九九乘法表判斷器

1、河北工程大學(xué)科信學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書（2012 /2013學(xué)年第二學(xué)期）課程名稱 ： 單片機(jī)原理及應(yīng)用 題 目 ： 九九乘法表判斷器 專業(yè)班級(jí) ： 自動(dòng)化3班 學(xué)生姓名 ： 呂雪敏 學(xué) 號(hào) : 090412111 指導(dǎo)教師 : 韓昱 王靜爽 王立國(guó)設(shè)計(jì)周數(shù) : 2 周 設(shè)計(jì)成績(jī) ： 2013年6月27日目錄1. 課程設(shè)計(jì)任務(wù)及目的 -21.1課程設(shè)計(jì)任務(wù) -2 1.1.1技術(shù)要求 -21.1.2原始數(shù)據(jù)及主要任務(wù) -2 1.2 課程設(shè)計(jì)目的 -22.課程設(shè)計(jì)正文 -32.1 硬件設(shè)計(jì) -32.1.1 硬件方案設(shè)計(jì) -32.1.2 單元電路設(shè)計(jì) -52.1.3軟件與硬件結(jié)合調(diào)試 -82.2 軟件設(shè)

2、計(jì) -92.2.1 系統(tǒng)分析 -92.2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) -102.2.3 系統(tǒng)實(shí)施 -173. 課程設(shè)計(jì)總結(jié) -174.參考文獻(xiàn) -18 5.教師評(píng)語(yǔ) -19 1. 課程設(shè)計(jì)任務(wù)及目的1.1 課程設(shè)計(jì)任務(wù)1.1.1 技術(shù)要求：以MCS-51單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)出一個(gè)九九乘法表判斷器。2個(gè)數(shù)碼管顯示輸入答案；一個(gè)數(shù)字加1循環(huán)按鍵，一個(gè)乘按鍵，一個(gè)輸入答案按鍵，一個(gè)清零按鍵。若輸入正確，蜂鳴器鳴響2秒；答案錯(cuò)誤，則清零重新輸入。1.1.2 原始數(shù)據(jù)及主要任務(wù)：a、確定總體設(shè)計(jì)法案；b、設(shè)計(jì)鍵盤輸入電路；c、設(shè)計(jì)顯示電路；d、編寫系統(tǒng)程序；e、利用Protel設(shè)計(jì)硬件電路原理圖和PCB 圖；f、軟硬件

3、聯(lián)機(jī)調(diào)試。1.2 課程設(shè)計(jì)目的（1） 通過(guò)九九乘法表判斷器的設(shè)計(jì)，掌握數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示的原理；（2） 通過(guò)單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，熟練掌握軟件編程的方法，將理論知識(shí)聯(lián)系到實(shí)踐中去，提高我們的動(dòng)腦動(dòng)手能力；（3） 完成系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、仿真調(diào)試，學(xué)會(huì)將硬件知識(shí)和軟件知識(shí)結(jié)合起來(lái)，使兩者相互補(bǔ)充，共同實(shí)現(xiàn)一個(gè)系統(tǒng)的功能；（4） 通過(guò)課程設(shè)計(jì)加深理解課堂教學(xué)內(nèi)容，掌握單片機(jī)的基本應(yīng)用方法。通過(guò)實(shí)驗(yàn)熟悉微機(jī)基本接口芯片的外型、引腳、編程結(jié)構(gòu)。掌握程序設(shè)計(jì)和單片機(jī)基本接口電路的設(shè)計(jì)、應(yīng)用方法，做到理論聯(lián)系實(shí)際2、課程設(shè)計(jì)正文2.1 硬件設(shè)計(jì)2.1.1 總體設(shè)計(jì)方案（電路原理圖如下）系統(tǒng)組成：該系統(tǒng)由單片機(jī)

4、基本電路、數(shù)碼管顯示電路，按鍵輸入電路以及蜂鳴器電路組成。其中單片機(jī)基本電路已在課程設(shè)計(jì)專用單片機(jī)基本電路給出。系統(tǒng)工作原理：鍵盤輸入單片機(jī)數(shù)碼管顯示蜂鳴器系統(tǒng)通過(guò)鍵盤輸入模塊向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)的計(jì)算按條件再向數(shù)碼管顯示模塊和蜂鳴器輸出指令，使之執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。各個(gè)模塊的工作原理將在下文做具體介紹。STC90C52AD說(shuō)明 STC90C52AD的引腳圖STC90C52AD的引腳說(shuō)明和功能說(shuō)明如下：XTAL1 ：接外部晶振的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一反相放大器輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。采用外部振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)接地。 XTAL2 ：接外部晶振的一個(gè)引腳。在片內(nèi)接至振蕩器的

