【正文】 電子系統(tǒng)課程設(shè)計設(shè)計題目： 基于STC51單片機(jī)的計算器學(xué)院：信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù)指導(dǎo)老師：余小平小組成員：何鎮(zhèn)江 200805020224 宋俊霖 200805020212 廖海波 200805020210 日期：2011年11月一、確定計算器完成的功能1. 整數(shù)加減乘除法。2. 小數(shù)的除法。3. 矩陣鍵盤輸入指令。4. 每按一次鍵蜂鳴器發(fā)聲一次。5. 計算結(jié)果顯示。 二、系統(tǒng)方案設(shè)計與論證使用單片機(jī)STC51完成計算器的加減乘除法運(yùn)算，并且顯示結(jié)果。 單片機(jī)的選擇 要求單片機(jī)完成簡單的整數(shù)加減乘除法、處理4*4矩陣鍵盤的輸入數(shù)據(jù)、控制顯示器件顯示輸入的數(shù)據(jù)與運(yùn)算的結(jié)果、控制蜂鳴器的發(fā)音。 根據(jù)單片機(jī)完成的功能對單片機(jī)的處理速度要求不高，且考慮到經(jīng)濟(jì)效益，決定使用STC51單片機(jī)。 晶振選擇24MHZ，使STC51單片機(jī)速度跟快，并且價格和12MHZ差不多。 為了防止單片機(jī)程序進(jìn)入死循環(huán)而出不來，增加一個復(fù)位鍵。 顯示器件的選擇 方案一、使用12864作為顯示設(shè)備，但是考慮到計算器只要求顯示數(shù)字，使用12864太浪費(fèi)，且價格比較貴，不予選用。 方案二、使用1602作為顯示設(shè)備。相比12864這個器件比較便宜，且能顯示數(shù)字和一些字符，能完成要求功能。 方案三、使用數(shù)碼管作為顯示設(shè)備。數(shù)碼管能顯示數(shù)字和一些特殊字符，而且計算器要求的顯示器件能顯示數(shù)字和一些特殊字符。所以數(shù)碼管能完成我們的要求顯示要求，并且數(shù)碼管是最便宜的。 綜上所述我們選擇性價比最高的數(shù)碼管作為顯示器件。 輸入設(shè)備的選擇 計算器要求輸入的數(shù)據(jù)有（0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,*,/,+,,=,clear）,共16個。輸入數(shù)據(jù)不多，最后選擇4*4的矩陣鍵盤作為輸入設(shè)備。1,5 聲音信號 現(xiàn)實中使用的計算器每按下一次鍵盤，就會發(fā)出聲音。因此設(shè)計的計算器應(yīng)該要求每按下一次鍵盤就發(fā)聲一次。發(fā)聲設(shè)備使用蜂鳴器就能完成要求。三、實際電路的設(shè)計 1. 單片機(jī)最小系統(tǒng)與復(fù)位電路 單片機(jī)最小系統(tǒng)是指用最少的元器件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。 31腳（EA/VPP）,當(dāng)接高電平時，單片機(jī)在復(fù)位后從內(nèi)部ROM的0000H開始執(zhí)行；當(dāng)接低電平時，復(fù)位后后直接從外部ROM的0000H開始執(zhí)行。我們只使用的單片機(jī)內(nèi)部的ROM區(qū)，所以31腳（EA/VPP）應(yīng)接高電平。 復(fù)位電路: 由電容串聯(lián)電阻構(gòu)成,由圖并結(jié)合電容電壓不能突變的性質(zhì),可以知道,當(dāng)系統(tǒng)一上電,RST腳將會出現(xiàn)高電平,并且,所以,適當(dāng)組合RC的取值就可以保證可靠的復(fù)位.三極管主要是做驅(qū)動用的。因為單片機(jī)的IO口驅(qū)動能力不夠讓蜂鳴器發(fā)出聲音，所以我們通過三極管放大驅(qū)動電流，從而可以讓蜂鳴器發(fā)出聲音，你要是輸出高電平，三極管導(dǎo)通，集電極電流通過蜂鳴器讓蜂鳴器發(fā)出聲音，當(dāng)輸出低電平時，三極管截止，沒有電流流過蜂鳴器，所以就不會發(fā)出聲音。 5位8段共陽極數(shù)碼管動態(tài)顯示原理：每一位都是將8個發(fā)光二極管（下面簡稱LED）的正極接在一塊，就有5個正極，接上5個IO口，這個就是位選，相應(yīng)IO口輸出高電平電平算是選通該位。相同字段LED的負(fù)極連在一起，也有八根線，接上8個IO口，這就是段選，相應(yīng)IO口輸出低電平算是選通該段。一般情況下5個位選只有一個選通，8個段選如果是數(shù)字2，那么選通的那一位數(shù)碼管就會顯示2，其它位數(shù)碼管都是黑的。延遲一段再熄滅它，再選通另一位顯示在那一位該顯示的數(shù)字，延遲一段再熄滅，如此循環(huán)，人眼有暫留效應(yīng)，只要足夠快人眼看起來就是幾個數(shù)字穩(wěn)定地顯示在5位數(shù)碼管上。如果直接用單片機(jī)控制數(shù)碼管的共陽極，數(shù)碼管發(fā)光很弱，所以用三極管在增加驅(qū)動。如下圖連接。 數(shù)碼管接法如下圖：*4矩陣鍵盤 矩陣鍵盤原理在鍵盤中按鍵數(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，一個端口（如P1口）就可以構(gòu)成4*4=16個按鍵，比之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是合理的。 