数码管显示的简易计算器

学号1307080113

天津城建大学

单片机原理及应用A课程设计

设计说明书

数码管显示的简易计算器设计

起止日期：2016 年1月4日至2016年1月8日

学生姓名邬海斌

班级13电信科1班

成绩

指导教师(签字)

计算机与信息工程学院

2016年1月8日

天津城建大学

课程设计任务书

2014—2015学年第1学期

计算机与信息工程学院电子信息工程专业班级13电信科1班学号1307080113

课程设计名称：单片机原理及应用A课程设计

设计题目：数码管显示的简易计算器设计

完成期限：自2015年1月4日至2015年1月8日共1周

设计依据、要求及主要内容：

一．设计的目的

1.进一步熟悉和掌握单片机系统设计和编程原理。

2.掌握单片机的接口技术及相关外围芯片的外特性、控制方法。

3.通过设计，掌握以单片机核心的电路设计的基本方法和技术。

4.通过实际程序设计和调试，掌握模块化程序设计方法和调试技术。

5.通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程，了解开发单片机应用系统的全过程，为今后从事相应开发打下基础。

二．设计的基本要求

1.认真认识设计的意义，掌握设计工作程序，学会使用工具书和技术参考资料，并培养科学的设计思想和良好的设计作风。

2.提高模型建立和设计能力，学会应用相关设计资料进行设计计算的方法。

3.提高独立分析、解决问题的能力，逐步增强实际应用训练。

4.设计的说明书要求简洁、通顺，电路图内容完整、清楚、规范。

三．设计主要内容

a) 设计实现功能

STC12C5A60S2（引脚排序及基本功能同AT89S51）作为主控芯片，设计由数码管和键盘电路组成的简易计算器。一是扩展数码管显示电路；二是扩展按键电路，能够实现参数的输入；三是能够实现数据的加减乘除运算，并能显示运算的数据和运算结果；四是扩展时钟芯片DS12C887电路，用于不计算时的时间信息显示。

b) 原理图设计

1.原理图设计要符合项目的工作原理，连线要正确。

2.图中所使用的元器件要合理选用，电阻、电容等器件的参数要正确标明。

3.原理图要完整，CPU、外围器件、外扩接口、输入/输出装置要一应俱全。

c) 程序调计

1.根据要求，将总体功能分解成若干个子功能模块，每个功能模块完成一个特定的功能。

2.根据总体要求及分解的功能模块，确定各功能模块之间的关系，设计出完整的程序流程

图。

d) 程序调试

1.编写相关程序，并进行仿真。

2.将程序下载到单片机，进行运行调试。

e) 设计说明书

1.原理图设计说明

简要说明设计目的，原理图中所使用的元器件功能及在图中的作用，各器件的工作过程及顺序。

2.程序设计说明

对程序设计总体功能及结构进行说明，对各子模块的功能以及各子模块之间的关系作较详细的描述。

3.画出工作原理图，程序流程图并给出相应的程序清单。

四．设计进度安排

序

日期计划完成内容

号

1 1.4 确定设计方案，根据设计方案绘制的硬件原理电路。

2 1.5 编写软件程序流程。

3 1.6-1.7 根据设计方案编写软件程序，综合调试。

4 1.8 编写课程设计报告，口试或答辩。

指导教师（签字）：

批准日期：20 年月

目录

第1章设计任务及要求 (1)

第2章设计原理 (2)

2.1设计原理 (2)

2.2设计系统框图 (2)

第3章硬件电路设计 (3)

3.1 数码管硬件电路设计 (3)

3.2 矩阵键盘电路设计 (4)

3.3 主要元件AT89S51 (4)

第4章软件程序设计与调试 (7)

4.1程序流程图 (7)

4.2 调试结果 (9)

总结 (10)

参考文献 (11)

附录I：主要程序 (12)

附录II：元器件清单 (21)

第1章设计任务及要求

STC12C5A60S2（引脚排序及基本功能同AT89S51）作为主控芯片，设计由数码管和键盘电路组成的简易计算器。一是扩展数码管显示电路；二是扩展按键电路，能够实现参数的输入；三是能够实现数据的加减乘除运算，并能显示运算的数据和运算结果；四是扩展时钟芯片DS12C887电路，用于不计算时的时间信息显示。通过键盘输入数据，进行相应的加减乘除运算，并在数码管显示相应的运算结果。

第2章设计原理

2.1设计原理

设计主要是利用AT89C51进行数据处理，利用4×4矩阵键盘的按键扫描，利用LED数码管的动态显示。该设计首先是运用矩阵键盘的按键扫描，然后把扫描得到的键值进行译码，其次把译码所得的数值进行处理，最后将处理后的值进行动态显示。矩阵键盘和数码管分别接在P1和P0,这样大大的节约了单片机的I/O端口。