5、反相放大器輸出端和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器輸入端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，則此引腳接外部振蕩信號(hào)的輸入。 RST ：AT89C51的復(fù)位信號(hào)輸入引腳，高電位工作，當(dāng)要對(duì)芯片復(fù)位時(shí)，只要將此引腳電位提升到高電位，并持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的時(shí)間，AT89C51便能完成系統(tǒng)復(fù)位的各項(xiàng)工作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器的內(nèi)容均被設(shè)成已知狀態(tài)。 P0口(P0.0P0.7)是一個(gè)8位漏極開路雙向輸入輸出端口，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)時(shí)，它是地址總線（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用。外部不擴(kuò)展而單片應(yīng)用時(shí)，則作一般雙向IO口 用。P0口每一個(gè)引腳可以推動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。 P2口(P2.0P2.7)口是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/0端口(準(zhǔn)雙向并

6、行I/O口)，當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，它是高8位地址。外部不擴(kuò)展而單片應(yīng)用時(shí)，則作一般雙向IO口用。每一個(gè)引腳可以推動(dòng)4個(gè)LSTL負(fù)載。 P1口(P1.0P1.7)口是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/0端口(準(zhǔn)雙向并行I/O口)，其輸出可以推動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載。僅供用戶作為輸入輸出用的端口。 P3口(P3.0P3.7)口是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/0端口(準(zhǔn)雙向并行I/O口)，它還提供特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)控制及外部隨機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ堋?2.1.2單元電路設(shè)計(jì)（一）單片機(jī)基本系統(tǒng)1、電路說(shuō)明課程設(shè)計(jì)配發(fā)的小電路板（ISP-MCU Basic circuit

7、）電路原理圖。該板作為課程設(shè)計(jì)的核心電路板使用，板上有單片機(jī)及附屬電路，RS-232通信驅(qū)動(dòng)電路，高低電平測(cè)試電路等。課程設(shè)計(jì)電路中需要的其他電路在此基礎(chǔ)上擴(kuò)展，通過(guò)插孔連接。擴(kuò)展電路在萬(wàn)用板上制作。2、器件安裝PCB板上畫成熔斷器的器件“W1W4”安裝導(dǎo)線短接，最先安裝。然后依次安裝電阻、插孔座、DIP插座、發(fā)光二極管、瓷片電容、獨(dú)石電容、電解電容、按鈕，最后安裝接線端子和DB9插座。注意所有插座、插孔座、按鈕及接線端子一定要安裝牢靠。晶體諧振器處安裝插孔座，以便更換晶振。3、使用說(shuō)明基本電路板上的單片機(jī)使用宏晶公司支持串口下載程序（ISP）的單片機(jī)，如STC90C52AD。單片機(jī)的技術(shù)資料

8、和用于下載程序的軟件可從宏晶公司網(wǎng)站上下載，也可向指導(dǎo)老師所要。需要閱讀理解單片機(jī)資料中“在系統(tǒng)可編程使用”，用到模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的組還要閱讀“A/D轉(zhuǎn)換寄存器及應(yīng)用”。調(diào)試程序時(shí)建議充分利用程序下載方便的有利條件，先編一些短小的程序驗(yàn)證硬件電路的正確性和使用方法的正確性。完整程序復(fù)雜時(shí)建議使用單片機(jī)仿真軟件幫助排除錯(cuò)誤。也可利用下載軟件自帶的串口工具幫助調(diào)試，通過(guò)單片機(jī)把運(yùn)行狀態(tài)和重要數(shù)據(jù)送到PC機(jī)。擴(kuò)展電路盡量不要再使用P3.0和P3.1口，必須使用時(shí)可作為單片機(jī)的輸出口使用。（二）按鍵輸入單元設(shè)計(jì)1、電路說(shuō)明按鍵輸入單元的電路圖如圖。該單元作為系統(tǒng)的輸入，采用了四個(gè)獨(dú)立按鍵，分別為數(shù)字加一循

