电子系统课程设计17805638

1电子系统课程设计设计题目：基于STC51单片机的计算器学院：信息科学与技术学院专业：电子信息科学与技术指导老师：余小平小组成员：何镇江200805020224宋俊霖200805020212廖海波200805020210日期：2011年11月2一、确定计算器完成的功能1.整数加减乘除法。2.小数的除法。3.矩阵键盘输入指令。4.每按一次键蜂鸣器发声一次。5.计算结果显示。二、系统方案设计与论证使用单片机STC51完成计算器的加减乘除法运算，并且显示结果。1.各模块方案设计1.1单片机的选择要求单片机完成简单的整数加减乘除法、处理4*4矩阵键盘的输入数据、控制显示器件显示输入的数据与运算的结果、控制蜂鸣器的发音。根据单片机完成的功能对单片机的处理速度要求不高，且考虑到经济效益，决定使用STC51单片机。1.2单片机最小系统1.2.1晶振选择24MHZ，使STC51单片机速度跟快，并且价格和12MHZ差不多。1.2.2为了防止单片机程序进入死循环而出不来，增加一个复位键。31.3显示器件的选择方案一、使用12864作为显示设备，但是考虑到计算器只要求显示数字，使用12864太浪费，且价格比较贵，不予选用。方案二、使用1602作为显示设备。相比12864这个器件比较便宜，且能显示数字和一些字符，能完成要求功能。方案三、使用数码管作为显示设备。数码管能显示数字和一些特殊字符，而且计算器要求的显示器件能显示数字和一些特殊字符。所以数码管能完成我们的要求显示要求，并且数码管是最便宜的。综上所述我们选择性价比最高的数码管作为显示器件。1.4输入设备的选择计算器要求输入的数据有（0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,*,/,+,-,=,clear）,共16个。输入数据不多，最后选择4*4的矩阵键盘作为输入设备。1,5声音信号现实中使用的计算器每按下一次键盘，就会发出声音。因此设计的计算器应该要求每按下一次键盘就发声一次。发声设备使用蜂鸣器就能完成要求。三、实际电路的设计1.单片机最小系统与复位电路1.1单片机最小系统是指用最少的元器件组成的单片机可以工作的系统。41.231脚（EA/VPP）,当接高电平时，单片机在复位后从内部ROM的0000H开始执行；当接低电平时，复位后后直接从外部ROM的0000H开始执行。我们只使用的单片机内部的ROM区，所以31脚（EA/VPP）应接高电平。1.3复位电路:由电容串联电阻构成,由图并结合电容电压不能突变的性质,可以知道,当系统一上电,RST脚将会出现高电平,并且,这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定.典型的51单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位,所以,适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位.52.蜂鸣器电路三极管主要是做驱动用的。因为单片机的IO口驱动能力不够让蜂鸣器发出声音，所以我们通过三极管放大驱动电流，从而可以让蜂鸣器发出声音，你要是输出高电平，三极管导通，集电极电流通过蜂鸣器让蜂鸣器发出声音，当输出低电平时，三极管截止，没有电流流过蜂鸣器，所以就不会发出声音。3.数码管显示电路5位8段共阳极数码管动态显示原理：每一位都是将8个发光二极管（下面简称LED）的正极接在一块，就有5个正极，接上5个IO口，这个就是位选，相应IO口输出高电6平电平算是选通该位。相同字段LED的负极连在一起，也有八根线，接上8个IO口，这就是段选，相应IO口输出低电平算是选通该段。一般情况下5个位选只有一个选通，8个段选如果是数字2，那么选通的那一位数码管就会显示2，其它位数码管都是黑的。延迟一段再熄灭它，再选通另一位显示在那一位该显示的数字，延迟一段再熄灭，如此循环，人眼有暂留效应，只要足够快人眼看起来就是几个数字稳定地显示在5位数码管上。如果直接用单片机控制数码管的共阳极，数码管发光很弱，所以用三极管在增加驱动。如下图连接。数码管接法如下图：74.4*4矩阵键盘4.1矩阵键盘原理在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式，如图所示。8在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口（如P1口）就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9键）。由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。4.2矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些，上图中，列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机的I/O口作为输出端，而列线所接的I/O口则作为输入。这样，当按键没有按下时，所有的输入端都是高电平，代表无键按下。行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了。4.3行列扫描法原理：第一步，使行线为编程的输入线，列线是输出线，拉低所有的列线，判断行线的变化，如果有按键按下，按键按下的对应行线被拉低，否则所有的行线都为高电平。第二步，在第一步判断有键按下后，延时10ms消除机械抖动，再次读取行值，如果此行线还处于低电平状态则进入下一步，否则返回第一步重新判断。第三步，开始扫描按键位置，采用逐行扫描，每间隔1ms的时间，分别拉低第一列，第二列，第三列，第四列，无论拉低哪一列其他三列都为高电平，读取行值找到按键的位置，分别把行值和9列值储存在寄存器里。第四步，从寄存器中找到行值和列值并把其合并，得到按键值，对此按键值进行编码，按照从第一行第一个一直到第四行第四个逐行进行编码，编码值从“0000”至“1111”，再进行译码，最后显示按键号码。4.4有键按下时，就进入中断，在中断中判断按键与要显示的数。