864234458基于51單片機(jī)的簡易計(jì)算器設(shè)計(jì)

1、摘要 課題 摘 要 工程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是為了學(xué)生能夠更好地鞏固和實(shí)踐所學(xué)專業(yè)知識(shí)而設(shè)置的，在本 次工程實(shí)踐中，我以智能化測量控制儀表原理與設(shè)計(jì) 、 mcs-51 系列單片微型計(jì)算機(jī) 及其應(yīng)用課程中所學(xué)知識(shí)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了簡易計(jì)算器。本系統(tǒng)以 mcs-51 系列中的 8051 單片機(jī)為核心，能夠?qū)崿F(xiàn)兩位數(shù)的四則運(yùn)算。該系統(tǒng)通過檢測矩陣鍵盤掃描，判斷 是否按鍵，經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換把數(shù)值送入數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示。 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)說明重點(diǎn)介紹了如下幾方面的內(nèi)容： 1）基于單片機(jī)簡易計(jì)算器的基本功能，同時(shí)對矩陣鍵盤及數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示原理進(jìn)行 了簡單的闡述； 2）介紹了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)、給出了系統(tǒng)的整體流程框圖，并對其進(jìn)行了功能

2、模塊劃 分及所采用的元器件進(jìn)行了詳細(xì)說明； 3）對系統(tǒng)各功能模塊的軟、硬件實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)說明。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：mcs-51 8051 單片機(jī)；計(jì)算器；加減乘除 目錄 目錄 第一章 緒論 .1 1.2 設(shè)計(jì)目的 .1 1.3 設(shè)計(jì)任務(wù) .1 1.4 章節(jié)安排說明.1 第二章 計(jì)算器系統(tǒng)簡介 .3 2.1 單片機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀.3 2.2 計(jì)算器系統(tǒng)現(xiàn)狀.4 2.3 簡易計(jì)算器系統(tǒng)簡介.4 第三章 主要器件簡介 .5 3.1 mcs-51 系列單片機(jī)簡介 .5 3.2 其它器件簡介.8 3.2.1 數(shù)碼管顯示 .8 3.2.2 矩陣按鍵 .9 第四章 計(jì)算器系統(tǒng)設(shè)計(jì) .10 4.1 計(jì)算器硬件電

3、路設(shè)計(jì).10 4.2 計(jì)算器程序設(shè)計(jì) .10 4.2.1 存儲(chǔ)單元分配 .10 4.2.2 主程序設(shè)計(jì) .10 4.2.3 數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子程序 .10 4.2.4 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示子程序 .11 4.3 系統(tǒng)總框圖： .11 4.4 程序源代碼： .12 4.5 硬件連線圖： .20 結(jié)語 .22 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) .23 第一章 緒論 1 第一章 緒論 1.1 課題簡介 單片機(jī)由于其微小的體積和極低的成本，廣泛的應(yīng)用于家用電器、工業(yè)控制等領(lǐng)域 中。在工業(yè)生產(chǎn)中。單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，也是頗具生命力 的機(jī)種。單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控

4、制器。 本系統(tǒng)就是充分利用了 8051 芯片的 i/o 引腳。系統(tǒng)統(tǒng)采用 msc-51 系列單片機(jī) intel8051 為中心器件來設(shè)計(jì)計(jì)算器控制器，實(shí)現(xiàn)了能根據(jù)實(shí)際輸入值顯示并存儲(chǔ)，計(jì)算 程序則是參照教材。至于位數(shù)和功能，如果有需要可以設(shè)計(jì)擴(kuò)充原系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn) 。 1.2 設(shè)計(jì)目的 通過本次工程實(shí)踐，運(yùn)用智能化測量控制儀表原理與設(shè)計(jì) 、 mcs-51 系列單片微 型計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用所學(xué)知識(shí)及查閱相關(guān)資料，完成簡易計(jì)算器的設(shè)計(jì)，達(dá)到理論知識(shí) 與實(shí)踐更好結(jié)合、提高綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和設(shè)計(jì)能力的目的。 通過本次設(shè)計(jì)訓(xùn)練，可以使我們在基本思路和基本方法上對基于 mcs-51 單片機(jī)的嵌 入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)有一個(gè)比

