基于51单片机的简易带密码计算器设计报告

浙江万里学院电子信息学院创新开放实验课程设计专业电子信息工程班级学号姓名导师时间2013.5.24~2013.6.8设计题目：基于51单片机的简易带密码计算器一、设计实验条件：地点：学生自主创新实验室4506实验设备：PC机（装有Keil；Protues；Word；DXP）、电路板印制腐蚀相关设备二、设计任务：本系统选用STC89C52单片机为主控机。通过扩展必要的外围接口电路，实现对计算器的设计，具体设计如下：（1）由于设计的计算器要进行四则运算，为了得到较好的显示效果，经综合分析后，最后采用LCD液晶1602显示数据和结果。（2）采用键盘输入方式，键盘包括数字键（0～9）、符号键（+、-、×、÷）、小数点（.）和等号键（=），故只需要16个按键即可，设计中采用集成的4x4矩阵键盘。（3）在执行过程中，首先执行开机字符串提示，接着开机密码提示，等待键入密码后，判断密码是否正确，正确则清屏进入计算界面，错误则提示重新输入，共有三次输密码机会，3次错误后则需要等待15秒然后再输密码，接着又有3次机会。（4）当键入+、-、*、/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，当再键入数值后将显示键入的数值，按等号就会在LCD上输出运算结果。（5）错误提示：当计算器执行过程中有错误时，会在LCD上显示相应的提示,由于程序设计原因，将所有输入数据以浮点型类型去计算，而输入最多只有16位，故不会存在超量程。当除数为0时，程序运算出错，计算器会在LCD上提示+INF。设计要求：分别对键盘输入检测模块；LCD显示模块；算术运算模块；错误处理及提示模块进行设计，keil与protues仿真分析其设计结果。用DXP画PCB，印制硬件电路板，进行硬件调试。三、设计时间与设计时间安排：1、设计时间：5月24日～6月14日2、设计时间安排：熟悉课题、收集资料：2天（5月24日～5月25日)具体设计（含编程、仿真、硬件调试）：16天（5月26日～6月8日)编写课程设计说明书：2天（6月13日～6月14日)答辩：1天（6月日）四、设计说明书的内容：1、前言：本设计是基于51系列单片机来进行的数字计算器系统设计，可以完成计算器的键盘输入，进行加、减、乘、除基本四则运算，并在LCD上显示相应的结果；设计电路采用STC89C52单片机为主要控制电路，显示采用字符LCD显示；软件方面使用C语言编程，并用PROTUES仿真。最后用DXP画PCB，印制硬件电路板，进行硬件调试。2、设计题目与设计任务：现实生活中人们熟知的计算器，其功能主要如下：（1）键盘输入；（2）数值显示；（3）加、减、乘、除四则运算（浮点计算可带小数点）；(4)外加开机密码。针对上述功能，计算器软件程序要完成以下模块的设计：(1)键盘输入检测模块；（2）LCD显示模块；（3）算术运算模块（主程序）；（4）加密模块。（5）延时模块3、主体设计部分：（1）、系统模块图：单片机运算模块显示模块输入模块（2）、算术运算程序流程图：加开始判断运算符？乘除减判断结果溢出？除数为0？错误信息送显示缓冲数值送显示缓冲YNNY（3）、系统总流程图：（4）、硬件设计：（一）总体硬件设计：本设计选用STC89C52单片机为主控单元；显示部分：采用LCD(1602)显示；按键部分：采用4*4键盘。PCB印刷电路图开始液晶、定时器初始化按键有效？密码正确？按键有效？执行运算程序液晶显示YNYYN总体设计如下图（protues仿真图）：PCB原理图（二）、单片机接口电路说明：1、手动上电复位电路：当VCC上电时，C充电，在10K电阻上出现电压，使得单片机复位；几个毫秒后，C充满，10K电阻上电流降为0，电压也为0，使得单片机进入工作状态。工作期间，按下S，C放电。S松手，C又充电，在10K电阻上出现电压，使得单片机复位。几个毫秒后，单片机进入工作状态。2、内部时钟模式电路：当单片机工作于内部时钟模式的时候，只需在XTAL1和XTAL2引脚连接一个晶体振荡器或者陶瓷振荡器，并接两个电容后接地即可，在使用时对于电容的选择有一定的要求：当外接晶体振荡器的时候，电容值一般选择C1=C2=30+10pF或30-10pF；当外接陶瓷振荡器的时候，电容值一般选择C1=C2=40+10pF或40-10pF；3、STC89C52单片机引脚介绍：VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口：P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1）P3.4T0（记时器0外部输入）P3.5T1（记时器1外部输入）P3.6/WR（外部数据存储器写选通）P3.7/RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。