单片机原理及机械工程应用报告

单片机原理及接口技术结课报告——键盘输入及显示小组成员:第一章总体设计原理本设计是一个实现加、减、乘、除的计算器，它的硬件主要由四部分组成，一个AT89C51单片机芯片，一个八位共阳极的数码管，一个4*4的键盘，一个排阻(10K)做P0口的上拉电阻，它可以实现结果低于65535的加、减、乘、除运算。

显示部分:采用动态显示，由八位共阳极数码管通过P0口，P2口与单片机相连，数码管的A,B,C,D,E,F,G,DP分别依次与单片机的P0.0—P0.7相连，P0口做为单片机的字码控制端，数码管的1，2，3，4，5，6，7，8各引脚分别与单片机的P2.0—P2.7相连，P2口作为数码管的位控制端。

按键部分：采用4*4键盘。

采用软件识别键值并执行相应的操作，键盘的第0行到第3行依次与单片机的P3.4—P3.7管脚相连,键盘的第0列到第3列依次与单片机的P1.0—P1.3管脚相连,程序运行时依次扫描各行，查询是否有键按下，如果有则进入键盘识别处理程序，实现相应的运算，然后通过数码管输出结果，如果没有按键就调用显示程序显示一个0，等待按键按下，在进入按键扫描程序。

执行过程：开机即显示0，等待键入数值，当键入数字，将通过数码管显示出来，在键入＋、-、*、/运算符，计算器在内部执行数值转换和存储，并等待再次键入数值，当在键入数值后将显示键入的数值，按等号就会在数码管上输出运算结果。

注：结果不能超出65535。

按键控制显示电路系统的总体原理框图为：第二章硬件设计2.1 系统所选芯片介绍AT89C51芯片是一种带有4K字节闪存的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。

AT89C51单片机模块是整个电路的核心，时钟信号与复位信号的产生以及程序的处理等任务都是由单片机来完成的。

时钟信号用来提供单片机片内各种微操作的时间基准，复位信后用来初始化单片机内部的某些特殊功能寄存器，使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初始状态开始正常工作。

图1 AT89C51单片机2.2显示器介绍LED（Light Emiting Diode）是发光二极管的缩写。

通常所说的LED显示器由7个发光二极管组成，因此也称为七段LED显示器，其排列形状如下图所示。

显示器还有一个圆点型发光二极管（图中dp），用于显示小数点。

通过其个发光二极管亮暗的不同组合，就可以显示多种数字、字母以及其他符号。

其中发光二极管有两种接法：共阳极接法（低电平导通点亮）和共阴极接法（高电平导通点亮）,数码表的字形编码表如下。

LED显示器的字形代码正好是一个字节。

各代码的对应关系如表1,2所示，数码管结构如图1所示：表1 数码表的字形编码表表2 字符对应编码D7 * 77 +图2 LED数码管结构2.3系统工作原理图及实现方法图3 系统工作原理图单片机选择AT89C51,数码管选择共阳机八位数码管，键盘5*4矩阵键盘，P0口接上拉电阻，数码管的A,B,C,D,E,F,G,DP分别依次与单片机的P0.0—P0.7管脚相连，P0口做为单片机的字码控制端，数码管的1，2，3，4，5，6，7，8各引脚分别与单片机的P2.0—P2.7管脚相连，键盘的第0行到第4行依次与单片机的P3.3—P3.7,键盘的第0列到第3列依次与单片机的P1.0—P1.3，AT89C51接12MHZ晶振。

P3.2接风鸣器。

第三章软件设计3.1本系统的主要功能模块设计及其对应流程图3.1.1显示程序设计（1）显示程序具有通用性，在不进行输入时显示0，输入时显示输入的数字或运算结果，而且要使8个数码管同时显示不同的数字，选用动态显示。

