節(jié)的RAM和2個并行接口。</p><p>　　第二階

20、段（1976—78年）：低性能單片機階段。以InTEL公司生產(chǎn)的MCS——48系列單片機為代表，該系列單片機片內(nèi)集成有8位CPU，8位定時器/計數(shù)器，并行I/O接口，RAM和ROM等，但是最大的缺點就是無串行接口，中斷處理比較簡單而且片內(nèi)RAM和ROM容量較小，且尋址范圍不大與4KB。</p><p>　　第三階段（1978—83）高性能單片階段這個階段推出的單片機普遍帶有串行接口。多級中斷系統(tǒng)，16位定時器/計

21、數(shù)器，片內(nèi)ROM，RAM容量加大，且尋址范圍可達64KB，有的片內(nèi)還帶有A/D轉(zhuǎn)換器。</p><p>　　第四階段（1983年至今）8位單片機鞏固發(fā)展以及16位單片機，32 位單片機推出階段。此階段的主要特征是：一方面發(fā)展16位單片機，32位單片機及專用型單片機；另一方面不斷完善高檔8位單片機，改善其結(jié)構(gòu)，增加片內(nèi)器件，以滿足不同的客戶要求。</p><p>　　1.2 單片機的應(yīng)用&l

22、t;/p><p>　　單片機的應(yīng)用很廣，分別在以下領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　工業(yè)自動化：在自動化技術(shù)中，無論是過程控制技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)還是測控技術(shù)，都離不開單片機。在工業(yè)自動化的領(lǐng)域中，機電一體化技術(shù)將發(fā)揮愈來愈重要的作用，在這種機械、微電子和計算機技術(shù)為一體的綜合技術(shù)（例如機器人技術(shù)、數(shù)控技術(shù)）中，單片機將發(fā)揮非常重要的作用特別是近些年來，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)自動

23、化也發(fā)展到了一個新的高度，出現(xiàn)了無人工廠、機器人作業(yè)、網(wǎng)絡(luò)化工廠等，不僅將人從繁重、重復(fù)和危險的工業(yè)現(xiàn)場解放出來，還大大提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。</p><p>　　儀器儀表：目前對儀器儀表的自動化和智能化要求越來越高。在自動化測量儀器中，單片機應(yīng)用十分普及。單片機的使用有助于提高儀器儀表的精度和準(zhǔn)確度，簡化結(jié)構(gòu)，減小體積，易于攜帶和使用，加速儀器儀表向數(shù)字化、智能化和多功能化方向發(fā)展。</p>

24、;<p>　　消費類電子產(chǎn)品：該應(yīng)用主要反映在家電領(lǐng)域。目前家電產(chǎn)品的一個重要發(fā)展趨勢是不斷提高其智能化程度。例如，電子游戲、照相機、洗衣機、電冰箱、空調(diào)、電視機、微波爐、手機、IC卡、汽車電子設(shè)備等。在這些設(shè)備中使用了單片機后，其功能和性能大大提高，并實現(xiàn)了智能化、最優(yōu)化控制。</p><p>　　信方面：較高檔的單片機都具有通信接口，因而為單片機在通信設(shè)備中的應(yīng)用創(chuàng)造了很好的條件。例如，在微波通

25、信、短波通信、載波通信、光纖通信、程控交換等通信設(shè)備和儀器中都能找到單片機的應(yīng)用。</p><p>　　武器裝備：在現(xiàn)代化的武器裝備中，如飛機、軍艦、坦克、導(dǎo)單、魚雷制導(dǎo)、智能武器設(shè)備、航天飛機導(dǎo)航系統(tǒng)，都有單片機在其中發(fā)揮重要作用。</p><p>　　終端及外部設(shè)備控制：計算機網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備，如銀行終端，以及計算機外部設(shè)備如打印機、硬盤驅(qū)動器、繪圖機、傳真機、復(fù)印機等，在這些設(shè)備中都使用

26、了單片機。</p><p>　　近年來隨著科技的飛速發(fā)展，同時帶動自動控制系統(tǒng)日新月異更新，單片機的應(yīng)用正在不斷地走向深入。</p><p><b>　　2 硬件系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p><b>　　2.1總體框圖設(shè)計</b></p><p>　　我所設(shè)計的題目是一個會運算加減乘除的計算器，