原理图如下：四、系统软件设计软件流程：10结束开始系统初始化，开键盘扫描中断（INTO）有无键按下NO进入中断服务程序循环显示关中断；蜂鸣器发音一下，关掉键盘扫描判断键盘是哪个键按下按键是否释放YESNO键值处理按下的是什么键完成对用的功能。并把结果送数码管待显示数据区返回中断服务函数调用处数码管动态显示显示数码管动态数据显示区的数据有中断YES11五、附件1.原理图2.程序/**************************计算器的设计（简单版）*******************************//*****************************************************************************//**作品功能：能完成简单的整数加\减\乘\除\法，除法的小数位不显示（舍去）***********//********输入最大能输入五位数据；且能正常的显示五位数结果，超过五位结果不信任***//*****************************************************************************//******制作时间：2011年11月08号********************************************//*****************************************************************************//*****************************************************************************//*********************所用头文件**********************************************/#includereg52.h#includeintrins.h#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint/****************************************单片机各个口的定义****************/12#definekey_dataP1#defineduanP2sbitwei_1=P3^3;sbitwei_2=P3^4;sbitwei_3=P3^5;sbitwei_4=P3^6;sbitwei_5=P3^7;sbitwei_6=P3^1;sbitBEEP=P3^0;/**************************一些寄存器的设计********************************/ucharKeyNO;//键盘值ucharduan_1;//段选中间值ucharx;//控制小数点的显示uchardatadata_count[5]={0,0,0,0,0};//只能用0~9uchardatadata_use[5]={0,0,0,0,0};//显示数组ucharsCode,kCode,i1,k;//检查键盘的值所用寄存器ucharkey_value[]=//键盘值{0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16};ucharkey_count;longadd,cut,multiply,divide,divide_1;//加减乘除的计算结果longdata_qian[5]={0,0,0,0,0};//第一次输入的结果，存入这里面longdata_hou[5]={0,0,0,0,0};//被加数，乘数，除数，被减数，放入这里面longcount1,count2;ucharkey_control;ucharasd;ucharoperation_select,operation_select_1;ucharmn;//控制只进行除法运算，一次完后必须复位，/**************************************************************************//****************************函数的定义*******************************/voidDelay(uintmasd);voiddisplay();voidduan_selct();voidBeep();voidKeys_Scan();voidkey_decide();voidjia();13voidjian();voidcheng();voidchu();voidfuzhi();voidkeybord(uchara);voidDelayMS(uintms);/*****************************************************************//****************************主函数**************************************//****************************************************************************/main(){key_data=0X0F;P3=0XFF;EX0=1;//开外部中断0IT0=0;//外部中断0选用电平触发方式PX0=1;//外部中断0为高级中断源wei_6=0;EA=1;//开总中断BEEP=1;while(1){P1=0X0f;//data_count[0]=key_value[KeyNO];//位1~15的值display();}}/*********************************************************************//***************************************************************************//**************************************************************