单片机系统设计报告(参考模板).doc

单片机系统综合训练----设计报告
重庆科技学院

学生实习（实训）总结报告

院（系）:__ ______ 专业班级:_____ _____
学生姓名:_________________ 学 号:___ _______
实习(实训)地点:______ __ ____________
报告题目:__ 单片机系统综合训练——基于单片机的简易计算器设计
报告日期： 201 年 月 日

指导教师评语: _______________________________________

_________________________________________________________

成绩（五级记分制）:______ _______
指导教师（签字）:_____________________

实习（实训）总结报告的写法及基本要求
一、实习（实训）报告一般由标题和正文两部分组成
1.标题:标题可以采取规范化的标题格式，基本格式为，“关于××的实习（实训）报告”。
2.正文:正文一般分前言,主体,结尾三部分。
(1)前言：主要描述本次实习（实训）的目的意义、大纲的要求及接受实习（实训）任务等情况。
(2)主体：实习（实训）报告最主要的部分,详述实习（实训）的基本情况,包括：项目、内容、安排、组织、做法，以及分析通过实习（实训）经历了哪些环节，接受了哪些实践锻炼，搜集到哪些资料，并从中得出一些具体认识、观点和基本结论。
(3)结尾：可写出自己的收获、感受、体会和建议，也可就发现的问题提出解决问题的方法、对策；或总结全文的主要观点,进一步深化主题；或提出问题,引发人们的进一步思考；或展望前景,发出鼓舞和号召等。
二、对实习（实训）报告的要求
1.按照大纲要求在规定的时间完成实习（实训）报告，报告内容必须真实,不得抄袭。学生应结合自己所在工作岗位的工作实际写出本行业及本专业（或课程）有关的实习（实训）报告。
2.校外实习报告字数要求：不少于800字每周，累计实习3周及以上的不少于2000字。用A4纸书写或打印 (正文使用小四号宋体、行距1.5倍。其余排版要求以美观整洁为准)。校内实习（实训）报告字数要求可适当减少，具体要求由院系依据课程特点规定。
3.实习（实训）报告撰写过程中需接受指导教师的指导,学生应在实习（实训）结束之前将成稿交实习（实训）指导教师。
三、实习（实训）考核的主要内容
1.平时表现：实习（实训）出勤和实习（实训）纪律的遵守情况；实习（实训）现场的表现和实习（实训）笔记的记录情况、笔记的完整性。
2.实习（实训）报告：实习（实训）报告的完整性和准确性；实习（实训）的收获和体会。
3.答辩：在生产现场随机口试；实习（实训）结束时抽题口试。

21
目录
实习（实训）总结报告的写法及基本要求 2
1.功能描述（课程设计内容及要求） 4
2 方案设计 4
2.1 系统分析 4
2.2 器件选择 4
2.2.1 微处理器 4
2.2.2 显示器 5
2.2.3 按键 5
3、硬件电路设计 6
3.1 最小系统设计 6
3.2 显示电路设计 6
3.3 按键电路设计 7
3.4 电源电路设计 7
4、软件设计 8
4.1 操作功能设计 8
4.2程序编制思想 8
4.3 主程序 8
5 程序调试 10
6 技术小结 10
7基于单片机的简易计算器的使用说明 10
8心得体会 11
9参考文献（最近3年） 11
附录1：电路原理图 12
附录2：程序参考清单 13

设计报告
1.功能描述（课程设计内容及要求）
设计一个基于单片机的简易计算器设计
1）实现两位数的加减乘除运算；
2）实现矩阵键盘输入，由LED数码管输出；
3）具有清零功能；
4）显示时钟，可以修改时间。（扩展功能）
2 方案设计
2.1 系统分析
根据系统功能要求，可将系统组成结构分成四大部分：矩阵键盘输入、MCU单片机控制中心、数码管计算显示、复位显示，如下图为系统的组成结构图。其中，单片机控制中心和矩阵键盘是核心。MCU根据矩阵键盘的按键输入，可得到两位数经过数学四则基本运算后的不同结果。数字显示完成矩阵键盘四则运算的信息。