5、較感性的認(rèn)識(shí)，并具備一定程度的設(shè)計(jì)能力。 1.3 設(shè)計(jì)任務(wù) 在本次工程實(shí)踐中，主要完成如下方面的設(shè)計(jì)任務(wù)： 1）簡要綜述單片機(jī)技術(shù)發(fā)展的國內(nèi)外現(xiàn)狀及數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示和矩陣鍵盤基本原理； 2）掌握 mcs-51 系列某種產(chǎn)品（例如 8051）的最小電路及外圍擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì)方法； 3）了解單片機(jī)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能及工作過程； 4）完成主要功能模塊的硬件電路設(shè)計(jì)及必要的參數(shù)確定； 5）用 protues 軟件完成原理電路的繪制； 6）完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明書。 1.4 章節(jié)安排說明 整個(gè)設(shè)計(jì)總共分為四個(gè)章節(jié)，第一章是前言部分，主要介紹了設(shè)計(jì)基于單片機(jī)簡易 計(jì)算器的意義、目的及主要內(nèi)容；第二章簡要介紹了單片機(jī)發(fā)展的

6、國內(nèi)外現(xiàn)狀及鍵盤掃 描，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，和動(dòng)態(tài)顯示原理進(jìn)行了簡要的說明。第三章是器件簡介，這一部分主要 第一章 緒論 2 介紹了系統(tǒng)的所用主要器件的選擇。第四章是系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，分為硬件設(shè)計(jì)和程序 設(shè)計(jì)。按照程序設(shè)計(jì)的各部分實(shí)現(xiàn)的功能不同，將整個(gè)軟件系統(tǒng)分成了三個(gè)塊，并對每 一個(gè)功能塊所采用的元器件進(jìn)行了詳細(xì)介紹。此外還編寫了主要功能模塊的基本程序， 詳盡闡述了各模塊的工作過程。還有總流程圖，源代碼，硬器件鋪線圖。 第一章 緒論 3 第二章 計(jì)算器系統(tǒng)簡介 4 第二章 計(jì)算器系統(tǒng)簡介 2.1 單片機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀 單片機(jī)的發(fā)展趨勢：低功耗 cmos 化；微型單片化；主流與多品種共存；單片機(jī)從 8 位、1

7、6 位到 32 位，數(shù)不勝數(shù)，應(yīng)有盡有，有與主流 c51 系列兼容的，也有不兼容的，但 它們各具特色，互成互補(bǔ)，為單片機(jī)的應(yīng)用提供廣闊的天地。 縱觀單片機(jī)的發(fā)展過程，可以預(yù)示單片機(jī)的發(fā)展趨勢，大致有： 1）低功耗 cmos 化 mcs-51 系列的 8051 推出時(shí)的功耗達(dá) 630mw，而現(xiàn)在的單片機(jī)普遍都在 100mw 左右， 隨著對單片機(jī)功耗要求越來越低，現(xiàn)在的各個(gè)單片機(jī)制造商基本都采用了 cmos(互補(bǔ)金屬 氧化物半導(dǎo)體工藝)。象 80c51 就采用了 hmos(即高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)和 chmos(互補(bǔ)高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)。cmos 雖然功耗較低，但由于其物理特征決定

8、其工作速度不夠高，而 chmos 則具備了高速和低功耗的特點(diǎn)，這些特征，更適合于在要 求低功耗象電池供電的應(yīng)用場合。所以這種工藝將是今后一段時(shí)期單片機(jī)發(fā)展的主要途 徑。 2）微型單片化 現(xiàn)在常規(guī)的單片機(jī)普遍都是將中央處理器(cpu)、隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(ram)、只讀程 序存儲(chǔ)器(rom)、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時(shí)電路、時(shí)鐘電路集成在一塊單一 的芯片上，增強(qiáng)型的單片機(jī)集成了如 a/d 轉(zhuǎn)換器、pmw(脈寬調(diào)制電路)、wdt(看門狗)、 有些單片機(jī)將 lcd(液晶)驅(qū)動(dòng)電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機(jī)包含的單元電路就 更多，功能就越強(qiáng)大。甚至單片機(jī)廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做，制