27、而我所用到的電路如圖2.1所示：</p><p>　　圖2.1　總體設(shè)計框圖</p><p>　　1．我的設(shè)計里用到的單片機芯片是AT89C51芯片，除此之外還包括：晶振電路和復(fù)位電路構(gòu)成單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)；</p><p><b>　　2．四乘四的鍵盤；</b></p><p>　　3．5個LED顯示電路，我們設(shè)計的電

28、路是采用靜態(tài)顯示。</p><p><b>　　2.2 單片機選型</b></p><p>　　2.2.1 AT89C51的特點</p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能、CMO

29、S、8位單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。AT89C51的管腳圖如圖2.2所示。</p><p>　　圖2.2 AT89C51管腳圖</p><p><b>　　主要特性：</b></p><p>　　1、與MCS-51 兼容 </p><p>

30、　　2、4K字節(jié)可編程閃爍存儲器</p><p>　　3、壽命：1000寫/擦循環(huán)</p><p>　　4、數(shù)據(jù)保留時間：10年</p><p>　　5、全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz</p><p>　　6、三級程序存儲器鎖定</p><p>　　7、128*8位內(nèi)部RAM</p><p>　　

31、8、32可編程I/O線</p><p>　　9、兩個16位定時器/計數(shù)器</p><p><b>　　10、5個中斷源</b></p><p>　　11、可編程串行通道</p><p>　　12、低功耗的閑置和掉電模式</p><p>　　13、片內(nèi)振蕩器和時鐘電路</p><

32、p>　　2.2.2 單片機附屬電路</p><p>　　單片機附屬電路主要有晶體振蕩電路和復(fù)位電路。</p><p><b>　　一、晶體振蕩電路</b></p><p>　　1．晶體振蕩器的作用 石英晶體振蕩器也稱石英晶體諧振器，它用來穩(wěn)定頻率和選擇頻率，是一種可以取代LC諧振回路的晶體諧振元件。 </p><p

33、>　　2．本設(shè)計所用的晶體振蕩電路如圖2.3所示： </p><p>　　圖2.3 晶體振蕩電路</p><p>　　此晶振電路所選用的石英晶振頻率為12MHZ。</p><p>　　時鐘周期就是單片機外接晶振的倒數(shù)，例如12M的晶振，它的時間周期就是1/12 us），是計算機中最基本的、最小的時間單位。</p><p>　　在一個時

34、鐘周期內(nèi)，CPU僅完成一個最基本的動作。對于某種單片機，若采用了1MHZ的時鐘頻率，則時鐘周期為1us；若采用4MHZ的時鐘頻率，則時鐘周期為0.25us。由于時鐘脈沖是單片機的基本工作脈沖，它控制著單片機的工作節(jié)奏（使單片機的每一步都統(tǒng)一到它的步調(diào)上來）。顯然，對同一種機型的單片機，時鐘頻率越高，單片機的工作速度就越快。但是，由于不同的單片機的硬件電路和器件不完全相同，所以其需要的時鐘頻率范圍也不相同。我們學(xué)習(xí)的51系列單片機的時鐘范

35、圍是1.2MHz-12MHz。</p><p><b>　　二、復(fù)位電路</b></p><p>　　單片機復(fù)位是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作，例如復(fù)位后PC＝0000H，使單片機從第—個單元取指令。無論是在單片機剛開始接上電源時，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復(fù)位，所以我們必須弄清楚MCS-51型單片機復(fù)位的條件、復(fù)位電

36、路和復(fù)位后狀態(tài)。</p><p>　　單片機復(fù)位的條件是：必須使RST/Vpd或RST引腳加上持續(xù)兩個機器周期(即24個振蕩周期)的高電平。例如，若時鐘頻率為12MHz，每機器周期為1us，則只需2us以上時間的高電平，在RST引腳出現(xiàn)高電平后的第二個機器周期執(zhí)行復(fù)位。單片機常用的復(fù)位電路如圖2.4(a)和圖2.4(b)所示：</p><p>　　圖2.4(a) 復(fù)位電路

37、 圖2.4(b) 與單片機相連的復(fù)位電路</p><p>　　圖2.4(a) 就是我們的設(shè)計中使用的復(fù)位電路，其電阻阻值的選擇和電容容量的選擇都是經(jīng)過計算的，而最后計算的結(jié)果時間常數(shù)可以滿足我們的需求。其計算過程如下：</p><p>　　て=0.7RC=0.7×1000×10×10-6=0.7ms</p><p>