MCU单片机控制中心
计算显示
复位显示
矩阵键盘输入
系统组成结构图

2.2 器件选择
2.2.1 微处理器
这一次的实验，选取微处理器从多方面考：成本低、性能高、能够满足功能要求等等。
它的特点十分广泛，有2个16 位定时器/ 计数器，PWM( 4 路）/ P C A（可编程计数器阵列），也可用来再实现4个定时器或4个外部中断(上升沿中断/ 下降沿中断均可支持)，ISP （在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片。
这里，选取STC89C51芯片。因为其功能与普通51芯片相同，其价格非常低廉、程序空间大、资源较丰富、在线下载非常方便。同时，使用该芯片，编程上亦可采用所熟悉的KEIL软件，使课程设计非常简单。
2.2.2 显示器
常见的显示器件LED数码管和LCD液晶器件。
LED数码管能够显示数字和部分字符，价格便宜，硬件电路、软件编程均非常简单，而且使用动态扫描技术可节省大量硬件成本。LED显示器结构，基本的半导体数码管是由七个条状发光二极管芯片按图12排列而成的，其具体结构有“反射罩式”、“条形七段式”及“单片集成式多位数字式”等。数码管是用于显示0，1，2，......9数字的显示器件，具体应用时，这些数字都是以BCD编码形式表示，通过译码器加到显示管上。
LCD液晶显示器件，显示字迹清晰、能够显示数字、字符和汉字，但价格比LED非常高，编程复杂，软硬件调试都比较花时间。
系统显示主要还是数字，根据这两种显示器件的特性，选取LED数码管器件。由于系统要求显示小时和分钟，采用四位数码管显示即可。
2.2.3 按键
这里的按键在矩阵键盘和单片机中实现。单片机中只需要一个模式键，其余实现数学四则基本运算的按键在矩阵键盘中。本实验中的矩阵键盘，采用四条IO线作为行线，四条IO线作为列线组成键盘。16个按键—0至9需十个按键，加减乘除四个按键，剩下是等于和清零键。
3、硬件电路设计
3.1 最小系统设计

单片机最小系统由单片机、电源、复位电路和晶振电路组成。在最小系统的基础上扩展部分模块可以实现我们需求的全部功能，在进行模块化设计的时候应该要注意各接口之间的电平兼容性。
图1
3.2 显示电路设计

该数码管显示电路由一个四位的七段数码管组成。数码管的原理还是比较简单的，但是值得注意的是，在设计的时候部分信号线能公用则公用，这样的连线会比较方便，也避免了跳线。

3.3 按键电路设计

设计成了一个矩阵键盘，由四行四列组成，该矩阵键盘的优点是节约连接芯片上的引脚。

3.4 电源电路设计
MCU工作电压为5V。为了使用方便，用USB接口供电是最方便的，因此，系统采用USB接口供电的方式，直接从USB接口获取5V电源。
4、软件设计
4.1 操作功能设计
根据系统功能描述，可以将功能大致分成三类：数学基本四则运算功能、清零功能、数码显示功能。
系统设有四个数码管，板子设有一模式键，其余十六个键在矩阵键盘里。通过矩阵键盘的输入，在数码管显示了相应的结果。键盘输入，单片机控制，数码管显示，步骤一环扣一环，步步为营，因此在数码管连接方面克服了共阳极数码管显示不清晰的困难。
菜单设计如下：
菜单1：实现数学四则基本运算，最后得出结果；
菜单2：当做完运算后，实现清零功能。
4.2程序编制思想
数码管采用动态扫描原理。所以系统需使用单片机定时器资源。定时时间可设为5ms，即4位数码管，每5ms扫描一位数码管，20ms循环一次。
另一方面，按键接普通IO口，所以按键管理程序所涉及到的识键、译键均需采用软件扫描的方法。这里选用定时扫描控制方式。
所以，程序编制思想为：使用定时器0（或1）完成数码管动态扫描，并对按键进行扫描。扫描到相应的按键时，如功能键，则执行相应的操作，如，切换菜单。切换菜单的方法，主要是通过程序定义一个变量，变量不同的值表示不同的菜单。
通过定义两个变量，分别储存第一次输入的数和第二次输入的数，又继续通过两个变量来确定输入的第几个数或者符号，然后再定义一个变量用来储存计算的结果，最后用数码管显示出来。