9、造出具有自 己特色的單片機(jī)芯片。 此外，現(xiàn)在的產(chǎn)品普遍要求體積小、重量輕，這就要求單片機(jī)除了功能強(qiáng)和功耗低 外，還要求其體積要小?，F(xiàn)在的許多單片機(jī)都具有多種封裝形式，其中 smd(表面封裝)越 來越受歡迎，使得由單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。 3）主流與多品種共存 現(xiàn)在雖然單片機(jī)的品種繁多，各具特色，但仍以 80c51 為核心的單片機(jī)占主流，兼 容其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的有 philips 公司的產(chǎn)品，atmel 公司的產(chǎn)品和中國臺(tái)灣的 winbond 系列單片機(jī)。所以 c8051 為核心的單片機(jī)占據(jù)了半壁江山。而 microchip 公司的 pic 精 簡指令集(risc)也有著強(qiáng)勁的發(fā)展勢

10、頭，中國臺(tái)灣的 holtek 公司近年的單片機(jī)產(chǎn)量與日 第二章 計(jì)算器系統(tǒng)簡介 5 俱增，與其低價(jià)質(zhì)優(yōu)的優(yōu)勢，占據(jù)一定的市場分額。此外還有 motorola 公司的產(chǎn)品，日 本幾大公司的專用單片機(jī)。在一定的時(shí)期內(nèi)，這種情形將得以延續(xù)，將不存在某個(gè)單片 機(jī)一統(tǒng)天下的壟斷局面，走的是依存互補(bǔ)，相輔相成、共同發(fā)展的道路。 2.2 計(jì)算器系統(tǒng)現(xiàn)狀 計(jì)算器一般由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、鍵盤、顯示器、電源和一些可選外圍設(shè) 備及電子配件通過人工或機(jī)器設(shè)備組成。低檔計(jì)算器的運(yùn)算器、控制器由數(shù)字邏輯電 路實(shí)現(xiàn)簡單的串行運(yùn)算，其隨機(jī)存儲(chǔ)器只有一、二個(gè)單元，供累加存儲(chǔ)用。高檔計(jì)算 器由微處理器和只讀存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)各種復(fù)

11、雜的運(yùn)算程序，有較多的隨機(jī)存儲(chǔ)單元以存放 輸入程序和數(shù)據(jù)。鍵盤是計(jì)算器的輸入部件，一般采用接觸式或傳感式。為減小計(jì)算 器的尺寸，一鍵常常有多種功能。顯示器是計(jì)算器的輸出部件，有發(fā)光二極管顯示器 或液晶顯示器等。除顯示計(jì)算結(jié)果外，還常有溢出指示、錯(cuò)誤指示等。計(jì)算器電源采 用交流轉(zhuǎn)換器或電池，電池可用交流轉(zhuǎn)換器或太陽能轉(zhuǎn)換器再充電。為節(jié)省電能，計(jì) 算器都采用 cmos 工藝制作的大規(guī)模集成電路（見互補(bǔ)金屬 -氧化物-半導(dǎo)體集成電 路） ，并在內(nèi)部裝有定時(shí)不操作自動(dòng)斷電電路。計(jì)算器可選用的外圍設(shè)備有微型打印 機(jī)、盒式磁帶機(jī)和磁卡機(jī)等。 2.3 簡易計(jì)算器系統(tǒng)簡介 本計(jì)算器是以 mcs-51 系列 8

12、051 單片機(jī)為核心構(gòu)成的簡易計(jì)算器系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過 單片機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)對 4*4 鍵盤掃描進(jìn)行實(shí)時(shí)的按鍵檢測，并把檢測數(shù)據(jù)存儲(chǔ)下來。整個(gè) 計(jì)算器系統(tǒng)的工作過程為：首先存儲(chǔ)單元初始化，顯示初始值和鍵盤掃描，判斷按鍵位 置，查表得出按鍵值，單片機(jī)則對數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存與相應(yīng)處理轉(zhuǎn)換，之后送入數(shù)碼管動(dòng)態(tài) 顯示。整個(gè)系統(tǒng)可分為三個(gè)主要功能模塊：功能模塊一，實(shí)時(shí)鍵盤掃描；功能模塊二， 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為了數(shù)碼管顯示；功能模塊三，數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示。 第二章 計(jì)算器系統(tǒng)簡介 6 第三章 主要器件簡介 3.1 mcs-51 系列單片機(jī)簡介 8051 是 mcs-51 系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品，以這一代表性的機(jī)型進(jìn)行系統(tǒng)的講解。