将30H-37H单元设置成数码管显示缓冲区，分别存放数码管各个位要显示的数据，40H单元作为输入数据的计数单元。

因为运算结果超出范围时应报错，使数码管显示“ERROR”即可，将数码管的0－9的代码和“ERROR”代码存于LABLE1列表中。

当调用显示程序时，显示程序根据40H单元的记录的个数决定数码管显示的位数。

如果输入错误将在数码管上显示“ERROR”。

显示程序的入口：30H-37H,依次存放个位－千万位。

40H，存放输出的数字位数。

出口：数码管,P0输出字段码 P2输出位选码。

（2）流程图见附录1：3.1.2键盘识别程序设计（1）将P3口送0FOH,将P1口先送1在读P1口的数据当P1口低四位全一时说明没有键按下，在扫描下一行，如果P1口不全一，则有键按下，将P3口高四位与P1口低四位组合成一个字节，放入R5寄存器中，按键去抖，判键是否松开，如松开则将得到的键值判别是哪个键，如果是数字键则首先将其对应的数字（按键代码对应如下表）放入缓冲区30H，同时将将键值放入结果缓冲区，并调用显示程序，显示键值，在调用扫描键盘程序，如果在有键值输入则将原来的数值在数码管显示缓冲区向高位依次移一位，将刚键入的数值放入最低位，并将原来的数值乘十加上刚键入的数放人结果缓冲区，然后调用显示程序，如果是运算符，则记录运算符标志，加法用01H表示,减法用02H表示，并将结果缓冲区的数转移到中间结果缓冲区，将结果缓冲区清零，等待输入运算数据，当按等号时，根据记录的运算符标志，判断是那种运算，执行运算将结果依次除10取余数放入结果显示缓冲区，调用显示程序。

依次循环执行。

（2）流程图附录2：3.1.3运算程序设计1)运算程序分两个模块，即加、减。

分别采用两字节运算，因此运算结果不能超出两字节，否则会溢出。

溢出时显示ERROR。

加法程序：入口：R0被加数低位字节地址指针，R1加数低位字节地址指针，R3字节数。

出口：R0和值地位字节地址指针，R3和值字节数。

运算时用R0,R1间接寻址，从低字节算起，高字节采用带进位加（ADDC）,计算结果回送到R0所指的单元中，并将和字节数放入R3单元中，如果R3大于等于3说明溢出。

减法程序：入口：R0被减数低位字节地址指针，R1减数低位字节地址指针，R3字节数。

出口：R0和值地位字节地址指针，R3和值字节数。

只是判断溢出是通过CY 位，如果运算后CY位有借位，则将07H位置1，否则置0。

2)流程图见附录33.2 本系统的总体程序设30H-37H单元为八个数码管从地位到高位所显示的内容，38H－3FH单元结果缓冲区。

40H单元输入数据个数,41H单元加减标志位，50H－54H单元行地址。

42H单元放运算符次数标志位。

具体源程序代码见附录4第四章 Proteus软件仿真1．运行显示0，等待键入数值。

2．键入被加数600，显示600。

键入“+”显示原来键入的数值，等待键入加数。

键入加数500，显示500。

键入“＝”显示结果，1100。

3．键入清零键“CL”。

4．键入被减数900，显示900。

键入“－”显示上次键入的值，等待键入减数键入减数100，显示100。

键入等号“＝”显示结果800。

5．清零后键入被乘数600，显示600。

键入乘号“*”，显示上一次键入的数，等待键入乘数，键入乘数“3”显示3。

键入等号“＝”显示结果18000。

6．清零后键入被除数1500，显示1500。

键入除号“/”显示上次键入的数，等待键入除数，键入除数100，显示100。

键入等号“＝”显示结果15。

7．当运算的数值超出范围时将出现的信息。

如：输入70000，后在按“+”时显示EEROR 因为70000>65535所以报错，显示：“ERROR”。

附录附录1 数码管显示流程图附录2 键盘扫描流程图附录3 运算程序流程图附录4 系统的总体程序设30H-37H单元为八个数码管从地位到高位所显示的内容.38－3FH结果缓冲区。