9、環(huán)按鍵S1（接P1.0口）、乘按鍵S2（接P1.1口）、答案輸入按鍵S3（接P1.2鍵）、清零按鍵S4按鍵（接P1.3口）。當(dāng)按鍵按下，電源與地短路，使單片機(jī)端口電平被拉低，從而檢測(cè)出一個(gè)輸入。各個(gè)接口通過(guò)插針與單片機(jī)相連。2、器件安裝按鈕順向相對(duì)引腳為一對(duì)，每個(gè)鈕有兩對(duì)引腳，安裝的時(shí)候要注意將同極性的兩個(gè)引腳接到一起，以提高可靠性。上拉電阻為470K。（三）數(shù)碼管顯示單元1、電路說(shuō)明數(shù)碼管顯示單元的電路原理圖如圖。該單元作為系統(tǒng)的輸出顯示，采用兩個(gè)共陽(yáng)極數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示。兩數(shù)碼管段選信號(hào)引腳并聯(lián)通過(guò)1K的限流電阻接到單片機(jī)的P2口，從P2.0到P2.7一次接數(shù)碼管的adp腳。由于采用了共陽(yáng)極的

10、數(shù)碼管，因此不需要驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示，只需單片機(jī)引腳給出低電平相應(yīng)斷即可點(diǎn)亮。兩個(gè)數(shù)碼管的片選端分別接兩個(gè)PNP型三級(jí)管的集電極，三級(jí)管的射極接電源，基極接單片機(jī)P1.5、P1.6端。該三極管起到了控制以及放大電流的作用，使得單片機(jī)可以通過(guò)給相應(yīng)端口送低電平而使數(shù)碼管點(diǎn)亮。2.器件安裝通過(guò)查詢得到數(shù)碼管的引腳排序，找出響應(yīng)的引腳。在單片機(jī)端口外接1K的限流電阻，以防止電流過(guò)大損壞數(shù)碼管。兩個(gè)數(shù)碼管的片選端分別接兩個(gè)PNP型三級(jí)管的集電極，三級(jí)管的射極接電源，基極接單片機(jī)。注意數(shù)碼管、三極管的引腳不能接錯(cuò)。（三）蜂鳴器輸出單元1.電路說(shuō)明蜂鳴器輸出單元的電路圖如圖。該單元作為系統(tǒng)的輸出，在

11、計(jì)算結(jié)果正確時(shí)鳴響。蜂鳴器通過(guò)一個(gè)PNP型三極管與電源和單片機(jī)P1.4口相連。三極管的放大作用避免了蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電流的不足，也使得單片機(jī)可以通過(guò)給P1.4口低電平使蜂鳴器鳴響。2.器件安裝注意三級(jí)管的極性，以及限流電阻的接法。 （四）附加電路器件表標(biāo)識(shí)符器件名規(guī)格型號(hào)數(shù)量U1單片機(jī)STC90C52AD1DS1DS2共陽(yáng)極數(shù)碼管LG5611BH2R1R7電阻470k7R8R10電阻1k3R11電阻10k1Q1Q3PNP型三級(jí)管90123X1晶振60HZ1C1C2電容30pf2C3電解電容10uf1S1S5按鍵5LS1蜂鳴器12.1.3軟件與硬件結(jié)合調(diào)試硬件調(diào)試：硬件調(diào)試是利用DVCC實(shí)驗(yàn)與開發(fā)系統(tǒng)

12、、基本測(cè)試儀器（萬(wàn)用表、示波器等），檢查用戶系統(tǒng)硬件中存在的故障。硬件調(diào)試可分為靜態(tài)調(diào)試與動(dòng)態(tài)調(diào)試兩步進(jìn)行。靜態(tài)調(diào)試：是在用戶系統(tǒng)未工作時(shí)的一種硬件檢測(cè)。第一步：目測(cè)。檢查外部的各種元件或者是電路是否有斷點(diǎn)。第二步：用萬(wàn)用表測(cè)試。先用萬(wàn)用表復(fù)核目測(cè)中有疑問(wèn)的連接點(diǎn)，再檢測(cè)各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象。第三步：加電檢測(cè)。給板加電，檢測(cè)所有插座或是器件的電源端是否符合要求的值 第四步：聯(lián)機(jī)檢查。因?yàn)橹挥杏脝纹瑱C(jī)開發(fā)系統(tǒng)才能完成對(duì)用戶系統(tǒng)的調(diào)試。 動(dòng)態(tài)調(diào)試：是在用戶系統(tǒng)工作的情況下發(fā)現(xiàn)和排除用戶系統(tǒng)硬件中存在的器件內(nèi)部故障、器件連接邏輯錯(cuò)誤等的一種硬件檢查。動(dòng)態(tài)調(diào)試的一般方法是由近及遠(yuǎn)、由分到

