硬件课程设计报告.doc

第1页 硬件课程设计报告摘 要单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。

尽管它的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师本设计通过将矩阵键盘、数码管、蜂鸣器及单片机结合起来，构成一个简单的计算器此计算器可进行1万以内的加减乘除运算，并通过数码管显示当运算结果溢出时，蜂鸣器会发出报警，同时数码管显示E（error）按键的同时蜂鸣器会发生，表示按键已按下复位电路可实现单片机的复位通过本次课程设计，初步了解单片机的基本使用及程序的编写，为以后的继续学习打下基础。

关键词：单片机；4*4矩阵键盘；数码管；蜂鸣器；复位电路目 录1 设计任务与要求………………………………………………………………………5 1.1课程介绍……………………………………………………………………………5 1.2计算器的设计与要求………………………………………………………………52 总体方案…………………………………………………………………………5 2.1硬件部分…………………………………………………………………………5 2.2软件部分………………………………………………………………………53硬件方案………………………………………………………………6 3.1硬件组成…………………………………………………………………………63.2各模块功能介绍 …………………………………………………………………7 3.2.1 4*4矩阵键盘…………………………………………………………………7 3.2.2 4位数码管显示电路…………………………………………………………7 3.2.1 单片机介绍…………………………………………………………………84软件方案………………………………………………………………10 4.1程序组成…………………………………………………………………………104.2程序流程图…………………………………………………………………104.3程序清单…………………………………………………………………125系统设计过程中的问题及解决方案…………………………………………………12 5.1问题1及解决方案………………………………………………………………125.2问题2及解决方案………………………………………………………………125.2问题3及解决方案………………………………………………………………126实验总结与体会………………………………………………………………12附录……………………………………………………………………………………131 设计任务与要求1.1 课程介绍《硬件课程设计》是继《微机原理与接口技术》课程教学后的一个重要的综合实践教学环节，它能起到巩固课堂和书本上所学知识，加强综合能力，提高系统设计水平，启发创新思想的效果。

课程设计的目地是综合这些基础知识，就具体问题让学生做出软、硬件解决方案并付诸实施，以培养解决实际问题的能力要求每个学生都能自己动手独立设计完成一个典型的微机应用小系统1.2 计算器的设计与要求通过4*4键盘获得按键信息，蜂鸣器随着按键发声单片机处理按键信息，计算后以4位数码管显示若计算结果溢出，则蜂鸣器长响提示按下复位键，则可以实现单片机的复位要求：具有计算器的基本按键（0~9数字键、加减乘除键、清零键、等于键）可以进行1万以内的加减乘除运算，正确显示结果通过数码管正确显示运算结果以蜂鸣器表示按键正确按下，并可以溢出报警2 总体方案2.1 硬件部分在此设计中主要用到的部件有：4*4键盘电路、4位数码管显示电路、单片机最小系统、复位电路、蜂鸣器电路利用分步操作，先实现各部分的子功能，再将这些子功能有机地结合到一起，实现系统的整体设计要求各模块功能如下：1) 4*4键盘电路：通过键盘扫描程序，获得按键信息2) 4位数码管显示电路：显示输入信息及运算结果3) 复位电路：实现单片机的复位操作4) 蜂鸣器电路：表示按键已按下，并可以溢出报警2.2 软件部分相应的程序清单中分为键盘扫描子程序、显示子程序、计算子程序及初始化子程序。

在主程序中分别调用各子程序，实现计算器的功能3 硬件方案3.1 硬件组成硬件部分由4*4键盘电路、4位数码管显示电路、单片机最小系统、复位电路、蜂鸣器电路组成各部分的连接关系如下：单片机4*4矩阵键盘4位数码管蜂鸣器复位电路3.2各功能模块介绍3.2.1 4*4矩阵键盘矩阵式键盘的结构与工作原理　　在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接这样，一个端口就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些，列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机的I/O口作为输出端，而列线所接的I/O口则作为输入这样，当按键没有按下时，所有的输出端都是高电平，代表无键按下行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了键盘扫描程序一般应包括以下内容：1) 判别有无键按下。

2) 键盘扫描取得闭合键的行、列值3) 用计算法或查表法得到键值4) 判断闭合键是否释放，如没释放则继续等待5) 将闭合键号保存，同时转去执行该闭合键的功能3.2.2 4位数码管显示电路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，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，而每个LED的阳极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp（小数点）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的亮灭来显示数字还有一种比较常用的是四位数码管，内部的4个数码管共用a～dp这8根数据线，为人们的使用提供了方便，因为里面有4个数码管，所以它有4个公共端，加上 a～dp，共有12个引脚引脚排列依然是从左下角的那个脚（1脚）开始，以逆时针方向依 次为1～12脚，下图中的数字与之一一对应动态显示驱动：数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划“a,b,c,d,e,f,g,dp”的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。

通过分时轮流控制各个数码管的端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低3.2.3 单片机介绍1．主要特性：·4K字节可编程闪烁存储器 ·全静态工作：0Hz-24Hz·三级程序存储器锁定·128*8位内部RAM·32可编程I/O线·两个16位定时器/计数器·5个中断源 ·可编程串行通道·低功耗的闲置和掉电模式·片内振荡器和时钟电路 2．管脚说明： VCC：供电电压 GND：接地 P0口：P0口为一个8位漏级开。