4.3 主程序
（程序流程图主要根据学生的思路来绘制）这里只给出数码管动态扫描所涉及的流程图。

主程序
定时器初始化
等待
变量初始化
定时中断
开位码
送段码值
位码切换
退出

继续扫描
数码管显示
等待
结果
计算
输入第二个数
识别符号
输入第一个数
延时去抖
扫描键盘行列
初始化
开始

按键按下

5 程序调试
在程序编制当中易出现问题：定时器中断的用法、动态扫描的过程、按键与显示的对应，按键的消抖动等。
在实行矩阵键盘的加减乘除的时候，数码管得出来正确的结果，但是数码管灯一直在闪烁，我很迷茫，于是找了老师向她请教，结果是编译的程序有问题，通过在老师的指导和同学的帮助下，最终恢复了正常。我懂得了定时器中断是单片机内部中断， 它定义单片机多少时间中断检测一次，一般用于定时检测管脚数据，检测定义的标志位。
在实验中还出现了这样一个问题，矩阵键盘上的有一部分键按下之后没有响应，要么是整列要么是整行没有响应，于是我先想到了是不是程序出现了错误，是否在定义数字的时候有问题，结果发些没有问题，在不经意间，我碰到了接线，发些按键恢复了正常，最终得出的是接线不够灵敏，有点松动，让我虚惊一场，不过在调试过程中，这些都是我们去值得注意的问题。

6 技术小结
主要技术应包括：单片机最小系统结构、数码管显示技术、按键检测技术、系统功能设计、软硬件调试等技术。
本次课程设计我知道了按键的消抖动的重要性，按键的消抖动分为了硬件消抖和软件消抖，前者在键数较少时可用此方法消除键抖动；后者在键较多时，可以用此方法去消抖。
在扫描数码管时可以分为动态扫描和静态扫描，明白了动态扫描更容易实现，更加优化。

7基于单片机的简易计算器的使用说明
（开发一个单片机应用系统，正如开发一个产品，产品在开发完毕后，对用户来说，产品说明书是用户使用产品的主要手册，是用户对产品功能使用的主要技术支持，因此，写好产品使用说明非常重要）
使用说明主要包括：功能使用（见功能描述）、人机接口、操作说明（见菜单设计）等。
待计算机的程序都准备完毕之后，按下单片机的模式键，数码管灯亮。此后，该矩阵键盘的第一列依次为加减乘除，第二列按键依次是3、6、9、=,第三列按键依次为2、5、8、清零键，第四列按键则依次表示为1、4、7、0键。对其中的某一数字按下一次表示的是一位数的加减乘除，若再按下同一或不同数字则表示的是两位数的加减乘除。此矩阵键盘实现的是两位数的加减乘除和清零。

