hc6800es-v2.0单片机开发板设计一款带蜂鸣器的电子计算器电子技术综合设计二设计报告(点阵计算器)大学论文.doc

二○一六～二○一七 学年 第 一 学期
信息科学与工程学院

电子技术综合设计（二）
课程设计报告

班 级：
姓 名：
学 号：
指导教师：

二○一六年十二月一日

1、课程设计内容及要求：
蜂鸣计算器设计
利用普中科技HC6800-ES V2.0单片机开发板设计一款带蜂鸣器的电子计算器。主要使用开发板上的数码管、LED点阵、矩阵键盘、蜂鸣器等模块功能。开发板配有光盘，里面有各个模块的使用说明和程序范例可供参考。

设计要求：
1) 每2位同学分工协作。
2) 上电开机或者复位键按下之后，2个4位数码管分别自动显示2个同学学号的后4位。
3) 定义矩阵键盘的S1-S9代表数字按键1-9，键盘S10代表数字按键0，键盘S11-S16分别代表按键+、-、×、÷、=、C，其中C按键为计算器清零按键，按下C键计算器开始新的计算。
4) 计算器计算过程中，用LED点阵显示+、-、×、÷运算符号，用8位数码管显示键入的数字和运算的结果。键入时依次显示并自动移位，例如18+9=27，先键入1，显示1，再键入8，1自动左移一位显示18，键入+，LED点阵显示+，键入9，数码管之前显示的18消失并重新显示为9，键入=，数码管显示运算结果27。
5) 为这16个矩阵键盘的按键分配不同的蜂鸣器频率，使得按下不同的按键蜂鸣器响声不同，便于识别按键。
6) 按键应具有一定的消除抖动功能。
7) 所有单片机程序代码都用C语言编写，并烧写到单片机中上电自动运行。

报告要求:
(1) 在报告中应对蜂鸣计算器系统的设计思想、设计方法用文字详细说明。
(2) 在报告中应有完整的程序清单(必需加注释)。
(3) 在报告中应有完整的程序流程框图。
(4) 在报告中应有专门的段落说明2位同学各自的工作内容。2个同学合写一个报告即可，但封面要有2位同学的名字和学号、班级。
(5) 谈谈自己通过这次设计实践的收获和体会。
2、课程考核方式
考查
要求：提交课程设计报告，设计报告内容包括设计任务，设计要求，软件设计，程序结果描述。
1) 每2位同学合作完成题目的基本功能。包括设计报告和程序清单(带注释)，运行结果及有关运行说明。
2) 程序检查及功能演示。分优、良、中、及格、不及格 如为不及格，下学期需进行重修。
3) 课程设计报告，正规书写打印，否则不计成绩。
4) 设计报告禁止雷同，验收时每位同学现场演示设计结果，指导老师随时针对电路设计、程序调试、代码功能等各个方面进行提问。
5) 验收时回收开发板及全部附属设备，以备下一级同学使用，请不要损坏开发板设备。

3、报告正文
（1）设计思想：
计算器计算过程中，用LED点阵显示+、-、×、÷运算符号，用8位数码管显示键入的数字和运算的结果。键入时依次显示并自动移位，例如18+9=27，先键入1，显示1，再键入8，1自动左移一位显示18，键入+，LED点阵显示+，键入9，数码管之前显示的18消失并重新显示为9，键入=27。数码管显示键入的数字和结果0；LED点阵显示加减乘除符号；4×4矩阵键盘分别代表按键：按键S0~S9代表数字按键1-9，按键S10代表数字按键0，按键S11-S16代表 +、—、×、÷、＝、C，其中C按键为计算器清零按键；这16个矩阵键盘的按键分配不同的蜂鸣器频率，使得其按下时有不同的声音以便分别。
（2）设计方法：
89C52
单片机
数码管
LED点阵
矩阵键盘
蜂鸣器

编写一段程序，在上电之后或按复位键之后2个4位数码管分别自动显示2个同学学号的后4位。通过矩阵键盘，LED点阵，数码管完成计算器功能。数字及结果在数码管上显示，＋、－、×、÷、＝在LED点阵上显示，C键为清零键，每个按键对应不同的音频。
（3）程序流程图：