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，上圖中，列線通過電阻接正電源，并將行線所接的單片機(jī)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，所有的輸入端都是高電平，代表無鍵按下。行線輸出是低電平，一旦有鍵按下，則輸入線就會被拉低，這樣，通過讀入輸入線的狀態(tài)就可得知是否有鍵按下了。 行列掃描法原理： 第一步， 使行線為編程的輸入線，列線是輸出線，拉低所有的列線， 判斷行線的變化，如果有按鍵按下，按鍵按下的對應(yīng)行線被拉低，否則 所有的行線都為高電平。第二步， 在第一步判斷有鍵按下后， 延時 10ms 消除機(jī)械抖動，再次讀取行值，如果此行線還處于低電平狀態(tài)則進(jìn)入下 一步，否則返回第一步重新判斷。第三步，開始掃描按鍵位置，采用逐 行掃描，每間隔 1ms 的時間，分別拉低第一列，第二列，第三列，第四 列，無論拉低哪一列其他三列都為高電平，讀取行值找到按鍵的位置， 分別把行值和列值儲存在寄存器里。第四步，從寄存器中找到行值和列 值并把其合并，得到按鍵值，對此按鍵值進(jìn)行編碼，按照從第一行第一 個一直到第四行第四個逐行進(jìn)行編碼，編碼值從“0000” 至“1111” ， 再進(jìn)行譯碼，最后顯示按鍵號碼。 有鍵按下時，就進(jìn)入中斷，在中斷中判斷按鍵與要顯示的數(shù)。原理圖如下：四、系統(tǒng)軟件設(shè)計軟件流程：結(jié)束開始系統(tǒng)初始化，開鍵盤掃描中斷（INTO）有無鍵按下NO進(jìn)入中斷服務(wù)程序循環(huán)顯示關(guān)中斷；蜂鳴器發(fā)音一下，關(guān)掉鍵盤掃描判斷鍵盤是哪個鍵按下按鍵是否釋放YESNO鍵值處理按下的是什么鍵完成對用的功能。并把結(jié)果送數(shù)碼管待顯示數(shù)據(jù)區(qū)返回中斷服務(wù)函數(shù)調(diào)用處數(shù)碼管動態(tài)顯示顯示數(shù)碼管動態(tài)數(shù)據(jù)顯示區(qū)的數(shù)據(jù)有中斷YES五、附件 1. 原理圖 2. 程序/**************************計算器的設(shè)計（簡單版）*******************************//*****************************************************************************//**作品功能：能完成簡單的整數(shù)加\減\乘\除\法，除法的小數(shù)位不顯示（舍去）***********//********輸入最大能輸入五位數(shù)據(jù)；且能正常的顯示五位數(shù)結(jié)果，超過五位結(jié)果不信任***//*****************************************************************************//******制作時間：2011年11月08號********************************************//*****************************************************************************//*****************************************************************************//*********************所用頭文件**********************************************/include include define uchar unsigned chardefine uint unsigned int/****************************************單片機(jī)各個口的定義****************/define key_data P1define duan P2sbit wei_1= P3^3。sbit wei_2= P3^4。sbit wei_3= P3^5。sbit wei_4= P3^6。sbit wei_5= P3^7。sbit wei_6= P3^1。sbit BEEP = P3^0。/**************************一些寄存器的設(shè)計********************************/uchar KeyNO。 //鍵盤值uchar duan_1。 //段選中間值uchar x。 //控制小數(shù)點(diǎn)的顯示uchar data data_count[5]={0,0,0,0,0}。 //只能用0~9uchar data data_use[5]={0,0,0,0,0}。 //顯示數(shù)組uchar sCode,kCode,i1,k。 //檢查鍵盤的值所用寄存器uchar key_value[]= //鍵盤值{ 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16}。uchar key_count。long add,cut,m