38、　　此值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于2us，所以此復(fù)位電路可用。</p><p>　　圖2.4(b)為按鍵復(fù)位電路。該電路除具有上電復(fù)位功能外，若要復(fù)位，只需按圖中的RESET鍵，此時電源VCC經(jīng)電阻R1、R2分壓，在RESET端產(chǎn)生復(fù)位高電平。</p><p>　　2.3四乘四鍵盤控制電路</p><p>　　2.3.1 對矩陣式鍵盤的認(rèn)識</p><p>　

39、　矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)與工作原理：</p><p>　　在鍵盤中的按鍵數(shù)量較多時，為了減少I/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式，如圖2.5所示。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個按鍵加以連接。這樣，只需要單片機的一個端口（如P1口）就可以構(gòu)成4*4=16個按鍵，比直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成20鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多

40、出一鍵（9鍵）。由此可見，在需要的鍵數(shù)比較多時，采用矩陣法來做鍵盤比較是合理的。</p><p>　　由于本系統(tǒng)按鍵較多，在這里采用矩陣式4*4鍵盤，這樣可以合理應(yīng)用硬件資源，用一個8位I/O口控制, 如圖2.5所示：</p><p>　　圖2.5 按鍵電路</p><p>　　矩陣式結(jié)構(gòu)的鍵盤顯然比直接法要復(fù)雜一些，識別也要復(fù)雜一些，圖2.5中，列線通過電阻接正

41、電源，并將行線所接的單片機的I/O口作為輸出端，而列線所接的I/O口則作為輸入。這樣，當(dāng)按鍵沒有按下時，所有的輸出端都是高電平，代表無鍵按下。一旦有鍵按下，則輸入線就會被拉低，行線輸出是低電平。這樣，通過讀入輸入線的狀態(tài)就可得知是否有鍵按下了。具體的識別及編程方法如2.3.2所述。</p><p>　　2.3.2 矩陣式鍵盤的按鍵識別方法 </p><p>　　一、確定矩陣式鍵盤上何鍵被按

42、下，我們采用一種“行掃描法”。</p><p>　　行掃描法 ：行掃描法又稱為逐行（或列）掃描查詢法，是一種最常用的按鍵識別方法。以圖2.5所示鍵盤電路為例，介紹過程如下：</p><p>　　1.判斷鍵盤中有無鍵按下 將全部行線X0-X3置低電平，然后檢測列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與4根行線相交叉的4個按鍵之中。若所有列線均為高電平

43、，則鍵盤中無鍵按下。</p><p>　　2.判斷閉合鍵所在的位置 在確認(rèn)有鍵按下后，即可進入確定具體閉合鍵的過程。其方法是：依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時，其它行線為高電平。在確定某根行線為低電平后，再逐行檢測各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。</p><p>　　二、下面給出一個具體的例子： </p>&l

44、t;p>　　圖仍如2.5所示。AT89C51單片機的P1口用作鍵盤I/O口，鍵盤的列線接到P1口的高4位，鍵盤的行線接到P1口的低4位。列線P14-P17分別接有4個上拉電阻到正電源+5V，并把行線P10-P13設(shè)置為輸出線，列線P14-P17設(shè)置為輸入線。4根行線和4根列線形成16個相交點。</p><p>　　1.檢測當(dāng)前是否有鍵被按下。檢測的方法是P10-P13輸出全“0”，讀取P14-P17的狀態(tài)，

45、若P14-P17為全“1”，則無鍵閉合，否則有鍵閉合。</p><p>　　2.去除鍵抖動。當(dāng)檢測到有鍵按下后，延時一段時間再做下一步的檢測判斷。</p><p>　　3.若有鍵被按下，應(yīng)識別出是哪一個鍵閉合。方法是對鍵盤的行線進行掃描。P10-P13按下述4種組合依次輸出：</p><p>　　P13 1 1 1 0</p><p>　

46、　P12 1 1 0 1</p><p>　　P11 1 0 1 1</p><p>　　P10 0 1 1 1</p><p>　　在每組行輸出時讀取P14-P17，若全為“1”，則表示為“0”這一行沒有鍵閉合，否則有鍵閉合。由此得到閉合鍵的行值和列值，然后可采用計算法或查表法將閉合鍵的行值和列值轉(zhuǎn)換成所定義的鍵值。</p><p&

47、gt;　　4.為了保證鍵每閉合一次CPU僅作一次處理，必須消除鍵釋放時的抖動。</p><p>　　我設(shè)計的鍵盤所對應(yīng)的鍵碼如圖2.6所示：</p><p>　　圖2.6 鍵盤框圖</p><p>　　2.4 LED 靜態(tài)顯示電路</p><p>　　2.4.1 數(shù)碼管簡介</p><p><b>　　1