89C52单片机：
C89C52有40个引脚，4个8位并行I/O口，1个全双工异步串行口，同时内含5个中断源，2个优先级，2个16位定时/计数器。STC89C52的存储器系统由4K的程序存储器（ROM)，和128B的数据存储器(RAM)组成。
STC89C52引脚图：

数码管：
这类数码管可以分为共阳极与共阴极两种，共阳极就是把所有LED的阳极连接到共同接点com，而每个LED的阴极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp（小数点）；共阴极则是把所有LED的阴极连接到共同接点com，而每个LED的阳极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp（小数点），如下图所示。图中的8个LED分别与上面那个图中的A~DP各段相对应，通过控制各个LED的亮灭来显示数字。

LED点阵：

矩阵键盘：

首先辨别键盘中有无键按下，有单片机I/O口向键盘送全扫描字，然后读入行线状态来判断。方法是：向行线输出全扫描字00H，把全部列线置为低电平，然后将列线的电平状态读入累加器A中。如果有按键按下，总会有一根行线电平被拉至低电平从而使行线不全为1。
判断键盘中哪一个键被按下使通过将列线逐列置低电平后，检查行输入状态来实现的。方法是：依次给列线送低电平，然后查所有行线状态，如果全为1，则所按下的键不在此列；如果不全为1，则所按下的键必在此列，而且是在与零电平行线相交的交点上的那个键。
4、 程序清单：
/*******************************************************************************
* 实 验 名 : 计算器
* 使用的IO : 数码管使用P0,P2.2,P2.3,P2.4 键盘使用P1 点阵使用p3.6,p3.5,p3.4 蜂鸣器使用p1.5
* 实验效果 :
* 注 意 ：
*******************************************************************************/
#include<reg51.h>
#include<string.h>
#include<intrins.h>
#include <math.h>

#define GPIO_DIG P0
#define GPIO_KEY P1

sbit Beep = P1^5 ;

sbit LSA=P2^2;
sbit LSB=P2^3;
sbit LSC=P2^4;

sbit SRCLK=P3^6;
sbit RCLK=P3^5;
sbit SER=P3^4;

//--列选通控制--//
unsigned char code TAB[8] = {0x7f,0xbf,0xdf,0xef,0xf7,0xfb,0xfd,0xfe};
//--点阵字码--//
unsigned char code CHARCODE[4][8]=
{

{0x20,0x20,0xf8,0x20,0x20,0x00,0x00,0x00}, //加

{0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x00,0x00,0x00}, //减

{0x88,0x50,0x20,0x50,0x88,0x00,0x00,0x00}, //乘

{0x20,0x20,0xa8,0x20,0x20,0x00,0x00,0x00}, //除

};

unsigned char code tone[] ={115,102,91,86,77,68,61,57,50,45}; //0~9按键音

unsigned char code DIG_CODE[11]={
0x00,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x3f};
//无显示、1、2、3、4、5、6、7、8、9、0的显示码
unsigned char KeyValue;
//用来存放读取到的键值
unsigned long shu;//存放显示的数
unsigned char KeyState; //记录按键的状态，0没有，1有
unsigned char DisplayData[8];
//用来存放要显示的8位数的值

void Delay10ms(); //延时10ms
void KeyDown(); //检测按键函数
void DigDisplay(); //动态显示函数
void xianshi(unsigned long shu); //存入数
void dian(unsigned int j); //点阵显示
void delay(unsigned int time); //延时
void Hc595SendByte(unsigned char dat);//发送一个字节的数据

void sound (unsigned char); //发声函数
void delay8us (unsigned char); //发声函数配套延时函数
/*******************************************************************************
* 函 数 名 : main
* 函数功能 : 主函数
* 输 入 : 无
* 输 出 : 无
*******************************************************************************/
void main(void)
{
unsigned char i,c,e;
unsigned long num,a,b,d,n2,xuehao;
xuehao=70057007; //显示学号
xianshi(xuehao);
KeyState=0;
init:num=n2=0;i=0,e=0;
while(1)
{
KeyDown();
if(KeyState==1&&KeyValue<10&&i==0) //将第一个数存入num并显示
{

