单片机计算器及密码锁程序设计论文(编辑修改稿)

单片机计算器及密码锁程序设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

9 图 22 8255 引脚图 2． 8255 的功能 (1)数据端口 A， B， C 端口 A：一个 8 位数据输出锁存 /缓冲器，一个 8 位数据输入锁存器； 端口 B：一个 8 位数据输出锁存 /缓冲器，一个 8 位数据输入锁存器； 端口 C：一个 8 位数据输出锁存 /缓冲器，一个 8 位数据输入锁存器。 3 个端口都可以作为数据输入式输出端口，但是不同的端口有不同的工作方式。 除一般输入 /输出方式外，端口 A 还可以工作在双向方式、握手联络方式，端口 B 可以工作在握手联络方式；而端口 C 可以作为控制或状态信号的端口，为端口 A 和 B 提供握手联络信号，并且端口 C 还可工作在按位置位 /复位方式。 本设计中，只将其作为最基本的 I/O 口使用。 (2)读 /写和控制逻辑 读 /写和控制逻辑直接与单片机的控制总线及地址总线相连接， 8255 的A0， A1 及 CS与地址总线连接，而 RD和 WR与单片机 的 RD和 WR信号连接。 8255 有如下相关的控制信号。 CS ：片选信号，低电平时， 8255 被选口； RD：读信号，低电平有效，该信号有效时可以读取 8255 的端口数据或状态信息； 燕山大学本科生毕业设计（论文） 10 WR ：写信号，低电平有效，该信号有效时可以向 8255 写入控制字式向端口写数据； RESET：复位信号，高电平有效，只有复位后 8255 才能接收单片机对其进行的初始化。 (3)端口地址的确定 8255 的地址由其引脚 CS ， A1， A0 决定，端口选择如表所示。 表 21 8255 端口选择 A1 A0 RD WR CS 操作 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 A 口数据总线 B 口数据总线 C 口数据总线 输入 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 数据总线 A 口 数据总线 B 口 数据总线 C 口 数据总线 控制寄存器 输出  1   1   0 1  1 1 1 0 0 端口输出为 “高阻 ” 非法 端口输出为 “高阻 ” 禁止 3． 8255 的控制字、状态字和工作方式 (1)8255 的控制字 8255 有两种控制字，它们决定了 8255 的工作方式。 方式控制字 方式控制字由 8 位组成，其格式如下。 1 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 D7： D7=1，是方式控制字标志。 D6 和 D5：确定 A 口工作方式， D6D5=00， A 口工作在方式 0； D6D5=01，A 口工作在方式 1； D6D5=10， A 口工作在方式 2。 D4：确定 A 口的数据传输方向， D4=1， A 口输入； D4=0， A 口输出。 D3：确定 C 口的 PC7~PC4 的数据传输方向， D3=1， PC7~PC4 输入；D3=0， PC7~PC4 输出。 D2：确定 B 口的数据传输方向， D2=1， B 口输入； D2=0， B 口输出。 D0：确定 C 口的 PC3~PC0 的数据传输方向， D0=1， PC3~PC0 输入；第 2 章 硬件系统的介绍 11 D0=0， PC3~PC0 输出。 (2)按位复位 /置位控制字 按位复位 /置位控制字由 位组成，其格式如下。 0 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 D7： D7=0，是按位复位 /置位，控制字标志。 D6， D5， D4：没有定义。 D3， D2， D1：选择 C 口中的某一位， 3 位组成 8 个状态， 000~111 分别代表选择PC0~PC7。 D0：置 清零标志， D0=1，将 D3D2D1 选择位置 1； D0=0，将 D3D2D1 选择位清零。 (3)8255 的状态字 8255 没有专门的状态字，当端口 A、端口 B 工作于方式 1 或方式时，端口 C 为它们提供握手联络信号，读端口 C，可以得到有关端口的工作状态信息。 端口工作 于方式 0 时，没有相应的状态信息。 状态字与工作方式密切相关。 (4)8255 工作方式 由 8255 的方式控制字可知， 8255 有 3 种工作方式，并且不同的端口有不同的工作方式。 端口 A 可以工作在方式 0、方式 1 和方式 2，端口 B 可以工作在方式 0 和方式 1，端口 C 只能工作在方式 0。 本设计中只选用 8255 的方式 0，即基本的输入 /输出方式， 3 个端口互不影响，可以分别设置为输入或输出。 4． MCS51 单片机与 8255 的接口电路 8255 与 MCS51 单片机的接口电路如图 23 所示。 燕山大学本科生毕业设计（论文） 12 D034D133D232D331D430D529D628D727PA04PA13PA22PA31PA440PA539PA638PA737PB018PB119PB220PB321PB422PB523PB624PB725PC014PC115PC216PC317PC413PC512PC611PC710RD5WR36A09A18RESET35CS6U9 8255AP00P01P02P03P04P05P07P06P24P25P26P37P36Reset 如图 23 8255 与单片机的连接电路 8255与八位 LED数码管的链接电路 单片机应用系统中只有一位数字显示是不常见的，同时要驱动多个数码管显示，就必须同时让多个数码管加上各自不同的段选码，这属于静态显示。 在单片机应用系统中，显示器显示常用静态显示和动态扫描显示两种方法。 所谓静态显示，就是每一个显示器都要占用单独的具有锁存功能的I/O 接口用于笔划段字形代码。 单片机只要把要显示的字形代码发送到接口电路，直到要显示新的数据时，再以送新的字形码，因此，使用这种方法单片机中 CPU 的开销小。 