40H输入数据个数,41H加减乘除标志位50－53行地址。

42单元放运算符次数标志位。

ORG 0000HLJMP STARTORG 0030HSTART:MOV 30H,#00HMOV 38H,#00HMOV 39H,#00HMOV 3AH,#00HMOV 3BH,#00HMOV 3CH,#00HMOV 3DH,#00HMOV 3EH,#00HMOV 3FH,#00HMOV 40H,#00HMOV 41H,#00HMOV 42H,#00HMOV 43H,#00HMOV 44H,#00HMOV 50H,#0E0HMOV 51H,#0D0HMOV 52H,#0B0HMOV 53H,#70H LOOP3: ACALL DISPLAYMOV R0,#50HMOV R7,#04H LOOP1:MOV A,@R0MOV P3,AMOV A,#0FFHMOV P1,AMOV A,P1ANL A,#0FHMOV R5,ACJNE A,#0FH,LOOP2INC R0DJNZ R7,LOOP1JMP LOOP3 LOOP2:MOV R4,#0A0HTFF:ACALL DELAY1mSDJNZ R4,TFFSS: MOV A,#0FFHMOV P1,AMOV A,P1ANL A,#0FHCJNE A,#0FH,SSMOV A,42HCJNE A,#01H,NEXT1MOV 40H,#00HMOV 42H,#00HNEXT1: CJNE @R0,#0E0H,ROW2KEYMOV A,R5ORL A,@R0CJNE A,#0EEH,KEY2MOV A,40HCJNE A,#08H,TW1ACALL WARNNINGJMP LOOP3TW1:INC 40HMOV A,#07HMOV 43H,AACALL MOVEACALL CHANGE11JMP LOOP3KEY2:CJNE A,#0EDH,KEY3MOV A,40HCJNE A,#08H,TW2ACALL WARNNINGJMP LOOP3TW2: INC 40HMOV A,#08HMOV 43H,AACALL MOVEACALL CHANGE11JMP LOOP3KEY3:CJNE A,#0EBH,KEY4MOV A,40HCJNE A,#08H,TW3ACALL WARNNINGJMP LOOP3TW3:MOV A,#09HINC 40HMOV 43H,AACALL MOVEACALL CHANGE11JMP LOOP3KEY4:ACALL JUDEGACALL CHANGEMOV 42H,#01HMOV 41H,#04HJMP LOOP3ROW2KEY:CJNE @R0,#0D0H,ROW3KEY MOV A,R5ORL A,@R0CJNE A,#0DEH,KEY5MOV A,40HCJNE A,#08H,TW4ACALL WARNNINGJMP LOOP3TW4:INC 40HMOV A,#04HMOV 43H,AACALL MOVEACALL CHANGE11JMP LOOP3KEY5:CJNE A,#0DDH,KEY6MOV A,40HCJNE A,#08H,TW5ACALL WARNNINGJMP LOOP3TW5:MOV A,#05HINC 40HMOV 43H,AACALL MOVEACALL CHANGE11JMP LOOP3KEY6:CJNE A,#0DBH,KEY7MOV A,40HCJNE A,#08H,TW6ACALL WARNNINGJMP LOOP3TW6:MOV A,#06HINC 40HMOV 43H,AACALL MOVEACALL CHANGE11JMP LOOP3KEY7:ACALL JUDEGACALL CHANGEMOV 42H,#01HMOV 41H,#03HJMP LOOP3ROW3KEY:CJNE @R0,#0B0H,ROW4KEYMOV A,R5ORL A,@R0CJNE A,#0BEH,KEY8MOV A,40HCJNE A,#08H,TW7ACALL WARNNINGJMP LOOP3TW7:MOV A,#01HINC 40HMOV 43H,AACALL MOVEACALL CHANGE11JMP LOOP3KEY8:CJNE A,#0BDH,KEY9MOV A,40HCJNE A,#08H,TW8ACALL WARNNINGJMP LOOP3TW8:MOV A,#02HINC 40HMOV 43H,AACALL MOVEACALL CHANGE11JMP LOOP3KEY9:CJNE A,#0BBH,KEY10MOV A,40HCJNE A,#08H,TW9ACALL WARNNINGJMP LOOP3TW9: MOV A,#03HINC 40HMOV 43H,AACALL MOVEACALL CHANGE11JMP LOOP3KEY10:ACALL JUDEGACALL CHANGEMOV 42H,#01HMOV 41H,#02HJMP LOOP3ROW4KEY:MOV A,R5ORL A,@R0CJNE A,#7EH,KEY11JMP STARTKEY11:CJNE A,#7DH,KEY12MOV A,40HJZ QQCJNE A,#08H,TW10ACALL WARNNINGJMP LOOP3TW10:MOV A,#00HINC 40HMOV 43H,AACALL MOVEACALL CHANGE11QQ: MOV A,#00HINC 40HMOV 43H,AACALL MOVEACALL CHANGE11JMP LOOP3KEY12:CJNE A,#07BH,KEY13ACALL JUDEGACALL CHANGEMOV 41H,#00HMOV 42H,#01HMOV 3CH,#00HMOV 3DH,#00HJMP LOOP3KEY13:ACALL JUDEGACALL CHANGEMOV 42H,#01HMOV 41H,#01HJMP