KeyState=0;
switch(KeyValue)
{
case(0):
num=num*10+1;sound(0);break;
case(1):
num=num*10+2;sound(1); break;
case(2):
num=num*10+3;sound(2); break;
case(3):
num=num*10+4;sound(3); break;
case(4):
num=num*10+5;sound(4); break;
case(5):
num=num*10+6;sound(5); break;
case(6):
num=num*10+7;sound(6); break;
case(7):
num=num*10+8;sound(7); break;
case(8):
num=num*10+9;sound(8); break;
case(9):
num=num*10+0;sound(9); break;
}
xianshi(num);
}
if(KeyState==1&&KeyValue<10&&i==1)
{

KeyState=0;
switch(KeyValue) //将第一个数存入n2并显示
{
case(0):
n2=n2*10+1;sound(0); break;
case(1):
n2=n2*10+2;sound(1); break;
case(2):
n2=n2*10+3;sound(2); break;
case(3):
n2=n2*10+4;sound(3); break;
case(4):
n2=n2*10+5;sound(4); break;
case(5):
n2=n2*10+6;sound(5); break;
case(6):
n2=n2*10+7;sound(6); break;
case(7):
n2=n2*10+8;sound(7); break;
case(8):
n2=n2*10+9;sound(8); break;
case(9):
n2=n2*10+0;sound(9); break;
}
xianshi(n2);
}
else if(KeyState==1&&KeyValue<14)
{
a=num;
i=1;
c=KeyValue;
switch(c)
{
case(10):
dian(0); break;//显示加
case(11):
dian(1); break;//显示减
case(12):
dian(2); break;//显示乘
case(13):
dian(3); break;//显示除
}
}
else if(KeyState==1&&KeyValue==14)
{
b=n2;
switch(c)
{
case(10):
d=a+b; break;//计算加法
case(11):
{
if(b>a){d=b-a;e=1;}
else d=a-b;
break;// 计算减法
}
case(12):
d=a*b; break;// 计算减法
case(13):
d=a/b; break;//计算除法
}
xianshi(d); //显示结果
}
else if(KeyState==1&&KeyValue==15)//复位
{
goto init;
}
DigDisplay();
}
}
/*******************************************************************************
* 函 数 名 : sound
* 函数功能 : 使用蜂鸣器发出声音
* 输 入 : 频率
* 输 出 : 无
*******************************************************************************/

void sound(unsigned char x)
{
unsigned char i;
for(i=0;i<60;i++) //执行60次
{
Beep=0;delay8us(tone[x]); //蜂鸣器动作
Beep=1;delay8us(tone[x]);} //蜂鸣器不动作
}
/*******************************************************************************
* 函 数 名 : delay8us
* 函数功能 : 延时
* 输 入 : 时长
* 输 出 : 无
*******************************************************************************/
void delay8us (unsigned char x)
{
unsigned char i,j;
for(i=0;i<x;i++)
for(j=0;j<1;j++);
}
/*******************************************************************************
* 函 数 名 : DigDisplay
* 函数功能 : 使用数码管显示
* 输 入 : 无
* 输 出 : 无
*******************************************************************************/
void DigDisplay()
{
unsigned char i;
unsigned int j;
for(i=0;i<8;i++)
{
switch(i) //位选，选择点亮的数码管，
{
case(0):
LSA=0;LSB=0;LSC=0; break;//显示第0位
case(1):
LSA=1;LSB=0;LSC=0; break;//显示第1位
case(2):
LSA=0;LSB=1;LSC=0; break;//显示第2位
case(3):
LSA=1;LSB=1;LSC=0; break;//显示第3位
case(4):
LSA=0;LSB=0;LSC=1; break;//显示第4位
case(5):
LSA=1;LSB=0;LSC=1; break;//显示第5位
case(6):
LSA=0;LSB=1;LSC=1; break;//显示第6位
case(7):
LSA=1;LSB=1;LSC=1; break;//显示第7位
}
GPIO_DIG=DisplayData[i];//发送段码
j=10; //扫描间隔时间设定
while(j--);
GPIO_DIG=0x00;//消隐
}
}
/*******************************************************************************
* 函 数 名 : KeyDown
* 函数功能 : 检测有按键按下并读取键值
* 输 入 : 无
* 输 出 : 无
*******************************************************************************/
void KeyDown(void)
{
unsigned int a=0;
GPIO_KEY=0x0f;
if(GPIO_KEY!=0x0f)
{
Delay10ms();
a++;
a=0;
if(GPIO_KEY!=0x0f)
{
KeyState=1;//有按键按下
//测试列
GPIO_KEY=0X0F;
// Delay10ms();
switch(GPIO_KEY)
{
case(0X07): KeyValue=0;break;
case(0X0b): KeyValue=1;break;
case(0X0d): KeyValue=2;break;
case(0X0e): KeyValue=3;break;
// default: KeyValue=17; //检测出错回复17意思是把数码管全灭掉。
}
//测试行
GPIO_KEY=0XF0;
Delay10ms();
switch(GPIO_KEY)
{
case(0X70): KeyValue=KeyValue;break;
case(0Xb0): KeyValue=KeyValue+4;break;
case(0Xd0): KeyValue=KeyValue+8;break;
case(0Xe0): KeyValue=KeyValue+12;break;
// default: KeyValue=17;
}
while((a<500)&&(GPIO_KEY!=0xf0)) //按键松手检测
{
Delay10ms();
a++;
}
a=0;
}
}
}
/*******************************************************************************
* 函 数 名 : Delay10ms
* 函数功能 : 延时函数，延时10ms
* 输 入 : 无
* 输 出 : 无
*******************************************************************************/
void Delay10ms(void) //误差 0us
{
unsigned char a,b,c;
for(c=1;c>0;c--)
for(b=38;b>0;b--)
for(a=130;a>0;a--);
}
/*******************************************************************************
* 函 数 名 : xianshi
* 函数功能 : 将数字存入
* 输 入 : 数
* 输 出 : 无
*******************************************************************************/
void xianshi(unsigned long shu)
{
unsigned char i,j;
for(i=0;i<8;i++)
{
j=shu%10;
shu/=10;
if(j==0&&shu!=0)
{j=10;}
DisplayData[i]=DIG_CODE[j];
}
}
/*******************************************************************************
* 函数名 : delay
* 函数功能 : 延时
* 输入 : 延时时长
* 输出 : 无
*******************************************************************************/
void delay(unsigned int time)
{
unsigned int i,j;
for(i=0;i<time;i++)
for(j=0;j<121;j++);
}

