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基于msc51单片机实现的四位4乘4矩阵键盘计算器的C语言程序及其PROTUES电路和仿真_课程设计报告.doc20页
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单片机原理及接口技术 课程设计报告 设计题目：
计算器设计
信息与电气工程学院
二零一三年七月计算器设计
单片机体积小，功耗小，价格低，用途灵活，无处不在，属专用计算机。是一种特殊器件，需经过专门学习方能掌握应用，应用中要设计专用的硬件和软件。
近年来，单片机以其体积小、价格廉、面向控制等独特优点，在各种工业控制、仪器仪表、设备、产品的自动化、智能化方面获得了广泛的应用。与此同时，单片机应用系统的可靠性成为人们越来越关注的重要课题。影响可靠性的因素是多方面的，如构成系统的元器件本身的可靠性、系统本身各部分之间的相互耦合因素等。其中系统的抗干扰性能是系统可靠性的重要指标。 注：这一部分主要描述题目的背景和意义，对设计所采取的主要方法做一下简要描述。字数不要太多，300-500字。 另注：本文要当做模板使用，不要随意更改字体、字号、行间距等，学会使用格式刷。文中给出的各项内容都要在大家的报告中体现，可采用填空的方式使用本模板。
1. 设计任务
结合实际情况，基于AT89C51单片机设计一个计算器。该系统应满足的功能要求为：
实现简单的四位十进制数字的四则运算；
按键输入数字，运算法则；
LED数码管移位显示每次输入的数据和运算结果；
当运算结果超出范围时实现报错。
主要硬件设备：AT89C51单片机、LED数码管、矩阵键盘。 注：这一部分需要写明系统功能需求，用到的主要硬件（参考实验箱的说明书）。
2. 整体方案设计
计算器以AT89C51单片机作为整个系统的控制核心，应用其强大的I/O功能和计算速度，构成整个计算器。通过矩阵键盘输入运算数据和符号，送入单片机进行数据处理。
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一、AVR系列单片机开发板
本开发板可使用于多种型号的AVR单片机，本板主配ATmega16单片机。除了丰富的硬件资源外，还配有仿真器，可以很方便的调试硬件，大大减小调试周期。所有IO口全部引出，用户可以任意扩展功能。
二、AVR_PQ1A开发板实例程序（演示程序）
( 1 ) LED LED灯驱动程序，两种演示方式
( 2 ) SMG 数码管驱动程序，循环滚动显示数字1-6
( 3 ) 液晶驱动程序，除正常显示ASCII码外，还教如何显示中文
( 4 ) 液晶驱动程序，显示汉字和图形。液晶为带字库的 ST7920控制器的液晶。
( 5 ) SKEY 4个独立按键驱动程序，采用查询方式驱动
( 6 ) SKEY_INT 利用按键产生外部中断，教你中断程序的编写
( 7 ) MKEY 4x4矩阵按键驱动程序，教你如何扫描矩阵按键
( 8 ) TIMER0INT 定时器0驱动程序，教你如何使用定时器
( 9 ) AD Mega16自带的AD的驱动程序
( 10 ) DA SPI接口的8位DA驱动程序，利用Mega16的硬SPI接口
( 11 ) DS18B20 数字温度传感器驱动程序，教你如何显示小数
( 12 ) TWI( IIC ) IIC接口数字电位器驱动程序，利用Mega16的硬件IIC接口
( 13 ) BEEP 蜂鸣器唱歌程序，教你如何唱出好听的歌曲
( 14 ) PWM Mega16的定时器1驱动程序，实现PWM输出功能
( 15 ) RELAY 继电器驱动程序，利用Mega16的I/O口直接驱动继电器
( 16 ) UART Mega16的异步串口驱动程序，教你如何实现串口通信
( 17 ) RTC 时钟芯片驱动程序，可以显示和利用按键设定时间
( 18 ) EEPROM Mega16的EEPROM驱动程序，读写内部EEPROM
( 19 ) PS2 标准PS2键盘驱动程序，教你如何读入扫描码并译成ASCII码
( 20 ) USB USBD12固件程序，教你实现枚举过程和数据传输
( 21 )uC/OS-II 移植好的操作系统，执行两个任务，编译后，占用Mega16的26%资源。
三、开发板特色简介
( 1 )硬件资源丰富，除了Mega16丰富的片内外设以外，板上扩充了丰富的常用硬件资源和高档次的硬件资源，供用户学习和开发使用。
( 2 )程序风格非常好，各个函数有详细说明，并且注释很详细，程序很容易读懂。
( 3 )有操作系统UC/OS II的移植应用和移植说明。可作为嵌入式操作系统入门级教程。
( 4 )配带仿真器，用户可以方便的进行各种硬仿真，给调试带来极大的方便，也可以将配带的仿真器用于其他的目标板上，因为仿真器的JTAG接口是标准口。
( 5 )提供整板测试程序文件，可以很轻松的测试开发板的各个硬件电路是否正常工作。
（ 6 )独立开发的USB套件，作者除了单片几固件程序有参考外，PC机的驱动和应用程序完全是独立开发，可以为爱好者提供技术支。
( 7 )作者将不断增加可选的功能模块（如触摸屏、网络、蓝牙、CAN总线等模块），使用户能学习到更深入的知识。
四、标准配置
1、豪华AVR开发板1张
2、USB仿真器1个
