单片机课程设计计算器.docx

课程设计说明书课程设计名称：单片机课程设计课程设计题目：四位数加法计算器的设计学院名称：电气信息学院一专业班级：学生学号：学生姓名：学生成绩：指导教师：课程设计时间：2023.10.30至2023.11.5格式说明（打印版格式，手写版不做规定）（1）任务书三项的内容用小四号宋体，1.5倍行距。（2）目录（黑体，四号，居中，中间空四格），内容自动生成，宋体小四号。（3）章的标题用四号黑体加粗（居中排）。（4）章以下的标题用小四号宋体加粗（顶格排）。（5）正文用小四号宋体，1.5倍行距；段落两端对齐，每个段落首行缩进两个字。（6）图和表中文字用五号宋体，图名和表名分别置于图的下方和表的上方，用五号宋体（居中排）。（7）页眉中的文字采用五号宋体，居中排。页眉统一为：武汉工程大学本科课程设计。（8）页码：封面、扉页不占页码；目录采用希腊字母I、II、In排列，正文采用阿拉伯数字1、2、3排列；页码位于页脚，居中位置。（9）标题编号应统一，如：第一章，1,1.1,；论文中的表、图和公式按章编号，如：表1.1、表1.2；图1.2、图1.2；公式（1.1）、公式（1.2）0课程设计任务书一、课程设计的任务和基本规定（一）设计任务（从“单片机课程设计题目”汇总文档中任选1题，根据所选课题的具体设计规定来填写此栏）1 .系统通过4x4的矩阵键盘输入数字及运算符。2 .可以进行4位十进制数以内的加法运算，假如计算结果超过4位十进制数，则屏幕显示E。3 .可以进行加法以外的计算（乘、除、减）。4 .创新部分：使用1.CDI602液晶显示屏进行显示，有开机欢迎界面，计算数据与结果分两行显示，支持小数运算。（一）基本规定1 .有硬件结构图、电路图及文字说明；2 .有程序设计的分析、思绪说明；3 .有程序流程框图、程序代码及注释说明；4 .完毕系统调试（硬件系统可以借助实验装置实现，也可在Proteus软件中仿真模拟）；5 .有程序运营结果的截屏图片。二、进度安排第9周,10.3011.51) 10.30题目分析，文献查阅2) 10.31方案比较，拟定设计方案3) 1O.311.1硬件电路设计4) I1.211.4程序设计，程序调试，系统联调，系统改善5) 11.5课程设计说明书撰写三、参考资料或参考文献1 .林立，张俊亮.单片机原理及应用基于PrOteUS和KeilCM.北京：电子工业出版社,20232 .张毅刚，彭喜元.单片机原理与应用设计M北京：电子工业出版社，20233 .马忠梅.单片机的C语言应用程序设计(第5版)M北京：北京航空航天大学出版社,20234 .楼然苗、李光飞.51系列单片机设计实例M.北京:北京航空航天大学出版社,2023本科生课程设计成绩评估表姓名专业班级学号课程设计题目：课程设计答辩记录：（手写）成绩评估依据:项目得分比例考勤记录设计结果报告撰写答辩成绩备注：成绩评估依据的项目内容和项目分值比例可以由老师按指导的专业进行调整，但成绩评估依据的项目数不得少于3项。最终评估成绩:指导教师署名：年月日第一章设计论证11.1 设计分析11.2 设计方案1第二章硬件设计22.1 硬件结构与工作原理22.2 单元电路设计2第三章软件设计93.1系统软件结构93.2主要功能子程序设计12第四章系统调试与分析204.1 调试过程与结果214.2 结果分析23第五章设计小结25附录26第一章设计论证1.1 设计分析在方案设计过程中，我列出了两种不同的设计方案，分别相应于显示模块和单片机内部运算。显示模块在我的设计中有两种不同的显示方式，分别为数码管显示以及液晶屏显示。对于数码管显示来说，优点是使用简朴，反映速度更快，由于1.CD有众多的接口，以及指令，因此在软件上要比数码管复杂。数码管显示的缺陷也比较明显，就是需要占用过多的单片机输出接口，同时:1.CD的显示功能更多，也更直观，对于现实生活中的使用也更加舒适。在综合了以上几点的考虑后，我最终选择了1.CDI602液晶显示芯片作为显示模块。在单片机内部运算方面，我的设想也有两种，即支持浮点数运算或只支持整数运算,若只支持整数运算，程序设计势必更加简朴易懂，但是出于实用性的考虑，我最终决定了使计算器支持浮点数运算功能。同时，这也能更好地锻炼我的编程思维能力。2. 2设计方案按照系统设计的功能的规定，初步拟定设计系统由主控模块、显示模块、键盘扫描接口电路共四个模块组成。主控芯片使用8051系列的AT89C52单片机，其中带有非易失性FlaSh程序存储器，它是一种高性能、低功耗的8位CMoS微解决芯片，市场应用最多。显示模块采用1.CD1602液晶显示器为主体构成。键盘电路采用4x4矩阵键盘电路。整个单片机的接口电路：PO用于显示输出或1.CDI602信号输入，Pl口用于键盘扫描输入，P2口用于1.CD1602的控制信号输出。为了驱动系统的各个模块正常协调工作，在软件方面我设计了四大模块，分别为显示、键盘、运算、综合模块，通过综合模块的协调来使其它三大模块正常运营，使计算器能对的运算得出对的结果。第二章硬件设计2.1 硬件结构与工作原理系统的主体部分由输入、运算、输出模块所组成，相应于图2.1中有，输入模块为键盘扫描输入，输出模块为1.CD1602显示，运算模块为单片机。