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并入串出乘法口訣的設(shè)計(jì)與仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)
目錄

第一章 概述 3
1.1課題研究及意義 3
1.2課題設(shè)計(jì)內(nèi)容 4
第二章系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5
2.1LCD顯示模塊 5
2.2運(yùn)算模塊 7
第三章 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)硬件部分 8
3.1 硬件設(shè)計(jì)說明 8
3.2時(shí)鐘電路 8
3.3復(fù)位電路 9
3.4鍵盤電路 10
第四章 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)軟件部分 11
4.1 軟件設(shè)計(jì)說明 11
4.2主函數(shù) 12
4.3LCD顯示函數(shù) 14
4.4算術(shù)函數(shù)流程圖 14
第五章 系統(tǒng)調(diào)試 16
5.1建立程序 16
5.2使用proteus仿真電路如圖所示 18
5.3 proteus與keil聯(lián)調(diào) 19
六 總結(jié) 22
參考文獻(xiàn) 24

          第一章  概述

1.1課題研究及意義
當(dāng)今社會(huì)，應(yīng)用單片機(jī)的產(chǎn)品已經(jīng)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的足跡?，F(xiàn)在，這種單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等，這些都離不開單片機(jī)。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的工程師和科學(xué)家?？萍荚桨l(fā)達(dá)，智能化的東西就越多。學(xué)習(xí)單片機(jī)是社會(huì)發(fā)展的必然需求，也是電子愛好者和工程師的必修課。
早期的大部分電子儀器和設(shè)備，不是成本太高就是電路復(fù)雜，工程師要維護(hù)它要花很多精力和時(shí)間，想要更改它的功能更加困難。而單片機(jī)強(qiáng)大的功能應(yīng)付這些將會(huì)使您得心應(yīng)手，當(dāng)然前提是您必需要去了解和學(xué)習(xí)它。
　從事單片機(jī)技術(shù)的研發(fā)工程師都屬于高職位、高薪水崗位。據(jù)調(diào)查，截止2006年，我國的單片機(jī)從業(yè)人員250萬人。隨著社會(huì)的發(fā)展，單片機(jī)的從業(yè)人員將更為搶手。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，到2010年，我國單片機(jī)設(shè)計(jì)從業(yè)人員將達(dá)400萬人之多。培養(yǎng)單片機(jī)應(yīng)用人才，特別是具有最新現(xiàn)代單片機(jī)技術(shù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的工程師具有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　如果說單片機(jī)和我們用的電腦的在本質(zhì)上沒有什么區(qū)別，你一定感到驚訝（一個(gè)芯片）。這并不奇怪。而事實(shí)就是這樣理解的：單片機(jī)是一個(gè)簡單卻又是完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，麻雀雖小，五臟俱全，它被集成到一個(gè)芯片上。它內(nèi)部也用和電腦功能類似的模塊，比如CPU，內(nèi)存，并行總線，還有和硬盤作用相同的存儲器件，不同的是它的這些部件性能都相對我們的家用電腦弱很多，不過價(jià)錢也是低的，一般不超過10元即可。但用它來做一些控制電器一類不是太復(fù)雜的工作足夠了。我們現(xiàn)在用的全自動(dòng)滾筒洗衣機(jī)，排煙罩VCD等等的家電里面都可以看到它的身影。它主要是作為控制部分的核心部件。
可以說單片機(jī)系統(tǒng)改變的大家的生活，使得我們的生活變得豐富多彩。計(jì)算器我相信大家都用過，它給大家?guī)砹擞?jì)算的方便和計(jì)算的快捷。是人們的日常生活中是比較常見的電子產(chǎn)品之一?？墒撬€在發(fā)展之中，以后必將出現(xiàn)功能更加強(qiáng)大的計(jì)算器。
本文基于對單片機(jī)AT89C51的理解和運(yùn)用，結(jié)合MM74C922做一個(gè)并入串出乘法口訣的設(shè)計(jì)與仿真系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)乘法基本功能。采用LCD顯示結(jié)果數(shù)據(jù)，熟悉掌握C語言進(jìn)行軟件編譯，最后學(xué)習(xí)protues和keil軟件對設(shè)計(jì)出的計(jì)算器進(jìn)行仿真校對。這次的設(shè)計(jì)不能對小數(shù)進(jìn)行計(jì)算，對于計(jì)算的范圍也有規(guī)定。不能超出正134217728和負(fù)134217728.
1.2課題設(shè)計(jì)內(nèi)容
本課程設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是并入串出乘法口訣的設(shè)計(jì)與仿真系統(tǒng)
設(shè)計(jì)，即根據(jù)不同的按鍵要求，計(jì)算出正確的結(jié)果。并入串出乘法口訣的設(shè)計(jì)與仿真系統(tǒng)，對硬件電路與軟件程序分別進(jìn)行調(diào)試，并進(jìn)行軟硬件聯(lián)調(diào)，要求狀得調(diào)試成功的實(shí)物。