8心得体会
不知不觉，三个星期的实训已经结束，时光飞逝，过去一个月的点点滴滴，历历在目，想起刚上第一节课的时候，老师的认真讲解，恍若梦中。
这三个星期学到了很多的内容，第一个星期，我好好的巩固了自己C语言知识，并在图书馆借到了几本c语言书来拓展我的知识面，我们需要做的是简易计算器，这个系统需要有键盘模块，显示模块等等。我迫使自己每天下午去图书馆翻阅资料。皇天不负有心人，我还是很顺利的完成了第一个星期的电路理论设计部分，在老师的指导下，把自己的电路做的更加的完美。这一个星期，虽然只是理论设计，没有动手，但是还是学到了许多在课堂上无法学到的知识。后面的时间就开始了软件设计与分析。虽然有很多不懂的地方，但在老师的帮助下，每天都有新的收获。最后完成了任务。
一个月一闪而过，感谢各位老师的淳淳教导，在这一个月的相处中，我从您们那里学到了很多优秀的品质，当然我自己的知识水平也得到了质的飞越！回顾这两个星期的实训，我学到了很多知识，在以后的生活工作中，谨记老师教导，积极面对未来！

9参考文献（最近3年）
[1]沈红卫. 单片机的智能系统设计与实现[M]. 北京电子工业出版社. 2005.
[2]李光飞,楼然苗,胡佳文,等著. 单片机课程设计实例指导[M]. 北京航空航天大学出版社. 2005.
[3]汪德彪. MCS-51单片机原理及接口技术[M]. 北京电子工业出版社. 2004.
[4]胡文金,钟秉翔. 单片机应用技术实训教程[M]. 重庆大学出版社. 2005.
[5]张毅刚,彭喜元,董继成. 单片机原理及应用[M]. 重庆大学出版社. 2003.

附录1：电路原理图

附录2：程序参考清单
#include<reg51.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
uchar code shuma[]={0x3F, 0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x00,0x40,0x46,0x01,0x08,0x09};
uchar jian[4]={10,11,10,10};
uchar jia[4]={10,12,11,10};
uchar chu[4]={11,15,11,10};
uchar cheng[4]={15,11,15,10};
uchar deng[4]={15,10,10,10};
uchar cun[4]={10,10,10,10};
uchar figure=0,figure1=0,figure2=0,figure4=0,figure6=0;
int figure5=0;
uchar time1=0,time2=0,Bit=0,b=0,c=0,aim=0,aim1=0,aim2=0;
uchar answer=0,answer1=0;
uchar temp=0;
int a=0;
sbit P24=P2^4;
sbit P25=P2^5;
sbit P26=P2^6;
sbit P27=P2^7;
sbit P21=P2^1;
void delay()
{
uchar i=0,j=0;
for(i=99;i>0;i--)
for(j=99;j>0;j--);
}
void scan()
{
if(aim>=3)aim=0;

P1=0xfd;
temp=P1;
if(temp!=0xfd)
{
delay();
if(temp!=0xfd)
{
switch(P1)
{
case 0xed: figure=3;
aim++;
break;
case 0xdd: figure=6;
aim++;
break;
case 0xbd: figure=9;
aim++;
break;
case 0x7d: figure=14;

break;
}
while(temp!=0xfd)
{
P1=0xfd;
temp=P1;
}
}
}
P1=0xfe;
temp=P1;
if(temp!=0xfe)
{
delay();
if(temp!=0xfe)
{
switch(P1)
{
case 0xee: figure=10;
aim=0;
aim1=1;
aim2=0;
break;
case 0xde: figure=11;
aim=0;
aim1=1;
aim2=0;
break;
case 0xbe: figure=12;
aim=0;
aim1=1;
aim2=0;
break;
case 0x7e: figure=13;
aim=0;
aim1=1;
aim2=0;
break;
}

while(temp!=0xfe)
{
P1=0xfe;
temp=P1;
}
}
}
P1=0xfb;
temp=P1;
if(temp!=0xfb)
{
delay();
if(temp!=0xfb)
{
switch(P1)
{
case 0xeb: figure=2;
aim++;
break;
case 0xdb: figure=5;
aim++;
break;
case 0xbb: figure=8;
aim++;
break;
case 0x7b: figure=15;
aim=0;
break;
}