13、8051 單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器(rom)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(ram)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、 并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總 線，現(xiàn)在我們分別加以說明： 中央處理器中央處理器： 中央處理器(cpu)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是 8 位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理 8 位 二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，cpu 負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控 制輸入輸出功能等操作。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(ram)(ram) 8051 內(nèi)部有 128 個(gè) 8 位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和 128 個(gè)專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編 址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用

14、戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù) 據(jù)，所以，用戶能使用的 ram 只有 128 個(gè)，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶 定義的字型表。 圖 3-1 8051 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 程序存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器(rom)(rom)： 8051 共有 4096 個(gè) 8 位掩膜 rom，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。 定時(shí)定時(shí)/ /計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器(rom)(rom)： 第三章 主要器件簡介 7 8051 有兩個(gè) 16 位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程 序轉(zhuǎn)向。 并行輸入輸出并行輸入輸出(i/o)(i/o)口：口： 8051 共有 4 組 8 位 i/o 口(p0、 p1、p2 或 p3

15、)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。 全雙工串行口全雙工串行口： 8051 內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口 既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。 中斷系統(tǒng)：中斷系統(tǒng)： 8051 具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中 斷，可滿足不同的控制要求，并具有 2 級的優(yōu)先級別選擇。 時(shí)鐘電路：時(shí)鐘電路： 8051 內(nèi)置最高頻率達(dá) 12mhz 的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但 8051 單片機(jī)需外置振蕩電容。 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開的形式，即哈佛 (harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通

16、用計(jì)算機(jī)廣泛使用的程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合二為一 的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓(princeton)結(jié)構(gòu)。intel 的 mcs-51 系列單片機(jī)采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的 形式，而后續(xù)產(chǎn)品 16 位的 mcs-96 系列單片機(jī)則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。 下圖是 mcs-51 系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 3-2。 第三章 主要器件簡介 8 圖 3-2 mcs-51 結(jié)構(gòu)圖 mcs-51 的引腳說明： mcs-51 系列單片機(jī)中的 8031、8051 及 8751 均采用 40pin 封裝的雙列直接 dip 結(jié)構(gòu)， 右圖是它們的引腳配置，40 個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩 根，4 組 8 位共

17、32 個(gè) i/o 口，中斷口線與 p3 口線復(fù)用?，F(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以 說明： mcs-51 的引腳說明： mcs-51 系列單片機(jī)中的 8031、8051 及 8751 均采用 40pin 封裝的雙列直接 dip 結(jié)構(gòu)， 右圖是它們的引腳配置，40 個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩 根，4 組 8 位共 32 個(gè) i/o 口，中斷口線與 p3 口線復(fù)用。現(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以 說明：如圖 3-3 圖 3-3 雙列直插式封裝引腳圖 pin9:reset/vpd復(fù)位信號(hào)復(fù)用腳，當(dāng) 8051 通電，時(shí)鐘電路開始工作，在 reset 引腳 上出現(xiàn) 24 個(gè)時(shí)鐘周期以

18、上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。初始化后，程序計(jì)數(shù)器 pc 指向 0000h，p0-p3 輸出口全部為高電平，堆棧指針寫入 07h，其它專用寄存器被清“0” 。 reset 由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從 0000h 地址開始執(zhí)行程序。然而，初始復(fù)位不 改變 ram（包括工作寄存器 r0-r7）的狀態(tài)，8051 的初始態(tài)。 8051 的復(fù)位方式可以是自動(dòng)復(fù)位，也可以是手動(dòng)復(fù)位。此外，reset/vpd還是一復(fù)用 腳，vcc掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機(jī)內(nèi)部 ram 的數(shù)據(jù)不丟失。見下圖 3-4 為兩種復(fù)位方式和兩種時(shí)鐘方式： 第三章 主要器件簡介 9 pin30:ale/當(dāng)訪問外部程