48、． 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　數(shù)碼管由8個發(fā)光二極管（以下簡稱字段）構(gòu)成，通過不同的組合可用來顯示數(shù)字0 9、字符A F及小數(shù)點“·”。數(shù)碼管的外形結(jié)構(gòu)如圖2.7（a）所示。數(shù)碼管又分為共陰極和共陽極兩種結(jié)構(gòu)，分別如圖2.7（b）和圖2.7（c）所示。</p><p>　　（a） 外型結(jié)構(gòu)；（b） 共陰極；（c）共陽極</p><p

49、>　　圖2.7 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　2. 數(shù)碼管工作原理</p><p>　　由于我們采用的是共陰極數(shù)碼管，所以介紹共陰極數(shù)碼管的工作原理如下:</p><p>　　共陰極數(shù)碼管的8個發(fā)光二極管的陰極（二極管負(fù)端）連接在一起。通常，公共陰極接低電平（一般接地），其它管腳接段驅(qū)動電路輸出端。當(dāng)某段驅(qū)動電路的輸出端為高電平時，則該端所連接的字段導(dǎo)通

50、并點亮。根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。此時，要求段驅(qū)動電路能吸收額定的段導(dǎo)通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導(dǎo)通電流來確定相應(yīng)的限流電阻。</p><p>　　共陽極數(shù)碼管的工作原理與共陰極的正好相反。</p><p>　　3. 數(shù)碼管字形編碼</p><p>　　要使數(shù)碼管顯示出相應(yīng)的數(shù)字或字符，必須使段數(shù)據(jù)口輸出相應(yīng)的字形編碼。</p>

51、<p>　　LED顯示字型碼表見表2.1：</p><p>　　表2.1 LED顯示字型碼表</p><p>　　2.4.2顯示的種類</p><p><b>　　1． 靜態(tài)顯示概念</b></p><p>　　靜態(tài)顯示是指數(shù)碼管顯示某一字符時，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定導(dǎo)通或恒定截止。這種顯示方式的各位數(shù)碼管

52、相互獨立，公共端恒定接地（共陰極）或接正電源（共陽極）。每個數(shù)碼管的8個字段分別與一個8位I/O口地址相連，I/O口只要有段碼輸出，相應(yīng)字符即顯示出來，并保持不變，直到I/O口輸出新的段碼。采用靜態(tài)顯示方式的優(yōu)點：較小的電流即可獲得較高的亮度，且占用CPU時間少，編程簡單，顯示便于監(jiān)測和控制，但其占用的接口線多，硬件電路復(fù)雜，成本高，只適合于顯示位數(shù)較少的場合。</p><p><b>　　2. 動態(tài)顯

53、示概念</b></p><p>　　動態(tài)顯示是一位一位地輪流點亮各位數(shù)碼管，這種逐位點亮顯示器的方式稱為位掃描。通常，各位數(shù)碼管的段選線相應(yīng)并聯(lián)在一起，由一個8位的I/O口控制；各位的位選線（公共陰極或陽極）由另外的I/O口線控制。動態(tài)方式顯示時，各數(shù)碼管分時輪流選通，要使其穩(wěn)定顯示，必須采用掃描方式，即在某一時刻只選通一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼，在另一時刻選通另一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼。依此規(guī)

54、律循環(huán)，即可使各位數(shù)碼管顯示將要顯示的字符。雖然這些字符是在不同的時刻分別顯示，但由于人眼存在視覺暫留效應(yīng)，只要每位顯示間隔足夠短就可以給人以同時顯示的感覺。</p><p>　　采用動態(tài)顯示方式比較節(jié)省I/O口，硬件電路也較靜態(tài)顯示方式簡單，但其亮度不如靜態(tài)顯示方式，而且在顯示位數(shù)較多時，CPU要依次掃描，占用CPU較多的時間。</p><p>　　我們這個設(shè)計所使用的顯示屬于靜態(tài)顯示，

55、其顯示電路圖形如圖2.8所示：</p><p>　　圖2.8 靜態(tài)顯示電路</p><p>　　顯示器由5個共陰極數(shù)碼管組成。輸入只有兩個信號，它們是串行數(shù)據(jù)線DIN和移位信號CLK。5個串/并移位寄存器芯片74LS164首尾相連。每片的并行輸出作為LED數(shù)碼管的段碼。</p><p>　　移位寄存器的位移原理也就是隨著CLK脈沖的輸入從DIN端輸入數(shù)據(jù)一步一步的