图2-1 设计原理图

2.2设计系统框图

图2-2 系统结构框图

第3章硬件电路设计

3.1数码管硬件电路设计

数码管数据显示的硬件电路由单片机、4位共阳极数码管、位驱动电路、限流电阻等组成。实验板中将跳线J7 与J2（A8—A11 脚）相连，即单片机P2.0-P2.3。控制数码管4位位选。用跳线将J14 与J15 相连，P0 口送出数码管段选码。程序轮流选通各位，并送出段码信息，数码管从低位循环移位显示0-F 的数据。程序由P1 口送出段码信息，最低位数码管循环显示0-9的数字。数码管共阳极段码表及数码管显示电路图如下：

表3-1共阳极数码管段码

显示字符共阳极段码共阴极段码

0 C0H 3FH

1 F9H 06H

2 A4H 5BH

3 B0H 4FH

4 99H 66H

5 92H 6DH

6 82H 7DH

7 F8H 07H

8 80H 7FH

9 90H 6FH

图3-1 数码显示电路

3.2矩阵键盘电路设计

4*4 矩阵键盘行输入接单片机P1.0-P1.3，列输入接单片机P1.4-P1.7，通过扫描方式检测是否有键按下，并确定键值。通过数码管显示价值。设置跳线，连接J12 与J11，P1 口连接键盘行列，连接J14 与J15，74LS573口送出数码管段码,连接J7 至J2：A8-A11 脚(单片机P2.0-P2.3），控制数码管位选。键盘扫描程序的过程为：开始时，先判断是否有键闭合，无键闭合时，返回继续判断，有键闭合时，先去抖动，然后确定是否有键按下，若无键按下，则返回继续判断是否有键闭合，若有键按下，则判断键号，然后释放，若释放按键完毕，则返回，若没有释放按键，则返回继续释放。

图3-2 键盘电路

3.3主要元件AT89S51

目前AT89S51多采用40个引脚的双列直插封装方式。40个引脚按其功能可分如下三类：

电源及时钟引脚—Vcc、Vss；XTAL1、XTAL2.

控制引脚—PSEN、ALE/PROG、EA/Vpp\RST(即RESET).

I/O口引脚—P0、P1、P2、P3，为4个8位I/O口的外部引脚。

主要引脚功能如下：

P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL 门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

图3-3 单片机

图3-4 输出口扩展

第4章软件程序设计与调试

4.1程序流程图

初始化后，程序开始进入主程序，1、进行按键判断，如果有键按下，继续往下执行，否则重新扫描；2、如果有键按下，延时5MS ；3、再次按键判断，如果有键按下，继续往下执行，否则重新扫描；4、如果有键按下，确定按键位置；5、再次进行按键判断，如果有键按下，继续往下执行，否则，表示出错，重新扫面；6、如果有键按下，对按键译码；7、判断是否按键释放，如果释放，继续往下执行，否则等待；8、对送来的译码值进行数据处理；9、把处理的数据，放到LED 数码管中动态显示。详细程序源代码见附录I 。

N

Y N

N

图4-1 程序流程

4.2调试结果

（1）键盘上按下123；键盘上按下运算键“+”后，按下7；

图4-2 数码管显示“123”、“7”（2）键盘上按下功能键“=”后，得出运算结果130；

图4-3 数码管显示运算结果（3）不运算时，数码管显示时间15：12。

图4-4 数码管显示时间

总结

很快一周多的时间又过去了，一个星期的课程设计对于我们初学者来说并不简单，毕竟我们对单片机这门课程花的时间很少，上课的时间和上机的时间仅仅那么多，所以我们对这门课程的知识只了解了一个大概。对于这一个星期的成就我感到很欣慰，能够自己编出一个程序运用到实践当中。

刚开始我们都不知道如何动笔，看到那么多的课题，心中在暗暗的想，我们真的能做好一个吗，纠结了好久才把课题选好。选好课题后也不只从何处下手，我们只得到处查询资料和网上借鉴。我们都知道这个课程设计的关键是流程图和程序的编写。我们不急不忙的看了很多相似的程序和流程图，和向老师的请教才将流程图给画出个大概来，当然万事开头难吗，第一步做好了以后。我们就得开始编写程序了，这是最关键的了，首先我们认真的看了书本上的相似程序，将这个程序看懂了解透。我们才开始着手编写程序，当然在编写程序的这个过程是最复杂最麻烦了。老是出现各种各样的问题，这就需要我们能静下心了，同样我们也得考验同学之间团结合作能力了。自己编的程序自己往往很难发现错误，我们便便请教班上的高手解答。实在不懂得就求助老师了。在各种方法使尽后，程序终于出来了，一个程序的编写就花了我们课程设计的一大半的时间。此后说明书的书写也是项不小的工程，要将所有的东西集合起来还真的不简单。老是发现缺这缺那的。一个人书写后还得要几个人的审查才敢最终确定。

当然经过这次课程设计我们学会了很多，对单片机这门课程有了更好的了解，这也是一次理论知识运用到实践当中的考验，同时也为我们以后的毕业设计提供了参考。最后非常感谢老师和同学们的帮助。

参考文献

[1]张毅刚,彭喜元等. 单片机原理及应用[M]. 北京:高等出版社,2010.