19、序器時(shí)，ale(地址鎖存)的輸出用于鎖存地址的低位 字節(jié)。而訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí)，ale 端將有一個(gè) 1/6 時(shí)鐘頻率的正脈沖信號(hào)，這個(gè)信號(hào) 可以用于識(shí)別單片機(jī)是否工作，也可以當(dāng)作一個(gè)時(shí)鐘向外輸出。更有一個(gè)特點(diǎn)，當(dāng)訪問 外部程序存儲(chǔ)器，ale 會(huì)跳過一個(gè)脈沖。 如果單片機(jī)是 eprom，在編程其間，將用于輸入編程脈沖。 pin29:當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，此腳輸出負(fù)脈沖選通信號(hào)，pc 的 16 位地址 數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在 p0 和 p2 口上，外部程序存儲(chǔ)器則把指令數(shù)據(jù)放到 p0 口上，由 cpu 讀入并 執(zhí)行。 pin31:ea/vpp程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通線，8051 和 8751 單片機(jī)，內(nèi)置

20、有 4kb 的程 序存儲(chǔ)器，當(dāng) ea 為高電平并且程序地址小于 4kb 時(shí)，讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器指令數(shù)據(jù)，而 超過 4kb 地址則讀取外部指令數(shù)據(jù)。如 ea 為低電平，則不管地址大小，一律讀取外部程 序存儲(chǔ)器指令。顯然，對內(nèi)部無程序存儲(chǔ)器的 8031,ea 端必須接地。 在編程時(shí)，ea/vpp腳還需加上 21v 的編程電壓。 3.2 其它器件簡介 3.2.1 數(shù)碼管顯示 在本任務(wù)中用 4 位數(shù)碼管顯示當(dāng)前數(shù)值的千，百，十，個(gè)，由于數(shù)碼管個(gè)數(shù)多，如 采用靜態(tài)顯示方式，則占用單片機(jī)的 i/o 口線太多，如果用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的串行移位寄 存器工作方式及外接串入并出移位寄存器 74ls164 的方式，則

21、電路復(fù)雜。所以，在數(shù)碼 管個(gè)數(shù)較多時(shí)，常采用動(dòng)態(tài)顯示方式。 4 位數(shù)碼管的相同段并聯(lián)在一起，由一個(gè) 8 位 i/o（p1 口）輸出字形碼控制顯示某一 字形，每個(gè)數(shù)碼管的公共端由另外一個(gè) i/o 口（p0 口)輸出的字位碼控制，即數(shù)碼管顯示 的字形是由單片機(jī) i/o 口輸出的字形碼確定，而哪個(gè)數(shù)碼管點(diǎn)亮是由單片機(jī) i/o 口輸出 的字位碼確定的。4 個(gè)數(shù)碼管分時(shí)輪流循環(huán)點(diǎn)亮，在同一時(shí)刻只有 1 個(gè)數(shù)碼管點(diǎn)亮，但由 第三章 主要器件簡介 10 于數(shù)碼管具有余輝特性及人眼具有視覺暫留特性，所以適當(dāng)?shù)剡x取循環(huán)掃描頻率，看上 去所有數(shù)碼管是同時(shí)點(diǎn)亮的，察覺不出閃爍現(xiàn)象。動(dòng)態(tài)顯示方式所接數(shù)碼管不能太多，