4、单片机与复位、时钟电路连接电路图（单片机最小系统）：运算模块主要代码switch(sign)//检测到输入=号，判断上次读入的符合{case'+':a=a+b;break;case'-':a=a-b;break;case'x':a=a*b;break;case'/':a=a/b;break;default:break;}sprintf(temp,%g,a);//输出浮点型，无用的0不输出LCD_Write_String(1,1,temp);//显示到液晶屏sign=0;a=b=0;//用完后所有数据清零for(s=0;s16;s++)temp[s]=0;延时模块主要代码/*------------------------------------------------uS延时函数，含有输入参数unsignedchart，无返回值unsignedchar是定义无符号字符变量，其值的范围是0~255这里使用晶振12M，精确延时请使用汇编,大致延时长度如下T=tx2+5uS------------------------------------------------*/voidDelayUs2x(unsignedchart){while(--t);}/*------------------------------------------------mS延时函数，含有输入参数unsignedchart，无返回值unsignedchar是定义无符号字符变量，其值的范围是0~255这里使用晶振12M，精确延时请使用汇编------------------------------------------------*/voidDelayMs(unsignedchart){while(t--){//大致延时1mSDelayUs2x(245);DelayUs2x(245);}}加密模块主要代码for(;Flag!=1;){num=KeyPro();//扫描键盘_mima_if(num!=0xff)//如果扫描是按键有效值则进行处理{if(i16){passwordtemp[i]=num;LCD_Write_Char(i,1,'*');//输入的密码用*代替}i++;//输入次数值累加if(('='==num)||(i==16))//输入按键'='或者密码输入到最大值16，表示输入结束，需要进行比对{passwordlength=i-1;//计算输入密码长度,除去等号占有的一位i=0;//计数器复位if(passwordlength==PLEN)//长度相等则比较，否则直接输出错误{Flag=1;//先把比较位置1for(j=0;jPLEN;j++)//循环比较8个数值，如果有一个不等则最终Flag值为0Flag=Flag&&(passwordtemp[j]==password[j]);//比较输入值和已有密码，如果比较全部相同，标志位置1}if(Flag){password_Right();//密码正确，进入打开界break;//跳出for大循环}elsepassword_Wrong();//密码错误，提示重新输入}}}（三）、键盘接口电路：计算器输入数字和其他功能按键要用到很多按键，如果采用独立按键的方式，在这种情况下，编程会很简单，但是会占用大量的I/O口资源，因此在很多情况下都不采用这种方式，而是采用矩阵键盘的方案。矩阵键盘采用四条I/O线作为行线，四条I/O线作为列线组成键盘，在行线和列线的每个交叉点上设置一个按键。这样键盘上按键的个数就为4×4个。这种行列式键盘结构能有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。矩阵键盘的工作原理：计算器的键盘布局如图1所示：一般有16个键组成，在单片机中正好可以用一个P口实现16个按键功能，这种形式在单片机系统中也最常用。矩阵键盘内部电路图如图所示：键盘扫描函数代码：unsignedcharKeyScan(void)//键盘扫描函数，使用行列反转扫描法{unsignedcharcord_h,cord_l;//行列值中间变量KeyPort=0x0f;//行线输出全为0cord_h=KeyPort&0x0f;//读入列线值if(cord_h!=0x0f)//先检测有无按键按下{DelayMs(10);//去抖if((KeyPort&0x0f)!=0x0f)