第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1LCD顯示模塊
LED顯示發(fā)光二極管是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中一個(gè)長用的設(shè)備輸出，在系統(tǒng)里的主要功能就是顯示輸出數(shù)據(jù)和狀態(tài)。LED最大的特點(diǎn)比較便宜，壽命長，對電壓要求不高，可以實(shí)現(xiàn)多路等。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我選擇的是LM044L。它采用標(biāo)準(zhǔn)14腳接口，其中：包括8根數(shù)據(jù)線(D0-D7)，三根控制線（rs,rw,e）電源地，電源以及液晶驅(qū)動(dòng)電壓引腳(VSS,VDD,VEE)，如圖所示：

LM044L線路圖
我們采用8 段數(shù)碼管，其中位于顯示器右下角的LED 作小數(shù)點(diǎn)用。LED 顯示器有兩種不同的形式：共陰極和共陽極。本次設(shè)計(jì)采用共陰極接法

8段數(shù)碼顯示管 LED共陰極接法
LED顯示器由七段發(fā)光二極管組成，排列成8字形狀，因此也稱為七段LED顯示器。簡易計(jì)算器用到的數(shù)字0~9的共陰極字形代碼如下表：
顯示字 g f E d c b a 段碼
0 0 1 1 1 1 1 1 3fh
1 0 0 0 0 1 1 0 06h
2 1 0 1 1 0 1 1 5bh
3 1 0 0 1 1 1 1 4fh
4 1 1 0 0 1 1 0 66h

5 1 1 0 1 1 0 1 6dh
6 1 1 1 1 1 0 1 7dh
7 0 0 0 0 1 1 1 07h
8 1 1 1 1 1 1 1 7fh
9 1 1 0 1 1 1 1 6fh

2.2運(yùn)算模塊
MCS-51單片機(jī)是在一塊芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和多功能I/O等計(jì)算機(jī)所需要的基本功能部件。如果按功能劃分單片機(jī)，由以下功能部件組成，即微處理器(CPU)，數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，程序存儲器（ROM/EPROM），并行I/O口，串行口，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器（SFR）。單片機(jī)是 必須靠程序運(yùn)行的，并且可以修改。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，所以使得單片機(jī)的功能很強(qiáng)大很實(shí)用。尤其是特殊的一些功能，通過使用單片機(jī)編寫的程序可以實(shí)現(xiàn)高智能、高效率以及高可靠性還有高安全性，這次采用單片機(jī)作為計(jì)算器的主要功能部件是正確的，它可以很快的實(shí)現(xiàn)運(yùn)算功能。
運(yùn)算模塊包括鍵盤和顯示屏組成。單片機(jī)通過按鍵來實(shí)現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)和操作方式的控制，在運(yùn)算過程中，對所設(shè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行乘法運(yùn)算時(shí)，要先確定選運(yùn)算符*，則要判斷結(jié)果是否會(huì)溢出，溢出則顯示錯(cuò)誤提示，沒有溢出則顯示運(yùn)算結(jié)果，若是/，則要判斷除數(shù)是否為零，為零時(shí)顯示錯(cuò)誤提示，不為零顯示運(yùn)算結(jié)果。

第三章 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)硬件部分
3.1 硬件設(shè)計(jì)說明