LOOP3 MOVE:MOV R1,#30HMOV R6,40H DDD: XCH A,@R1NOPNOPNOPNOPINC R1DJNZ R6,DDDRETMAKEADD:MOV A,R0MOV R2,AMOV A,R3MOV R7,ACLR CLOP:MOV A,@R0ADDC A,@R1MOV @R0,AINC R0INC R1DJNZ R7,LOPJNC NEXTINC R3MOV @R0,#01HNEXT:MOV A,R2MOV R0,ARET MAKESUB:CLR 07HMOV A,R0MOV R2,AMOV A,R3MOV R7,ACLR CLOP1:MOV A,@R0SUBB A,@R1 MOV @R0,AINC R0INC R1DJNZ R7,LOP1JNC LOP2SETB 07HLOP2:MOV A,R2MOV R0,ARET MAKEMUL:MOV A,R3MOV B,R7MUL ABXCH A,R7MOV R5,BMOV B,R2MUL ABADD A,R5MOV R4,ACLR AADDC A,BMOV R5,AMOV A,R6MOV B,R3MUL ABADD A,R4XCH A,R6XCH A,BADDC A,R5MOV R5,AMOV F0,CMOV A,R2MUL ABADD A,R5MOV R5,ACLR AMOV ACC.0,CMOV C,F0ADDC A,BMOV R4,ARET MAKEDIV:MOV A,R5CLR CSUBB A,R3MOV A,R4SUBB A,R2JNC DIV11MOV B,#16DIV22:CLR CMOV A,R7RLC AMOV R7,AMOV A,R6RLC AMOV R6,AMOV A,R5RLC AMOV R5,AXCH A,R4RLC AXCH A,R4MOV F0,CCLR CSUBB A,R3MOV R1,AMOV A,R4SUBB A,R2JB F0,DIV33JC DIV44DIV33:MOV R4,AMOV A,R1MOV R5,AINC R7DIV44:DJNZ B,DIV22CLR F0RETDIV11:SETB F0RET CHANGE11:MOV R0,#40HCJNE @R0,#01H,TA1MOV 38H,43HJMP TA2TA1:MOV R3,38HMOV R2,39HMOV R6,#00HMOV R7,#0AHACALL MAKEMULMOV 39H,R6MOV 38H,R7MOV 3AH,R5MOV 3BH,R4MOV R0,#38HMOV R1,#43HMOV R3,#02HACALL MAKEADD TA2: RETCHANGE:MOV 40H,#00HMOV R0,#30HMOV R7,3CHMOV R6,3DHTD1: MOV R5,#00HMOV R4,#00HMOV R2,#00HMOV R3,#0AHINC 40HACALL MAKEDIVMOV A,R5MOV @R0,AINC R0MOV A,R6CJNE A,#00H,TD1MOV A,R7CJNE A,#00H,TD1RETJUDEG:MOV A,3AHJZ JUD1ACALL ERRORLJMP LOOP3JUD1:MOV R1,#38HMOV A,41HCJNE A,#00H,TBMOV 3CH,@R1INC R1MOV 3DH,@R1JMP TBBTB: CJNE A,#01H,TB1MOV R0,#3CHMOV R3,#02HACALL MAKEADDMOV A,R3CJNE A,#03H,JUD2ACALL ERRORLJMP LOOP3 JUD2:JMP TBBTB1:CJNE A,#02H,TB2MOV R0,#3CHMOV R3,#02HACALL MAKESUBJNB 07H,JUD4ACALL ERRORLJMP LOOP3 JUD4:JMP TBBTB2:CJNE A,#03H,TB3MOV R3,3CHMOV R2,3DHMOV R6,39HMOV R7,38HACALL MAKEMULMOV 3DH,R6MOV 3CH,R7MOV 3EH,R5MOV 3FH,R4MOV A,R5JZ JUD3ACALL ERRORLJMP LOOP3 JUD3: JMP TBBTB3:MOV R7,3CHMOV R6,3DHMOV R5,#00HMOV R4,#00HMOV R2,39HMOV R3,38HACALL MAKEDIVMOV 3CH,R7MOV 3DH,R6JNB F0,TBBACALL ERRORLJMP LOOP3 TBB:MOV 38H,#00HMOV 39H,#00HMOV 3AH,#00HMOV 3BH,#00HRETWARNNING: CLR P3.0SETB P3.0MOV R4,#0FFHTFg:ACALL DELAY1mSDJNZ R4,TFgRETERROR:MOV R0,#30HMOV A,#0AHMOV R5,#08HMOV 40H,#08HET: MOV @R0,AINC R0INC ADJNZ R5,ETRETDISPLAY:MOV DPTR,#TABLE1MOV R0,#30HMOV R1,#80HMOV R5,40HNEXTF:MOV P2,R1MOV A,@R0MOVC A,@A+DPTRMOV P0,AACALL DELAY1mSMOV A,P2RR AMOV R1,AINC R0MOV A,R5JZ AADJNZ R5,NEXTFAA: RETDELAY1mS:MOV R7,#02HDL: MOV R6,#0FFHDL6:DJNZ R6,DL6DJNZ R7,DLRETTABLE1: DB 0C0H, 0F9H, 0A4H, 0B0H, 99HDB 92H, 82H, 0F8H, 80H, 90HDB0CEH,0C0H,0CEH,0CEH,86H,0FFH,0FFH, 0FFHEND。