while(temp!=0xfb)
{
P1=0xfb;
temp=P1;
}
}
}
P1=0xf7;
temp=P1;
if(temp!=0xf7)
{
delay();
if(temp!=0xf7)
{
switch(P1)
{
case 0xe7: figure=1;
aim++;
break;
case 0xd7: figure=4;
aim++;
break;
case 0xb7: figure=7;
aim++;
break;
case 0x77: figure=0;
aim++;

break;
}

while(temp!=0xf7)
{
P1=0xf7;
temp=P1;
}
}
}

}

void display()
{
if(figure==15)
{
figure1=0;
figure4=0;
answer1=0;
figure=0;
aim=0;
aim2=0;
aim1=0;
}
if(aim2==0)
{
if(aim1==0)
{
cun[0]=figure1/10;
cun[1]=figure1%10;
cun[2]=10;
cun[3]=10;
if(aim==2)
{
figure1=10*figure1+figure;
aim=0;
aim2=1;
}
if(aim==1)
{
if(figure>=0&&figure<=9)
{
figure1=figure;
}
}
cun[0]=figure1/10;
cun[1]=figure1%10;
cun[2]=10;
cun[3]=10;

}
}
if(aim2==0)
{
if(aim1==1)
{
if(aim==2)
{
figure4=10*figure4+figure;
aim=0;
aim2=1;
}
if(aim==1)
{
if(figure>=0&&figure<=9)
{
figure4=figure;
}
}
cun[0]=figure4/10;
cun[1]=figure4%10;
cun[2]=10;
cun[3]=10;
}
}
Bit++;
if(Bit>=4)Bit=0;
P2|=0xf0;
P0=shuma[cun[Bit]];
if(figure==14)
{

answer1=1;
}
if(figure==13)
{
P0=shuma[chu[Bit]];
answer=4;
}
if(figure==12)
{
P0=shuma[cheng[Bit]];
answer=3;
}
if(figure==11)
{
P0=shuma[jian[Bit]];
answer=2;
}
if(figure==10)
{
P0=shuma[jia[Bit]];
answer=1;
}
switch(Bit)
{
case 0: P24=0;break;
case 1: P25=0;break;
case 2: P26=0;break;
case 3: P27=0;break;
}
}
void chuli()
{
if(answer1==1)
{
if(answer==1)
{
figure5=figure4+figure1;
answer=0;
aim=0;
aim1=2;
cun[0]=figure5/1000;
cun[1]=(figure5%1000)/100;
cun[2]=(figure5%100)/10;;
cun[3]=figure5%10;
}
if(answer==2)
{
figure5=figure1-figure4;
answer=0;
aim=0;
aim1=2;
if(figure5>0)
{
cun[0]=figure5/1000;
cun[1]=(figure5%1000)/100;
cun[2]=(figure5%100)/10;;
cun[3]=figure5%10;
}
if(figure5<0)
{
figure5=-figure5;
cun[0]=11;
}
cun[1]=figure5/10;
cun[2]=figure5%10;
cun[3]=10;
}
if(answer==3)
{
figure5=figure1*figure4;
answer=0;
aim=0;
aim1=2;
cun[0]=figure5/1000;
cun[1]=(figure5%1000)/100;
cun[2]=(figure5%100)/10;;
cun[3]=figure5%10;
}
if(answer==4)
{
figure5=figure1/figure4;
answer=0;
aim=0;
aim1=2;
cun[0]=figure5/1000;
cun[1]=(figure5%1000)/100;
cun[2]=(figure5%100)/10;;
cun[3]=figure5%10;
}

}
}
void main()
{

TMOD|=0x01;
TH0=0xf8;
TL0=0xcd;
EA=1;
ET0=1;
TR0=1;
while(1)
{
chuli();
scan();

if(P21==0)
{
delay();
if(P21==0)
{
while(!P21);
c++;
if(c>=2)c=0;
}

}
}
}
void time3(void) interrupt 1
{
TH0=0xf8;
TL0=0xcd;

display();
}