基于80C51的简易计算器设计-毕业论文.doc
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1、毕业设计设计题目:基于80C51的简易计算器设计 系别: 电气学院 专业: 应用电子技术 班级: 电子1547班 姓名: 学号: 1230302154705 指导教师: (共 28 页) 2015年 04 月 23 日 摘 要随着社会的发展,科学的进步,人们的生活水平在逐步的提高,尤其是微电子技术的发展,犹如雨后春笋般的变化。电子产品的更新速度快就不足惊奇了,单片机的应用已经越来越贴近生活,用单片机来实现一些电子设计也变得容易起来。单片机由于其微小的体积和极低的成本,广泛的应用于家用电器、工业控制等领域中。在工业生产中。单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支,也是颇具生命力的机种。单片机微
2、型计算机简称单片机,特别适用于控制领域,故又称为微控制器。近年来,单片机以其体积小、价格廉、面向控制等独特优点,在各种工业控制、仪器仪表、设备、产品的自动化、智能化方面获得了广泛的应用。与此同时,单片机应用系统的可靠性成为人们越来越关注的重要课题。影响可靠性的因素是多方面的,如构成系统的元器件本身的可靠性、系统本身各部分之间的相互耦合因素等。其中系统的抗干扰性能是系统可靠性的重要指标。计算器在人们的日常中是比较的常见的电子产品之一。在本次的毕业设计课题中,我以MCS-51系列单片机基础及其应用课程中所学知识为基础,设计了简易计算器。本系统以MCS-51系列中的80C51单片机为核心,能够实现两
3、位数的四则运算。关键词:单片机,AT89C51,计算器,Proteus,Keil vision1激情进取 志在超越 航空报国 强军富民目 录一、选题的背景及意义1.1 选题的背景1.2 选题的意义二、软件介绍2.1 Proteus软件2.2 Keil vision软件三、总体设计3.1 设计目的3.2 设计任务及要求3.3 方案选择四、硬件设计4.1 MCS-51系列单片机简介4.2 74LS373简介4.3 6264简介4.4 LCD显示4.5 运算模块4.6 键盘接口电路4.7 硬件系统框图五、软件设计5.1 软件调试步骤5.2 软件设计流程图六、设计总结七、参考文献八、附录8.1 简易计
4、算器原理图8.2 元器件清单8.3 C语言程序一、 选题的背景及意义1.1 选题的背景当今时代,是一个新技术层出不穷的时代。在电子领域,尤其是自动化智能控制领域,传统的分立元件或数字逻辑电路构成的控制系统正以前所未见的速度被单片机智能控制系统所取代。单片机具有体积小、功能强、成本低、应用面广等优点,可以说,智能控制与自动控制的核心就是单片机。目前,一个学习与应用单片机的高潮正在工厂、学校及企事业单位大规模地兴起。过去习惯于传统电子领域的工程师、技术员正面临着全新的挑战,如不能在较短时间内学会单片机,势必会被时代所遗弃,只有勇敢地面对现实,挑战自我,加强学习,争取在较短的时间内将单片机技术融会贯
5、通,才能跟上时代的步伐。1.2 选题的意义我这次毕业设计的题目是“基于80C51的简易计算器”。是在我们学习了单片机原理C语言基础计算机基础等课程的基础上所选择了此课题。这次毕业设计是应用了好几门专业课程,对我所学专业进行的一次总结,不仅培养了我如何合理运用课本中所学到的理论知识与实践紧密结合,还学会了独立解决实际问题的能力。二、 软件介绍2.1 Proteus软件Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件),从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真,一键切换到PCB设计,真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设
6、计平台,其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等,2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器,并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面,它也支持IAR、Keil和MATLAB等多种编译器。Proteus软件具有其它EDA工具软件(例:multisim)的功能。这些功能是:1 原理布图2PCB自动或人工布线3SPICE电路仿真革命性的特点1 互动的电路仿真用户甚至可以实时采用诸如RAM,ROM,键盘,马达,LED,LCD,AD/DA,部分SPI器件,部分IIC器件。2仿真处理器及其外围电路可以仿真
7、51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程,再配合显示及输出,能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等,Proteus建立了完备的电子设计开发环境。2.2 Keil vision软件单片机开发中除必要的硬件外,同样离不开软件。随着单片机开发技术的不断发展,从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发,单片机的开发软件也在不断发展,Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件,这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的
8、完整开发方案,通过一个集成开发环境(mVision)将这些部份组合在一起。掌握这一软件的使用对于使用51系列单片机的爱好者来说是十分必要的,如果你使用C语言编程,那么Keil几乎就是你的不二之选。KeilC51是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统,与汇编相比,C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势,因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发,体会更加深刻。C51工具包的整体结构,其中mVision与Ishell分别是C51forWindows和forDos的集成开发环境(IDE),可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人
9、员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。然后分别由C51及A51编译器编译生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由LIB51创建生成库文件,也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件,以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试,也可由仿真器使用直接对目标板进行调试,也可以直接写入程序存贮器如EPROM中。三、 总体设计3.1 设计目的本设计主要是依据单片机的原理来进行简易计算器的设计,设计采用了80C51单片机作为计算器的主控制器,LM020 L作为显示器,44 keypad-smallcalc键盘作为