/*******************************************************************************
* 函数名 : Hc595SendByte(unsigned char dat)
* 函数功能 : 想74H595发送一个字节的数据
* 输入 : 无
* 输出 : 无
*******************************************************************************/
void Hc595SendByte(unsigned char dat)
{
unsigned char a;
SRCLK=0;
RCLK=0;
for(a=0;a<8;a++)
{
SER=dat>>7;
dat<<=1;

SRCLK=1;
_nop_();
_nop_();
SRCLK=0;
}

RCLK=1;
_nop_();
_nop_();
RCLK=0;
}
/*******************************************************************************
* 函数名 : dian
* 函数功能 : 点阵函数
* 输入 :数字
* 输出 : 无
*******************************************************************************/

void dian(unsigned int j)
{
unsigned char tab;

for(tab=0;tab<8;tab++)
{

Hc595SendByte(0x00); //消隐
GPIO_DIG= TAB[tab]; //输出字码
Hc595SendByte(CHARCODE[j][tab]);
delay(2);
}

}
5、小组成员分工情况：
小组成员共同先对设计任务进行分析，通过查阅资料，初步形成了对程序框架的构建。陈琴负责各个子程序的编写，张家慧负责设计报告的编写。
6、实践收获和体会：
本学期我们有电子系统综合设计（二）这门课程，在上个学期我们已经完成了电子系统综合设计（一）的课程已经对此课程有了初步的了解。这门课程要求我们把在课堂上学习到的理论知识运用到实践上面。用89C52单片机实现蜂鸣计算器的功能。
接到课程设计的要求后，我们就此设计展开了讨论，并查阅了相关的资料和程序，确定了设计方案。此设计主要由四个模块：数码管、LED点阵、矩阵按键、蜂鸣器。我们分别对各个部分进行了程序的编写。
本次试验我们巩固了单片机的知识，对其的工作原理有了更深的理解，又进一步学习了数码管得引脚选择，熟悉了LED点阵的编写方法，对矩阵按键进行了绑定。除此之外，我们查阅了许多的相关资料，自己的编程能力也得到了提升。动手能力也得到了进一步的提高。以后这类的实践还会有的，我们一定会继续认真对待，不能仅仅作为一个任务，而是希望在制造过程中学到可以受益的知识。

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