[2]彭伟.单片机C语言程序设计实训100例[M]. 北京:高等出版社,2009.

[3]徐爱均,徐阳等. 单片机原理与应用[M]. 机械工业出版社,2013.

附录I：主要程序

#include "reg51.h"

#include"absacc.h"

#include

typedef unsigned char BYTE;

typedef unsigned int WORD;

#define led_date XBYTE[0x6000] ///*LED口地址*/

BYTE led_dm[20]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,

0xf8,0x80,0x90,0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10};

void LED_crt(BYTE val);// /**led显示位置**/

void Delay(WORD n);

voidcrt_num();

BYTE led_w,di;

WORD num,a,b,c,d;//定义存储变量

WORD num1;

WORD num2,count,flage,Hourh,Hourl,Secondh,Secondl,Minuteh,Minutel; bitfuhao;

BYTE yunsuan;

bit flag;

bitbiaozhi;

#define DS_A XBYTE[0x100A] //寄存器Ａ/* DS12887口地址*/ #define DS_B XBYTE[0x100B] //寄存器Ｂ

#define DS_C XBYTE[0x100C] //寄存器Ｃ

#define Years XBYTE[0x1009] //年

#define Month XBYTE[0x1008] //月

#define Day XBYTE[0x1007] //日

#define Week XBYTE[0x1006] //星期

#define Hour XBYTE[0x1004] //时

#define Minute XBYTE[0x1002] //分

#define Second XBYTE[0x1000] //秒

void DS_init()/************DS12887初始化程序**********************/ {

DS_A=0x20;

DS_B=0x12;

}

voidwrite_time()

{

DS_A=0x2f; //寄存器Ａ

DS_B|=0x80;

Years=0x16; //年

Month=0x01; //月

Day=0x03; //日

Week=0x07; //星期

Hour=0x15; //时

Minute=0x12; //分

Second=0x00; //秒

DS_B &=0x7f; //寄存器Ａ}

void Delay(WORD n)//延时500US {

WORD x;

while(n--)

{

x=500;

while(x--);

}

}

void crt_num() //转换运算数据

{

Hourh=Hour/16;

Hourl=(Hour%16)+10;

Secondh=Second/16;

Secondl=Second%16;//+10;

Minuteh=Minute/16 ;

Minutel=Minute%16;

a=num/1000;

b=num/100%10;

c=num/10%10;

d=num%10;

if(flage==1)

{

for(count=0;count<4;count++)

{ if(di==0x09)

LED_crt(a);

else if(di==0x08)

LED_crt(b);

else if(di==0x07)

LED_crt(c);

else if(di==0x06)

LED_crt(d);

di--;

if(di==0x05)

{

di=0x09;

}

Delay(1);

}

}

if(flage==0)

{

for(count=0;count<4;count++)

{ if(di==0x09)

LED_crt(Hourh);

else if(di==0x08)

LED_crt(Hourl);

else if(di==0x07)

LED_crt(Minuteh);

else if(di==0x06)

LED_crt(Minutel);

di--;

if(di==0x05)

{

di=0x09;

}

Delay(1);

}

}

}

unsigned char keypad_scan()//矩阵键盘扫描/*****行列式扫描键盘****/ {

unsigned char temp;

unsigned char key=0xff;

P1=0xfe;

temp=P1;

temp=temp&0xf0;

while(temp!=0xf0)

{

Delay(5);

temp=P1;

temp=temp&0xf0;

while(temp!=0xf0)

{

temp=P1;

switch(temp)

{

case 0xee: key=7; break;

case 0xde: key=4; break;

case 0xbe: key=1; break;

case 0x7e: key=15; break;

}

while(temp!=0xf0)

{

temp=P1;

temp=temp&0xf0;

}

}

}

P1=0xfd;

temp=P1;

temp=temp&0xf0;

while(temp!=0xf0)

{

Delay(5);

temp=P1;

temp=temp&0xf0;

while(temp!=0xf0)

{

temp=P1;

switch(temp)

{

case 0xed: key=8; break;

case 0xdd: key=5; break;

case 0xbd: key=2; break;

case 0x7d: key=0; break;

}

while(temp!=0xf0)

{

temp=P1;

temp=temp&0xf0;

}

}

}

P1=0xfb;

temp=P1;

temp=temp&0xf0;

while(temp!=0xf0)

{

Delay(5);

temp=P1;

temp=temp&0xf0;

while(temp!=0xf0)

{

temp=P1;