13、合。由分到合是指首先按邏輯功能將用戶系統(tǒng)硬件電路分為若干塊，當(dāng)調(diào)試電路時(shí)，與該元件無(wú)關(guān)的 器件全部從用戶系統(tǒng)中去掉，這樣可以將故障范圍限定在某個(gè)局部的電路上。當(dāng)各塊電路無(wú)故障后，將各電路逐塊加入系統(tǒng)中，在對(duì)各塊電路功能及各電路間可能存在的相互聯(lián)系進(jìn)行調(diào)試。由分到合的調(diào)試既告完成。由近及遠(yuǎn)是將信號(hào)流經(jīng)的各器件按照距離單片機(jī)的邏輯距離進(jìn)行由近及遠(yuǎn)的分層，然后分層調(diào)試。調(diào)試時(shí)，仍采用去掉無(wú)關(guān)元件的方法，逐層調(diào)試下去，就會(huì)定位故障元件了。軟件調(diào)試：軟件調(diào)試是通過(guò)對(duì)程序的匯編、連接、執(zhí)行來(lái)發(fā)現(xiàn)程序中存在的語(yǔ)法錯(cuò)誤與邏輯錯(cuò)誤并加以排除糾正的過(guò)程?？梢岳梅抡嫫骷右哉{(diào)試，對(duì)系統(tǒng)單個(gè)單元進(jìn)行調(diào)試，當(dāng)單元電路成

14、功后，在對(duì)整個(gè)程序調(diào)試，最后在用功CPU芯片調(diào)試。系統(tǒng)調(diào)試在焊接完畢附加電路以后，可通過(guò)肉眼做初步的觀察，看是否存在虛焊、漏焊等明顯缺陷，確認(rèn)沒(méi)有以后，可以通電對(duì)蜂鳴器單元、數(shù)碼管顯示單元進(jìn)行調(diào)試：將蜂鳴器的使能端接到5V電源負(fù)極，正常鳴響則該單元合格。再將每個(gè)數(shù)碼管的使能端和段選端接到電源負(fù)極，如果每段都正常點(diǎn)亮則該單元合格。若某單元不正常，則需找出錯(cuò)誤改正后在調(diào)試，直到合格為止。對(duì)于按鍵單元?jiǎng)t可以通過(guò)萬(wàn)用表測(cè)其通態(tài)與斷態(tài)的電阻來(lái)確定其實(shí)否合格。合格時(shí)，通態(tài)電阻接近0，斷態(tài)電阻接近無(wú)窮。至此，硬件電路設(shè)計(jì)完畢。2.2 軟件設(shè)計(jì)2.2. 1 系統(tǒng)分析該系統(tǒng)為一個(gè)九九乘法表判斷器，故需要有乘數(shù)及

15、答案的輸入。在硬件電路中設(shè)置了4個(gè)按鍵，S1、S2、S3、S4分別作為數(shù)字加一循環(huán)、乘、答案輸入、清零按鍵。兩個(gè)數(shù)碼管顯示輸入的數(shù)字。而蜂鳴器則在答案正確的時(shí)候作提示用。在按方面，由于只有一個(gè)數(shù)字循環(huán)鍵，所以，將乘按鍵和答案輸入鍵設(shè)置為多功能按鍵。在第一次按下S2時(shí)再按S1則可輸入第一個(gè)乘數(shù)，第二次按下S2鍵的時(shí)候按K1鍵可以輸入第二個(gè)乘數(shù)。在S3第一次按下后，按S1輸入答案的十位數(shù)，S3第二次按下后輸入答案的個(gè)位數(shù)，S3第三次按下則判斷并顯示結(jié)果：正確則蜂鳴2秒，錯(cuò)誤則清零重來(lái)。這樣就減少了S1鍵的按鍵次數(shù)。同時(shí)，在乘數(shù)沒(méi)有輸入完畢，即S2鍵按下少于2次時(shí)，答案輸入按鍵是無(wú)效的；在輸入答案時(shí)

16、，S2是無(wú)效的。這樣避免了誤操作。在此技術(shù)要求下，程序流程圖如下：N開始初始化S2（乘）按鍵功能子程序S4（清零）按鍵子程序乘數(shù)輸入子程序答案輸入子程序S3是否按下S4是否按下S3（答案輸入）按鍵功能子程序S2鍵是否按下YYNYN2.2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)流程圖編寫系統(tǒng)程序如下：#include /頭文件#define uint unsigned int /宏定義#define uchar unsigned charuchar shu1,shu2,shu3,shu31,shu32,i,flag1,num,shu4,aa;sbit key1=P10;/按鍵1 加1按鍵sbit key2=P11