在系统上电后，单片机初始化，开始运营内部程序，在程序运营过程中，通过软件功能来实现按下键盘上特定按键后，执行不同的功能，例如加减乘除，并将数据输出至显示模块（1.CDI602）显示。在运算过程中显示运算数据及符号，运算完毕后显示运算结果。2.2 单元电路设计单片机最小系统就是支持主芯片正常工作的最小电路部分，涉及主控芯片、复位电路和晶振电路。主控芯片选取AT89C52芯片，因其具有良好的性能及稳定性，价格便宜应用方便。晶振选取11.0592MHz,晶振旁电容选取20pF0采用按键复位电路，电阻分别选取I（X）Q和10K,电容选取10F0以下为单片机最小系统硬件电路原理图（图2.2）,仿真接线图（图2.3）。图2,2单片机最小系统硬件电路原理图X1CRYSTA1.RP2RESPACK-8U11829R23010kP012：P023'P034P045：P056'P067P078POO1X7A1.1P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2XiA1.2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6RSTP0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10PSENCP2.3/A11EAP2.6/A14P-4T9P2.7/A15DQRY11Pl1/TPYDO1ZTYCP1.2P1QP3.2/1NT0DQQMT1PlApoCPaIRPOARP1.7P3.7/RD9AT89C5238D137D236D335D434D533D632D7DO3921222324252627RW*28ERS10TTJ2t4J5至T7图2.3单片机最小系统仿真接线图3. 2.2键盘接口电路计算器所需按键有：数字键：1,2,/31,4,；51,61,7,81,93Cro功能键：,'=',C（清零、小数点），共计16个按键，采用4*4矩阵键盘，键盘的行和列之间都有公共端相连，四行和四列的8个公共端分别接P1.（TPI.7,这样扫描PI口就可以完毕对矩阵键盘的扫描，通过对16个按键进行编码，从而得到键盘的口地址，对比PI的扫描结果和各按键的地址，我们就可以得到是哪个键按下，从而完毕键盘的功能。在PrOteUS仿真中，我直接使用元件库所有的KEYPAD-SMA1.1.CA1.C键盘，这种键盘直接实现了4*4键盘的功能，方便使用。如下图2.4所示。在按下其中一个键时，其相应的行与列将都会变成低电平，此时，即可通过判断PI口的值来拟定输入的是哪一个按键，然后将所取得的按键通过软件来进行接下来的解决、运算等工作。图2.44*4矩阵键盘4. 2.31.CD1602显示电路1.CDl602简介：如图2.5所示，1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正由于如此所以它不能很好地显示图形（用自定义CGRAM,显示效果也不好）。16021.CD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。1602采用标准的16脚接口，其中：第1引脚：GND为电源地第2引脚：VCC接5V电源正极第3引脚：VO为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个IOK的电位器调整对比度）。第4引脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。第5引脚：RW为读写信号线，高电平（1）时进行读操作，低电平（0）时进行写操作。第6引脚：E（或EN）端为使能（CnabIe）端,高电平（1）时读取信息，负跳变时执行指令。第714引脚：DOD7为8位双向数据端。第1516脚：空脚或背灯电源。第15引脚背光正极，第16引脚背光负极。特性3.3V或5V工作电压，对比度可调内含复位电路提供各种控制命令,如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能有80字节显示数据存储器DDRAM内建有192个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM特性应用微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧，常用在袖珍式仪表和低功耗应用系统中。操作控制注：关于E=H脉冲一一开始时初始化E为0,然后置E为1。图2.51.CD1602硬件原理图采用1.CDI602显示器对计算过程、结果以及提醒信息进行显示，在仿真电路中，由于Proteus中并没有1.CD1602显示芯片，故采用功能相似的1.M0161.进行替代，其中1.MOI61.的D（TD7三个输入输出端口接至单片机的PO.0P0.7口，用来对显示屏输出显示、输出控制指令以及获取状态信息。单片机的P2.5P2.7分别与1.MoI61.的RS、RW、E端口相连，用来对显示芯片进行控制。以下为1.CD显示电路的仿真接线图（图2.6）。图2.61.CD1602(1.M0161.)仿真接线图第三章软件设计若用户按下数字键1.CD清屏程序，并再次调用键盘扫描解决程序，等待用户输入数据,显示小数点等待按键3.1系统软件结构