這次論文設(shè)計(jì)所用到的硬件有單片機(jī)AT89C51，芯片MM74C922，LM044L數(shù)碼顯示管，4×4的鍵盤，如圖所示：

硬件說明圖
3.2時(shí)鐘電路
在MCS－51單片機(jī)片內(nèi)有一個(gè)高增益的反相放大器，反相放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2，由該放大器構(gòu)成的振蕩電路和時(shí)鐘電路一起構(gòu)成了單片機(jī)的時(shí)鐘方式。根據(jù)硬件電路的不同，單片機(jī)的時(shí)鐘連接方式可分為內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。我們采用內(nèi)部時(shí)鐘方式。在內(nèi)部方式時(shí)鐘電路中，必須在XTAL1和XTAL2引腳兩端跨接石英晶體振蕩器和兩個(gè)微調(diào)電容構(gòu)成振蕩電路， C1和C2取 30pF左右，晶振的頻率取值范圍1.2MHz~12MHz。根據(jù)實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)采用12MHz作為系統(tǒng)的外部晶振，電容值取30pF。
3.3復(fù)位電路
單片機(jī)復(fù)位是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。無論是單片機(jī)剛開始接上電源時(shí)，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復(fù)位。所以，必須弄清楚MCS-51單片機(jī)復(fù)位的條件、復(fù)位電路和復(fù)位后的狀態(tài)。
單片機(jī)復(fù)位的條件是：必須使RST/Vpd或RST引腳（9腳）加上持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期（即24個(gè)振蕩周期）的高電平。例如，若時(shí)鐘頻率為12MHz,每機(jī)器周期為1us，則只需2us以上時(shí)間的高電平。在RST引腳出現(xiàn)高電平后的第二個(gè)周期執(zhí)行復(fù)位。單片機(jī)常見的復(fù)位電路有上電復(fù)位電路和按鍵復(fù)位電路。為了方便系統(tǒng)的硬件初始化，我們采用按鍵復(fù)位電路。
按鍵復(fù)位電路除具有上電復(fù)位功能外，若要復(fù)位，只需要按下S9鍵，在RST端產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位高電平，如圖所示。

時(shí)鐘電路和復(fù)位電路連接圖
3.4鍵盤電路
在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時(shí)，為了減少I/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式，在矩陣式鍵盤電路中，行連接線占用4條I/O口線，列連接線占用4條I/O口線，共連接16個(gè)按鍵。行線連接的接口為輸入口，用于輸入按鍵的行位置信息，列線連接的接口為輸出口，用于輸出掃描電平。為了進(jìn)一步節(jié)省單片機(jī)I/O口資源，我們在設(shè)計(jì)中使用了MM74C922芯片MM74C922的數(shù)據(jù)輸出口與單片機(jī)的P2口相連，MM74C922的DA引腳經(jīng)過一個(gè)非門連接到單片機(jī)的/INT0腳，當(dāng)MM74C922檢測到鍵盤輸入時(shí)，DA產(chǎn)生高電平，與之相連的/INT0檢測到低電平，給單片機(jī)一個(gè)中斷，單片機(jī)從P2口的低四位讀入鍵盤上按下的鍵的值。Mm74C922各引腳功能上章節(jié)以作介紹，這里不在做解釋。

第四章步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)軟件部分

4.1 軟件設(shè)計(jì)說明
在這次軟件板塊設(shè)計(jì)中，因?yàn)閏語言具有靈活多變而且我對c語言相對比較熟悉故這次使用的是c語言對其編程。整個(gè)程序包括:
1.主函數(shù)還有相關(guān)的各類定義（宏定義，管腳定義）
2.計(jì)算運(yùn)算模塊函數(shù)（包括錯(cuò)誤處理函數(shù)，溢出函數(shù)）
3.鍵值掃描函數(shù)
4.LCD顯示函數(shù)

計(jì)算器的主要部分就如圖表示，這次設(shè)計(jì)的主芯片是AT89C51。當(dāng)輸入模塊有信號輸入時(shí)會(huì)傳送到顯示模塊中并在LCD燈上進(jìn)行顯示，同時(shí)傳入單片機(jī)中，單片機(jī)識別并計(jì)算后輸出在顯示板塊里。這樣就成功完成了計(jì)算。
4.2主函數(shù)
利用微機(jī)控制臺首先完成并行控制接口和液晶顯示模塊的初始化設(shè)置，液晶顯示模塊可以輸出0界面。完成模塊的初始化后，用并行控制模塊掃描自定義的距陣鍵盤模塊，根據(jù)掃描的結(jié)果通過并行控制接口將數(shù)據(jù)送到微機(jī)控制臺，微機(jī)控制臺將接收到的數(shù)據(jù)送到液晶顯示模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。在數(shù)據(jù)傳輸顯示的過程，應(yīng)通過程序控制實(shí)時(shí)處理信息，顯示包括輸入數(shù)據(jù)，差錯(cuò)控制信息，運(yùn)算結(jié)果的顯示。實(shí)時(shí)處理自定義的控制鍵功能，并完成控制功能。具體操作流程見下圖。