17、;/按鍵2 乘法按鍵sbit key3=P12;/按鍵3 輸入按鍵sbit key4=P13;/按鍵4 清零按鍵sbit D1=P15; /數(shù)碼管1 sbit D2=P16; /數(shù)碼管2sbit FM=P14; /蜂鳴器uchar code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f, 0x66,0x6d,0x7d,0x07, 0x7f,0x6f,0x77,0x7c, 0x39,0x5e,0x79,0x71;void delay(uint z); /延時(shí)子函數(shù)void display(uchar shu); /數(shù)碼管顯示子函數(shù)void scan(); /鍵盤掃描按鍵void unit(

18、);/定時(shí)器初始化void dd();/*主函數(shù)*/void main()unit();FM=1;while(1)/FM=0;scan();void delay(uint z)uint x,y;for(x=110;x0;x-)for(y=z;y0;y-);void dd()num=1;shu1=0;shu2=0;shu32=0;shu31=0;shu3=0;shu4=0;FM=1;EA=0; void display(uchar shu)D1=1;D2=0;P2=tableshu/10;delay(5);D1=0;D2=1;P2=tableshu%10;delay(5);void scan()

19、/鍵盤掃描 if(key4=0)delay(5);if(key4=0)dd();while(!key4);if(key3=0)delay(5);if(key3=0)num+;if(num=5)num=0;while(!key3);switch(num)case 1: if(num!=0) if(key1=0) delay(5);if(key1=0)shu1+;if(shu1=10)shu1=0;while(!key1); display(shu1); if(key2=0) delay(5);if(key2=0)num=2;while(!key2); break;case 2: if(num!=

20、0)if(key1=0)delay(5);if(key1=0)shu2+;if(shu2=10) shu2=0;while(!key1);display(shu2); break;case 3: if(num!=0)if(key1=0)delay(5);if(key1=0)shu31+;if(shu31=10)shu31=0;while(!key1);if(key2=0)delay(5);if(key2=0) shu32+; if(shu32=10) shu32=0; while(!key2);shu3=shu31*10+shu32;display(shu3); break;case 4: i

21、f(num!=0)/判斷是否正確 對(duì) 蜂鳴器2秒 錯(cuò) 清零 shu4=(shu1*shu2);display(shu4);if(shu3=shu4) / delay(5); FM=0;EA=1;if(aa=40)aa=0;dd();/FM=1;/delay(1000);/FM=0;/delay(5);/break;break;void unit()TMOD=0x01;/定時(shí)器模式的初始化TH0=(65536-50000)/256; /裝初值TL0=(65536-50000)%256;/EA=1; /開總中斷ET0=1;/開定時(shí)器0中斷TR0=1;/開啟中斷/FM=0;void temer0()

22、 interrupt 1 /定時(shí)符程序TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;aa+;2.2.3 系統(tǒng)實(shí)施將程序下載到單片機(jī)中，給電路上電。此時(shí)，數(shù)碼管顯示一個(gè)“0”，加一按鍵、答案輸入按鍵皆為無(wú)效。按一次乘按鍵，加一鍵生效，可按加一鍵輸入第一個(gè)乘數(shù)，數(shù)碼管顯示輸入值；再按一次乘按鍵后，該鍵失效，答案輸入按鍵生效，數(shù)碼管顯示“0”，按加一鍵輸入第二個(gè)乘數(shù)。按一次答案輸入按鍵，數(shù)碼管顯示“00”，此時(shí)可按加一鍵輸入答案的十位數(shù)，第一個(gè)數(shù)碼管顯示輸入數(shù)值，第二個(gè)數(shù)碼管顯示“0”；再按一次答案輸入按鍵，數(shù)碼管顯示“x0”（x為此前輸入的答案十位數(shù)），按加一鍵可以輸入答案的個(gè)位，第二個(gè)數(shù)碼管顯示輸入值；第三次按下答案輸入按鍵判斷答案是否正確，如果正確，則蜂鳴器響2秒數(shù)碼管顯示正確答案，否則數(shù)碼管顯示“0”，從新輸入數(shù)據(jù)；在整個(gè)過(guò)程中，都可以按清零鍵重新輸入數(shù)據(jù)。據(jù)實(shí)測(cè)，所設(shè)計(jì)的硬件電路及程序可以實(shí)現(xiàn)任務(wù)要求。3、課程設(shè)計(jì)總結(jié)經(jīng)過(guò)兩周的課程設(shè)計(jì)，我深刻了解到單片機(jī)的重要性。單片機(jī)是我們專業(yè)