56、向Q7移動，當(dāng)?shù)诙€字節(jié)移入后，原第一個已經(jīng)從Q7端移出。兩位數(shù)據(jù)是不會交錯的。比如要向164寫入11011100(第一字節(jié))10011000(第二字節(jié))，當(dāng)?shù)谝粋€8位輸入后164的內(nèi)容為11011100 ，第二字節(jié)的第一位輸入后164為10111000，第二位輸入后164為01110000，依次類推，當(dāng)輸入完8個位后，164輸出端為10011000 正是第二個字節(jié)的內(nèi)容。</p><p>　　74LS164的引

57、腳圖如圖2.9所示：</p><p>　　74LS164為8串入并出移位寄存器，1、2為串行輸入端，Q0-Q7為并行輸出端，CLK為移位時鐘脈沖，上升沿移入一位；MR為清零端，低電平時并行輸出為零。</p><p><b>　　其真值表如下</b></p><p>　　圖

58、 圖2.9 74LS164的引腳</p><p>　　表2.10 74LS164的真值表</p><p>　　做完以上這些分立的電路部分，我們所設(shè)計的東西也就出來了，有鍵盤、顯示電路、和單片機周圍一些附屬電路，其硬件原理總圖見附錄A。</p><p>　　3 軟件設(shè)計（程序設(shè)計）</p><p><b>

59、　　3.1設(shè)計思路</b></p><p>　　由于我們所做的是一個比較簡單的計算器，它只需要有加、減、乘、除的功能就可以了，另外還要求只能進行小于255的數(shù)的加減乘除運算，并且可以連續(xù)運算。當(dāng)鍵入值大于255時，將自動清零，可以重新輸入。</p><p>　　所以我們考慮到用單片機語言來做我們的設(shè)計比較簡單。對于程序我們的設(shè)計思路是：</p><p>

60、　　1．要有顯示子程序，當(dāng)鍵入一個數(shù)值或符號時顯示程序要把這個鍵入的值給顯示出來。經(jīng)過運算在按下等號之后顯示出此次運算的結(jié)果。</p><p>　　2．就是按鍵程序，當(dāng)一個鍵盤按下的時候，按鍵程序要判斷是哪個按鍵按下，如果是數(shù)字鍵按下就要轉(zhuǎn)向顯示子程序來顯示出這個數(shù)字，然后等待下一個鍵值的輸入，再次判斷按下的是什么鍵，如果是功能鍵就要根據(jù)上次功能鍵和輸入的數(shù)據(jù)來計算結(jié)果，然后保存結(jié)果和功能鍵，結(jié)果送顯示緩沖區(qū)顯示

61、。等待下個數(shù)值的輸入，如此重復(fù)。</p><p><b>　　3.2 總體流程圖</b></p><p>　　程序的總體流程圖如圖3.1所示：</p><p>　　圖3.1 計算器程序總體框圖</p><p>　　程序開始首先對所有的參數(shù)進行初始化，給結(jié)果的存放賦值并對顯示緩沖區(qū)清空，然后開始判斷是否有鍵按下，如果有鍵

62、按下判斷是什么鍵被按下，如果是數(shù)字鍵被按下，則判別是哪個數(shù)字鍵被按下然后把數(shù)值送顯示程序顯示；如果是清零鍵被按下，則把當(dāng)前狀態(tài)清零；如果是功能鍵被按下則根據(jù)上次功能鍵和輸入的數(shù)據(jù)計算結(jié)果，然后保存結(jié)果和功能鍵，結(jié)果送顯示緩沖，等待下次數(shù)值的輸入。</p><p>　　3.3顯示子程序的框圖和按鍵子程序框圖</p><p>　　顯示子程序的框圖如圖3.2(a)所示:</p>&

63、lt;p>　　圖3.2(a) 顯示子程序框圖</p><p>　　通過顯示子程序?qū)㈡I入的數(shù)值或符號經(jīng)過CPU的運行反映到數(shù)碼管上顯示出來，方便檢測某些問題。</p><p>　　按鍵子程序框圖如圖3.2(b)所示： </p><p>　　圖3.2(b) 按鍵程序框圖</p><p>　　首先判斷是否有鍵按下，若有鍵按下則判斷是哪個