22、否則會(huì)因每個(gè)數(shù)碼管所分配的實(shí)際導(dǎo)通時(shí)間太少，使得數(shù)碼管的亮度不足。在本任務(wù)中， 為了簡便，字形碼和字位碼都沒由加驅(qū)動(dòng)電路，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)加驅(qū)動(dòng)電路。數(shù)碼管有 共陰極和共陽極兩種，對于共陽數(shù)碼管，字形驅(qū)動(dòng)輸出 0 有效，字位驅(qū)動(dòng)輸出 1 有效； 而對于共陰數(shù)碼管則相反，即：字形驅(qū)動(dòng)輸出 1 有效，字位驅(qū)動(dòng)輸出 0 有效。 3.2.2 矩陣按鍵 鍵盤是單片機(jī)系統(tǒng)中最常用的人機(jī)對話輸入設(shè)備，用戶通過鍵盤向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù) 或指令。鍵盤控制程序需完成的任務(wù)有：監(jiān)測是否有鍵按下，有鍵按下時(shí)，在無硬件去 抖的動(dòng)電路時(shí)，應(yīng)用軟件延時(shí)方法消除按鍵抖動(dòng)影響；當(dāng)有多個(gè)鍵同時(shí)按下時(shí)，只處理 一個(gè)按鍵，不管一次按鍵持續(xù)

23、多長時(shí)間，僅執(zhí)行一次按鍵功能程序。 矩陣按鍵掃描程序是一種節(jié)省 io 口的方法,按鍵數(shù)目越多節(jié)省 io 口就越可觀，思路： 先判斷某一列（行）是否有按鍵按下，再判斷該行（列）是那一只鍵按下。但是，在程 序的寫法上，采用了最簡單的方法，使得程序效率最高。本程序中，如果檢測到某鍵按 下了，就不再檢測其它的按鍵，這完全能滿足絕大多數(shù)需要，又能節(jié)省大量的 cpu 時(shí)間。 本鍵盤掃描程序的優(yōu)點(diǎn)在于：不用專門的按鍵延時(shí)程序，提高了 cpu 效率，也不用 中斷來掃描鍵盤，節(jié)省了硬件資源。另外，本鍵盤掃描程序，每次掃描占用 cpu 時(shí)最短， 不論有鍵按下或者無鍵按下都可以在很短的時(shí)間完成一次掃描。 本鍵盤掃描

24、子程序名叫 key，每次要掃描時(shí)用 lcall key 調(diào)用即可。 第四章 計(jì)算器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 第四章 計(jì)算器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4.1 計(jì)算器硬件電路設(shè)計(jì) 8051 單片機(jī)一片，4*4 鍵盤一個(gè)，4 位共陽極的七段數(shù)碼管一個(gè)，連線和電阻和開關(guān) 若干。8051 單片機(jī)的 p2 口作鍵盤口，其中 p2.4-p2.7 為鍵盤掃描輸出線，p2.0-p2.3 為 鍵盤掃描輸入線。鍵盤由 4*4 共 16 個(gè)按鍵組成，10 個(gè)數(shù)字鍵（由 0-9 組成）5 個(gè)運(yùn)算符 號(hào)（加減乘除等于）組成，1 個(gè)清除鍵（作用相當(dāng)于整體復(fù)位） 。4 個(gè)數(shù)碼管用于顯示當(dāng) 前數(shù)值的千，百，十，個(gè)，采用動(dòng)態(tài)顯示方式，p1 口接 4 個(gè)數(shù)

25、碼管的七段，p0 口分別接 4 個(gè)數(shù)碼管的公共端，p1 口輸出數(shù)碼管的字形碼，p0 口輸出數(shù)碼管的字位碼。 4.2 計(jì)算器程序設(shè)計(jì) 4.2.1 存儲(chǔ)單元分配 30h 單元:數(shù)值個(gè)位顯示單元；31h 單元：數(shù)值十位顯示單元；32h 單元：數(shù)值百位顯 示單元；33h 單元：數(shù)值千位顯示單元；23h 單元：第一操作數(shù)存儲(chǔ)單元；24h 單元：第 二操作數(shù)存儲(chǔ)單元；25h 單元：鍵值暫存單元；27h 單元：清除鍵狀態(tài)；34h-37h 單元： 結(jié)果數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換暫存單元；38h-39h 單元：結(jié)果高低 8 位暫存單元；r5 單元：操作數(shù)計(jì)數(shù) 單元；r4 單元：操作數(shù)數(shù)值位數(shù)計(jì)數(shù)單元；r3 單元：運(yùn)算符號(hào)存儲(chǔ)單元