10、输入按键,通过软硬件相结合,来实现整数的“加”、“减”、“乘”、“除”运算。进一步掌握单片机理论知识,理解嵌入式单片机系统的硬软件设计,加强对实际应用系统设计的能力。在本设计中,使我掌握单片机程序设计和微机接口应用的基本方法,并能综合运用大学阶段所学软、硬件知识分析实际问题,提高解决毕业设计实际问题的能力,为单片机应用和开发打下良好的基础。充分分析内部逻辑的概念,进行软件和调试,学会使用,并能够以其为平台设计出具有四则运算能力简易计算器的硬件电路和软件程序。3.2 设计任务及要求本设计主要通过单片机的原理和应用,以电子技术基础及C语言程序的基本理论为指导,利用Proteus仿真软件和Keil编
11、程软件来设计简易计算器。本系统充分利用了80C51芯片的I/O引脚。系统以采用MCS-51系列单片机Intel80C51为中心器件来设计计算器控制器,实现了能根据实际输入值显示并存储的功能,计算程序则是参照教材。根据功能和指示要求,本系统选用以MCS-51单片机为主控机。通过扩展必要的外围接口电路,实现对计算器的设计。具体设计如下:1、由于要设计的是简单的计算器,可以进行四则运算,为了得到较好的显示效果,采用LCD显示数据和结果。2、另外键盘包括数字键(0-9)、符号键(+、-、*、/)、清除键和等号键,故只需要16个按键即可,设计中采用集成的计算机键盘。3、执行程序:开机显示零,等待键入数值
12、,当键入数字,通过LCD显示出来,当键入+、-、*、/运算符,计算器在内部执行数值转换和存储,并等待再次键入数值后将显示键入的数值,按等号就会在LCD上输出运算结果。4、错误提示:当单片机执行程序中有错误时,会在LCD上显示相应的提示,如:当输入的数值或计算器得到的结果大于计算器的显示范围时,计算器会在LCD上提示溢出;当除数为0时,计算器会在LCD上提示错误。整个计算器系统的工作过程为:首先存储单元初始化,显示初始值和键盘扫描,判断按键位置,查表得出按键值,单片机则对数据进行储存与相应处理转换,之后送入LED显示器动态显示。主系统可分为三个主要功能模块:功能模块一,实时键盘扫描;功能模块二,
13、数据转换成显示器显示;功能模块三,显示器动态显示。另还有:复位系统电路,晶振电路。主要设计要求有:1、对计算器硬件系统的设计;2、运用keil进行计算器软件系统的设计;3、在protues仿真平台上,对软件进行调试及仿真;4、软硬件结合之后,进行整体电路的调试与测试。3.3 方案选择1. 方案一根据功能和指标要求,本系统选用MCS-51系列单片机AT89C51为主控机。通过扩展必要的外围接口电路,实现对计算器的设计。计算器电路包括三个部分:显示电路、4*4键扫描电路、单片机微控制电路。用七段数码管作为显示电路,矩阵键盘作为输入电路。2. 方案二根据计算器的功能要求,选择AT89C51为主控机,
14、通过扩展必要的外围接/口电路,实现对计算器的设计。外部主要由4*4矩阵键盘和一个液晶显示屏构成,内部由一块AT89C51单片机构成。计算器电路包括四个部分:选用LCD作为显示部分,矩阵键盘作为输入部分,运算模块,单片机控制部分。最终选择方案二。四、 硬件设计4.1 MCS-51系列单片机简介80C51是MCS-51系列单片机的典型产品,以这一代表性的机型进行系统的讲解。80C51单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线,其内部结构如图4.1.1所示,现在分别加以说明: 图4.1
15、.1 MCS-51内部结构中央处理器:中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件,是8位数据宽度的处理器,能处理8位二进制数据或代码,CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作,完成运算和控制输入输出功能等操作。数据存储器(RAM):80C51内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元,它们是统一编址的,专用寄存器只能用于存放控制指令数据,用户只能访问,而不能用于存放用户数据,所以,用户能使用的RAM只有128个,可存放读写的数据,运算的中间结果或用户定义的字型表。程序存储器(ROM):80C51共有4096个8位掩膜ROM,用于存放用户程序,原始数据或表格。定时/计数器
16、:80C51有两个16位的可编程定时/计数器,以实现定时或计数产生中断,用于控制程序转向。并行输入输出(I/O)口:80C51共有4组8位I/O口(P0、 P1、P2和P3),用于对外部数据的传输。全双工串行口:80C51内置一个全双工串行通信口,用于与其它设备间的串行数据传送,该串行口既可以用作异步通信收发器,也可以当同步移位器使用。中断系统:80C51具备较完善的中断功能,有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断,可满足不同的控制要求,并具有2级的优先级别选择。时钟电路:80C51内置最高频率达12MHz的时钟电路,用于产生整个单片机运行的脉冲时序,但8051单片机需外置振荡电容。
17、下图是MCS-51系列单片机的内部结构示意图4.1.2。 图4.1.2 MCS-51结构框图MCS-51的引脚说明:MCS-51系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装的双列直插DIP结构,下图是它们的引脚配置,40个引脚中,正电源和地线两根,外置石英振荡器的时钟线两根,4组8位共32个I/O口,中断口线与P3口线复用。现在对这些引脚的功能加以说明:如图4.1.3所示。 图 4.1.3 MCS-51引脚图Pin9:RESET/Vpc复位信号复用脚,当8051通电,时钟电路开始工作,在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平,系统即初始复位。初始化后,程序计数器PC指
18、向0000H,P0-P3输出口全部为高电平,堆栈指针写入07H,其它专用寄存器被清“0”。RESET由高电平下降为低电平后,系统即从0000H地址开始执行程序。然而,初始复位不改变RAM(包括工作寄存器R0-R7)的状态,8051的初始态。8051的复位方式可以是自动复位,也可以是手动复位。此外,RESET/Vpd还是一复用脚,Vcc掉电其间,此脚可接上备用电源,以保证单片机内部RAM的数据不丢失。Pin30:ALE/当访问外部程序器时,ALE(地址锁存)的输出用于锁存地址的低位字节。而访问内部程序存储器时,ALE端将有一个1/6时钟频率的正脉冲信号,这个信号可以用于识别单片机是否工作,也可以
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