64、鍵被按下，如果是數(shù)字鍵，就顯示該數(shù)值；如果是清零鍵就對它進行清零；如果是功能鍵則轉(zhuǎn)到功能鍵的程序中去處理。</p><p><b>　　4 調(diào)試過程</b></p><p>　　4.1在偉福中的調(diào)試</p><p>　　經(jīng)過深思苦想終把程序給編了出來，但是不知編的程序是否能通過調(diào)試，于是我們通過偉福仿真軟件和Keil軟件來驗證我們的程序。首先打

65、開偉福仿真軟件的界面，對仿真器的參數(shù)值進行設(shè)置。其設(shè)置如圖4.1所示：</p><p>　　圖4.1 仿真器的選擇</p><p>　　我們所選的是8751的仿真器，在目標(biāo)生成文件中選擇生成BIN和HEX文件（即二進制和十六進制文件）其設(shè)置如圖4.2所示，設(shè)置完成后點“好”就可以了。</p><p>　　圖4.2 生成文件的設(shè)置</p><p

66、>　　然后在偉福里面輸入我們的程序進行調(diào)試，剛開始有好幾處錯誤我們的程序沒有通過編譯，例如，“0”寫成了“O”，操作碼錯誤，“NEXT”錯寫為“NEST”等。然后我就查找錯誤的所在，一一更改之后終于通過編譯，其運行結(jié)果如圖4.3所示：</p><p>　　圖4.3 編譯通過后的界面</p><p>　　4.2在Keil中的調(diào)試并連接實驗箱</p><p>　

67、　在偉福內(nèi)調(diào)試通過以后，再在Keil中下載到實驗箱上進行驗證，顯現(xiàn)出所要求的效果。而在Keil中也要進行一些參數(shù)的設(shè)置，首先打開Keil仿真軟件，首先要新建一個項目，點菜單Project→New Project，在彈出的對話框中選擇保存的路徑并輸入項目名稱“qqqq”后保存，然后在彈出新的項目窗口中選擇參數(shù)，其參數(shù)的設(shè)置如下，由于我們使用的是Atmel公司的芯片，所以要選Atmel后確定。如圖4.4所示：</p><

68、p><b>　　圖4.4</b></p><p>　　在彈出的對話框中選擇AT89C51這個芯片，確定。如圖4.5所示：</p><p><b>　　圖4.5</b></p><p>　　然后開始設(shè)置它的參數(shù)值，如圖4.6所示：</p><p><b>　　圖4.6</b>

69、;</p><p>　　在Xtal中輸入頻率為11．0592MHZ，然后再選Debug這個標(biāo)簽，選中第二個Use復(fù)選框后點擊Setting在彈出的對話框中選擇Baudrate這一項，設(shè)置它的參數(shù)為38400，后OK。如圖4.7所示：</p><p><b>　　圖4.7</b></p><p>　　把以上的參數(shù)設(shè)置完成以后把程序添加進來編譯，編

70、譯通過后接上實驗箱進行驗顯。</p><p>　　在Keil中的編譯結(jié)果如圖4.8所示：</p><p><b>　　圖4.8</b></p><p>　　我們接上實驗箱后的效果如下圖4.9所示：</p><p><b>　　圖4.9</b></p><p><b>

71、;　　5 結(jié)　　論</b></p><p>　　通過這段時間的設(shè)計，終于完成了我計算器的設(shè)計，雖然只是一個非常簡單的計算器，可是我也經(jīng)過了一翻很大的努力才完全達到設(shè)計要求的，從心底里說，還是挺高興的，畢竟這次設(shè)計所要求的東西都做了出來，然而高興之余不得不深思呀！</p><p>　　在本次設(shè)計的過程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問題，雖然以前還做過這樣的設(shè)計但這次設(shè)計真的讓我長進了很多，單片

72、機的設(shè)計重點就在于軟件程序的設(shè)計，需要有很巧妙的編程方法，在編程時，由于粗心大意馬虎，有些語句看似沒問題，可就是不出效果，經(jīng)仔細(xì)揣摩修改后，程序才正常運行。學(xué)習(xí)單機片機更是如此，程序只有在經(jīng)常的寫與讀的過程中才能提高。</p><p>　　從這次的畢業(yè)設(shè)計中，我真真正正的意識到，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)系實際，把我們所學(xué)的理論知識用到實際當(dāng)中，理論指導(dǎo)實踐，在實踐中對理論知識加以理解。還要有獨立思考能力和團隊協(xié)作