3、光盘1张
4、USB数据线2根
5、串口数据线1根
6、1602液晶屏1个
7、支柱4个
五、选购件
1、12864屏 90元
2、USB转串口线 35元
AVR单片机有以下几个优势：
1、速度快。速度可以达到1MIPS/秒，理论上是传统的51的12倍。
2、片上资源丰富。包括：
Boot代码区、
16K的Flash
512字节的EEPROM、
1K的SRAM、
JTAG接口，仿真和下载
支持ISP下载、
3个带PWM的定时器
8路10位的AD转换器、
UART（异步串口）
SPI（同步串口）
TWI（IIC）接口
模拟比较器
32个通用I/O口。
3、驱动能力强。I/O口可以直接驱动数码管、LED、继电器等器件。
4、功耗低。低功耗虽然比不上430单片机，但是在单片机中也是佼佼者。
5、可选择型号种类多。各种不同的型号可以满足不同的需求。
6、性价比高。在高性能的前提下，并没有增加芯片的价格，价格可以和51相比，而功能确是51不可以比的。
7、保密性好。在开发产品时，很难被解密。
我们这款教程录制的宗旨：即使你没有学过单片机，没有学过C语言，甚至没有学过电路知识，同样能够通过我们的教程掌握AVR单片机和C语言。
这款针对AVR单片机和C语言的视频教程同样有以下几个优势：
1、首创性，这是第一款针对AVR单片机和C语言的视频教程
2、简明扼要，讲解电路、编写程序不拖泥带水，让您用最短的时间掌握它
3、实用性，从最简单的电路，最基础的C语言指令讲起，循序渐进，将知识自然而然的融入到你的头脑中
4、先进性，我们使用的AVR单片机是ATMega16，这是AVR系列单片机中最常用最先进的单片机
5、通用性，视频讲解用的是ATMega16，同样也可以和ATMega32、ATMega128通用兼容，掌握了16也就掌握了32和128
6、指导性强，手把手的教你操作开发板，使用软件，编写程序，不亚于老师现场亲自指导
7、讲解全面，视频中将单片机内部和外扩资源几乎都涉及到，这可以参考我们的视频目录
8、价格实惠，如果您购买了我们的开发板，将免费获得这款视频教程，如果您只想单独购买，也只需100元
视频内容介绍:
第一讲：开发板和软件的操作使用
1、介绍配件。
2、安装软件（ICC AVR 和AVR STUDIO）及其使用,括新建工程、程序下载，仿真调试；整板测试；板上资源。
3、着重介绍一下USB接口的仿真器。
第二讲：AVR单片机的概述和C语言的基础知识
1、AVR单片机的概述包括它的优点、片上资源。
2、C语言的基础包括电平特性、2进制与16进制的表示及转换、二进制数的逻辑运算，数据类型，运算符。
3、着重讲一下特有的BIT（）操作，C中的各种语句。
4、介绍一下AVR单片机IO口的配置。
第三讲：点亮发光二极管、驱动蜂鸣器、继电器
1、首先讲解一下原理图上开关电路、复位电路、时钟电路；
2、讲解573工作原理，
3、首先点亮一个发光二极管，然后让一个二极管亮灭变化。
4、编写函数证明573的工作原理：锁住后不导通就不能再更新数据。
5、编写延时函数，软件仿真查看延时的精确时间
6 子函数的编写（分带形参和不带形参）。
7、编写流水灯函数。
8、蜂鸣器，继电器的工作原理并编写程序。
第四讲：数码管工作原理
1、共阴共阳数码管内部结构，显示原理。
2、用数字万用表标定数码管的段选和位选
3、编写程序使1个数码管上显示数字
4、编写程序在6个数码管上滚动显示数字
5、重点讲解动态显示，保持时间，以及扫描频率对闪烁和亮暗程度的影响。
第五讲：键盘检测原理（比较复杂）
1、键盘作用，检测原理，如何消抖，独立键盘检测程序编写。
2、矩阵键盘检测程序编写，涉及到返回值函数调用。
第六讲：1602液晶的使用
1、看手册，管脚、写指令和数据、时序图。
2、编写程序，显示光标
3、编写程序显示字，
4、编写程序，滚动显示字符
第七讲：中断、定时器的原理和应用（比较复杂）
1、中断的概念，AVR单片机的中断
2、定时/计数器1几种模式的寄存器配置
3、定时器1普通模式下实现秒表
4、CTC模式输出方波
5、快速PWM模式输出PWM信号
6、相位修正PWM模式输出PWM信号
第八讲：AD、DA简介及其应用
1、AD简介，AVR内部AD寄存器设置
2、编写程序控制AD读写电位器输出的模拟电压
3、SPI串行通信简介
4、DA简介，AD5300时序图
5、编写程序控制DA输出模拟电压使发光二极管亮度变化
第九讲：TWI(IIC)
1、TWI(IIC)协议简介
2、AVR单片机内部TWI寄存器简介，操作流程
3、具有IIC协议的数字电位器芯片AD5161的简介
4、编写程序用独立键盘控制AD5161输出不同的阻值
第十讲：异步串口UART的简介和程序的编写
1、UART简介
2、AVR单片机内部与UART相关的寄存器的配置
3、编写程序控制AVR单片机和电脑进行通信
4、讲解串行通信时数字和字符之间的区别
第十一讲：PS2键盘、DS1302的工作原理和程序的编写
1、AVR单片机外部中断的介绍
2、PS2键盘的工作原理
3、讲解程序，读取PS2键盘的按键值并在1602液晶上显示
4、DS1302的工作原理
5、讲解程序，控制1302工作并在1602液晶上显示时间
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