所谓动态显示，与静态显示不同，动态显示技术 让不同的数码管分时亮。 即，某一个数码管的字段码从单片机的一个 I/O 接口输出，通过单片机选通该数码管，让这个数码管显示自己的字符几个毫秒，然后将下一个数码管的字段码从单片机的同一个 I/O 接口输出，通过单片机选通下一个数码管，让下一个数码管显示自己的字符几个毫秒，依次循环。 由于人眼响应较慢，最后的效果是每一个数码管都在显示各自的字符。 本设计采用八位数码管的动态显示，通过 8255 口和 B 口来连接数码管。 A 口为段选信号， B 口为位选信号。 电路如图 24 所示 .。 共阴极四位一体数码管的引脚图如右图所示， 显示数字所对 应的控制字如下表： a bcdefghA B CD第 2 章 硬件系统的介绍 13 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 3fH 06H 5bH 4fH 66H 6dH 7bH 07H 7fH 6fH 图 24 数码管与 8255 连接电路 LED与单片机的链接 将发光二极管与单片机的 I/O 口相联，控制各各灯的亮样，以达到使其呈现不同样式。 这是最基础的单片机学习过程。 电路好图 25 所示。 本设计用到 12 个发光二极管，其中 4 个直接与单片机 P1 口相连，其余8 个与 8255C 口相连。 L0+5V200MCU 图 25 流水灯电路简图 燕山大学本科生毕业设计（论文） 14 键盘电路 在微机应用系统中，为了输 入数据、查询和控制系统的工作状态，一般都设置有键盘，本系统中 采 用 44 的键盘，键盘的 8 位接口与 PC 口相连。 由于 LED7 到 LED14 也是通过 8255 的 PC 口控制的，本设计采用跳线实现了 PC 口复用的功能。 键盘原理图如图 26。 键盘的工作原理：键盘采用逐列扫描的工作原理。 PC4 到 PC7 为输出口， PC1 到 PC4 为输入口。 接收键盘数据时首先给 PC4 送出一个低电平（ PC5到 PC7 保持高电平），然后检查 PC0 到 PC3 有没有低电平，如果有一位低电平就说明第一列有键按下，低电平的位所对应的行就是按下的键所对应的行。 如果第一 列都是高电平就说明这一列没有键被按下。 用同样的方法扫描后面三列。 最后将建位值保存起来就完成了接收键盘数据。 图 2—6 键盘电路 蜂鸣器电路 蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，通过本设计学习如何用单片机第 2 章 硬件系统的介绍 15 驱动蜂鸣器。 它广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电话机等电子产品中作发声器件。 蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。 电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。 接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场，振 动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性的振动发声。 压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。 多谐振荡器由晶体管或集成电路构成，当接通电源后(~15V 直流工作电压 )，多谐振荡器起振 ,输出 ～ 的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。 这里采用的是电磁式蜂鸣器，通过 单片机 I/O 口周期性的取反，使三极管周期性的导通从而使蜂鸣器振动发声。 声音的频谱范围约在几十到几千赫兹，若能利用程序来控制单处机某个口线的 “高 ”电平或低电平，则在该口线上就能产生一 定频率的矩形波，接上喇叭就能发出一定频率的声音，若再利用延时程序控制 “高 ”“低 ”电平的持续时间，就能改变输出频率，从而改变音调。 常见音调及其频率对应如表 22 所示。 表 22 音调及其频率 音符 1 2 3 4 5 6 7 频率 /Hz 523 587 859 698 784 880 987 蜂鸣器连接电路如图 27 所示。 SPEAKER+5V蜂鸣器R14 9013DB9P13 图 27 蜂鸣器连接电路 燕山大学本科生毕业设计（论文） 16 本章小结 本章主要介绍了单片机仿真器系统中的硬件电路原理图，以方便对整个电路的了解，使使用者熟悉电路原理， 这是阅读程序的必要前提。 硬件电路 中包括单片机、 8255 并行口 、 键盘电路 、 动态数码显示 、流水灯等各部分的原理图 和功能 ，为 后续章节 软件系统打下基础。 第 3 章 计算器程序 17 第 3章 计算器程序 程序功能及存储 方 式 介绍 本程序实现浮点数（包括正负）的加、减、乘、除及开根号的功能。 为了解决键盘按键不够用的问题，本设计加入了第二功能键，数字键没有第二功能，键 A、 B、 C、 D、 E 对应的第一功能依次为加、减、乘、除、清零，对应的第二功能依次为等于、退格、负号、小数点、开根号。 F 键为Snd 键。 第二功能键按一次 LED6 变亮表示 键 A、 B、 C、 D、 E 处于 第二功能状态，再按一下 LED6 灭表示键 A、 B、 C、 D、 E 处于第一功能状态。 加减乘除也有对应的状态显示 LED。 当输入一个操作和操作符后，操作符对应的状态显示 LED 变亮，直到输入第二个操作数和等号后操作符状态显示LED 才灭。 LED3 对应的 操作符是加， LED4 对应的操作符是 减， LED5 对应的操作符是 乘， LED3 和 LED4 同时亮 对应的操作符是除。 加入状态显示使用者就可以通过操作符状态显示 LED 很容易的的判断出当前输入的是第一个还是第二个操作数，并且在输入输入第二个操作数时能够根据操作符状态显示 LED 判断出操作符。 开 根号只有一个操作数没有必。