4.3LCD顯示函數(shù)
LED顯示器由七段發(fā)光二極管組成，排列成8字形狀，因此也稱為七段LED顯示器。簡易計(jì)算器用到的數(shù)字0~9的共陰極字形代碼如下表
顯示字 g f e d c b a 段碼
0 0 1 1 1 1 1 1 3fh
1 0 0 0 0 1 1 0 06h
2 1 0 1 1 0 1 1 5bh
3 1 0 0 1 1 1 1 4fh
4 1 1 0 0 1 1 0 66h
5 1 1 0 1 1 0 1 6dh
6 1 1 1 1 1 0 1 7dh
7 0 0 0 0 1 1 1 07h
8 1 1 1 1 1 1 1 7fh
9 1 1 0 1 1 1 1 6fh
LCD顯示代碼圖
在設(shè)計(jì)lcd顯示的時(shí)候，應(yīng)為要設(shè)計(jì)到lcd寫數(shù)據(jù)還有l(wèi)cd的清屏。在設(shè)計(jì)是比較復(fù)雜的，我先對他們進(jìn)行定義，最后在lcd顯示函數(shù)中把他們嵌到一起，這樣就比較方便的，也是c語言的優(yōu)點(diǎn)。
4.4算術(shù)函數(shù)流程圖
首先初始化參數(shù)，送LED低位顯示“0”，高位不顯示。然后掃描鍵盤看是否有鍵輸入，若有，讀取鍵碼。判斷鍵碼是數(shù)字鍵、清零鍵還是功能鍵，是數(shù)值鍵則送LED顯示并保存數(shù)值，是清零鍵則做清零處理，是功能鍵則又判斷是“=”還是運(yùn)算鍵，若是“=”則計(jì)算最后結(jié)果并送LED顯示，若是運(yùn)算鍵則保存相對運(yùn)算程序的首地址。
為了計(jì)算方便，我把超限部分的函數(shù)和錯(cuò)誤函數(shù)一起調(diào)用在了一起詳見附錄（算數(shù)運(yùn)算函數(shù)），如圖所示。

第五章 系統(tǒng)調(diào)試
5.1建立程序
打開keil軟件，選擇菜單[文件新建文件]出現(xiàn)一個(gè)文件名為text1的源程序窗口，輸入程序

在編譯過程中，點(diǎn)擊rebuild all target files，如果有錯(cuò)可以在信息窗口中顯示出來，雙擊錯(cuò)誤信息,可以在源程序中定位所在行。糾正錯(cuò)誤后,再次編譯直到?jīng)]有錯(cuò)誤。在編譯之前，軟件會(huì)自動(dòng)將項(xiàng)目和程序存盤。在編譯沒有錯(cuò)誤后，就可調(diào)試程序了。

5.2使用proteus仿真電路如圖所示

5.3 proteus與keil聯(lián)調(diào)
雙擊proteus圖中單片機(jī)。

將keil軟件中所編程序載入。單擊運(yùn)行按鈕，結(jié)果如圖

六 總結(jié)

課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程.隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新日異，單片機(jī)已經(jīng)成為當(dāng)今計(jì)算機(jī)應(yīng)用中空前活躍的領(lǐng)域，在生活中可以說得是無處不在。因此作為二十一世紀(jì)的大學(xué)來說掌握單片機(jī)的開發(fā)技術(shù)是十分重要的。
回顧起此次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，我仍感概頗多，的確，從選題到定稿，從理論到實(shí)踐，在接近四星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會(huì)遇到過各種各樣的問題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，比如說不懂一些元器件的使用方法，對單片機(jī)匯編語言掌握得不好…通過這次課程設(shè)計(jì)之后，一定把以前所學(xué)過的知識重新溫故。

參考文獻(xiàn)
1、何麗民,《單片機(jī)初級教程》，北京航空航天大學(xué)出版社；
2、沙占友，王彥朋,孟志永，《單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)》，電子工業(yè)出版社;
3、謝宜仁，《單片機(jī)實(shí)用技術(shù)問答》，人民郵電出版社；
4、張迎新 《單片機(jī)初級教程——單片機(jī)基礎(chǔ)》，北京航空航天大。