26、。 4.2.2 主程序設(shè)計(jì) 主程序進(jìn)行程序中用到的一些存儲(chǔ)單元的初始化，數(shù)值顯示和 4*4 鍵盤掃描。首先， 進(jìn)行存儲(chǔ)單元初始化，給數(shù)碼管顯示單元 30h-33h 賦予“0000”字形數(shù)據(jù)，將數(shù)值計(jì)數(shù) 單元，存儲(chǔ)單元，23h-25h,34h-37h,38h,39h,3ah,3bh,3ch,賦予初值零。之后，調(diào)用鍵 盤掃描子程序，和數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序，數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示子程序。主程序不斷進(jìn)行 鍵盤掃描，數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子程序和動(dòng)態(tài)顯示子程序。 4.2.3 數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子程序 由于數(shù)值單元存放的是二進(jìn)制數(shù)，而用戶熟悉的是十進(jìn)制數(shù)，所以應(yīng)將數(shù)值單元中 的二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)，即 bcd 碼。

27、要通過數(shù)碼管顯示出當(dāng)前數(shù)值，還必須將 bcd 碼 進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為七段碼，轉(zhuǎn)換的最終結(jié)果數(shù)據(jù)存放于顯示緩沖區(qū) 30h-33h 單元中，其中 30h 單元存放數(shù)值的個(gè)位七段碼，31h 單元存放數(shù)值的十位七段碼，32h 單元存放數(shù)值的百位 第四章 計(jì)算器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 七段碼，33h 單元存放數(shù)值的千位七段碼。 4.2.4 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示子程序 本任務(wù)由 p1 口輸出字形碼，p0 口輸出字位碼。先將存放于 30h 單元的數(shù)值個(gè)位七段 碼由 p1 口輸出，同時(shí) p0 口輸出使數(shù)值個(gè)位顯示數(shù)碼管點(diǎn)亮的字位碼。由于采用的是共 陽數(shù)碼管，所以只有該位數(shù)碼管對應(yīng)的 p0.0 為 1，其他位 p0.1-p0.3

28、位 0，點(diǎn)亮延時(shí) 10ms。然后 p1 口輸出數(shù)值十位七段碼，p0.1 位 1，數(shù)值十位數(shù)碼管點(diǎn)亮，延時(shí) 10ms。接 著 p1 口輸出數(shù)值百位七段碼，p0.2 為 1，數(shù)值百位數(shù)碼管點(diǎn)亮，延時(shí) 10ms。最后 p1 口 輸出數(shù)值千位七段碼，p0.3 為 1，數(shù)值千位數(shù)碼管點(diǎn)亮，延時(shí) 10ms。 4.3 系統(tǒng)總框圖： 第四章 計(jì)算器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 4.4 程序源代碼： dispbuf equ 30h ;顯示緩沖區(qū)首地址定義 org 0000h ;主程序的入口地址 start:mov dispbuf,#0c0h ;4 個(gè)數(shù)碼管顯示“0000”字形數(shù)據(jù) mov dispbuf+1,#0c0h mo

29、v dispbuf+2,#0c0h mov dispbuf+3,#0c0h mov 37h,#00h ;數(shù)值初始化 mov 27h,#00h mov 26h,#00h mov 25h,#00h mov 24h,#00h mov 23h,#00h mov r3,#00h mov r5,#00h mov r4,#00h loop: lcall key ;調(diào)用鍵盤掃描子程序 mov r6,27h cjne r6,#00h,start ;清除鍵判斷 mov r6,26h cjne r6,#00h,fa ;顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子程序選擇 lcall conv ;調(diào)用數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子程序 fa:lcall d

30、ispscan ;調(diào)用數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示子程序 sjmp loop key:mov p2,#0fh ;鍵盤掃描子程序 mov a,p2 anl a,#0fh cjne a,#0fh,k10 ret k10:jb p2.0,k20 第四章 計(jì)算器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 k11:mov p2,#0efh jb p2.0,k12 cjne r5,#00h,l1 mov r4,#00h inc r5 mov r3,#1h l1:ljmp cend k12: mov p2,#0dfh jb p2.0,k13 cjne r5,#00h,l2 mov r4,#00h inc r5 mov r3,#2h l2:ljmp

31、cend k13: mov p2,#0bfh jb p2.0,k14 cjne r5,#00h,l3 mov r4,#00h inc r5 mov r3,#3h l3:ljmp cend k14: mov p2,#7fh jb p2.0,kil cjne r5,#00h,l4 mov r4,#00h inc r5 mov r3,#4h kil:ljmp kend l4:ljmp cend k20:jb p2.1,k30 k21:mov p2,#0efh 第四章 計(jì)算器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 jb p2.1,k22 ljmp dyu k22:mov p2,#0dfh jb p2.1,k23 mov 25

32、h,#3h ljmp opr k23:mov p2,#0bfh jb p2.1,k24 mov 25h,#6h ljmp opr k24:mov p2,#7fh jb p2.1,cctv mov 25h,#9h ljmp opr cctv:ljmp kend k30:jb p2.2,k40 k31: mov p2,#0efh jb p2.2,k32 mov 25h,#0h ljmp opr k32:mov p2,#0dfh jb p2.2,k33 mov 25h,#2h ljmp opr k33:mov p2,#0bfh jb p2.2,k34 mov 25h,#5h ljmp opr k34

33、:mov p2,#7fh jb p2.2,kend mov 25h,#8h 第四章 計(jì)算器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 ljmp opr k40:jb p2.3,kend k41: mov p2,#0efh jb p2.3,k42 inc 27h ljmp kend k42:mov p2,#0dfh jb p2.3,k43 mov 25h,#1h ljmp opr k43:mov p2,#0bfh jb p2.3,k44 mov 25h,#4h ljmp opr k44:mov p2,#7fh jb p2.3,kend mov 25h,#7h ljmp opr opr:inc r4 ;鍵值存儲(chǔ) cjne r

34、5,#00h,chang cjne r4,#2h,kbk zhi:mov a,20h mov b,#0ah mul ab mov 20h,25h add a,20h cjne r5,#00h,czh mov 23h,a ljmp kend czh: mov 24h,a ljmp kend 第四章 計(jì)算器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 kend:mov p2,#0fh mov a,p2 anl a,#0fh cjne a,#0fh,kend ret chang:cjne r4,#2h,hong ajmp zhi hong:jnc cend inc r5 mov 20h,25h mov 24h,25h ljmp

35、cend kbk:jnc cend mov 20h,25h mov 23h,25h ljmp cend dyu:mov r5,#00h ;結(jié)果計(jì)算 mov r4,#00h mov 25h,#00h cjne r3,#1h,s mov a,23h add a,24h mov 23h,a sjmp cend s:cjne r3,#2h,s1 clr c mov a,23h cjne a,#00h,jianfa mov 23h,#0eh sjmp cend jianfa:subb a,24h 第四章 計(jì)算器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 mov 23h,a sjmp cend s1:cjne r3,#3h,s2 m

36、ov a,23h mov b,24h mov a,23h mul ab mov r6,b cjne r6,#00h,cheng mov 23h,a sjmp cend s2:cjne r3,#4,cend mov a,24h cjne a,#00h,zy mov a,#00h sjmp cend zy:mov a,23h mov b,24h div ab mov 23h,a cend:mov p2,#0fh mov a,p2 anl a,#0fh cjne a,#0fh,cend ret cheng:mov r3,b mov b,#64h div ab mov 36h,a mov a,b mo

37、v b,#0ah 第四章 計(jì)算器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 div ab mov 35h,a mov 34h,b mov dptr,#table xian:mov a,34h add a,#6h mov b,#0ah div ab mov 25h,a mov 34h,b mov a,b movc a,a+dptr mov dispbuf,a mov a,35h add a,#5h add a,25h mov b,#0ah div ab mov 25h,a mov 35h,b mov a,b movc a,a+dptr mov dispbuf+1,a mov a,36h add a,#2h add a,25h mov b,#0ah div ab add a,37h mov 37h,a movc a,a+dptr 第四章 計(jì)算器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 mov dispbuf+3,a mov 36h,b mov a,b movc a,a+dptr mov dispbuf+2,a djnz r6,xian mov 26h,#1h ajmp cend con