基于msc51單片機實現(xiàn)的四位4乘4矩陣鍵盤計算器的C語言程序及其PROTUES電路和仿真

1、單片機原理及接口技術課程設計報告設計題目： 計算器設計 學 號： 100230205 姓 名： 費博文 指導教師： 張揚 信息與電氣工程學院二零一三年七月計算器設計單片機體積小，功耗小，價格低，用途靈活，無處不在，屬專用計算機。是一種特殊器件，需經(jīng)過專門學習方能掌握應用，應用中要設計專用的硬件和軟件。近年來，單片機以其體積小、價格廉、面向控制等獨特優(yōu)點，在各種工業(yè)控制、儀器儀表、設備、產(chǎn)品的自動化、智能化方面獲得了廣泛的應用。與此同時，單片機應用系統(tǒng)的可靠性成為人們越來越關注的重要課題。影響可靠性的因素是多方面的，如構成系統(tǒng)的元器件本身的可靠性、系統(tǒng)本身各部分之間的相互耦合因素等。其中系統(tǒng)的抗

2、干擾性能是系統(tǒng)可靠性的重要指標。數(shù)學是科技進步的重要工具，數(shù)據(jù)的運算也隨著科技的進步越發(fā)變得繁瑣復雜，計算器的出現(xiàn)可以大大解放人在設計計算過程中的工作量，使計算的精度、速度得到改善，通過msc51單片機，矩陣鍵盤和LED數(shù)碼管可以實現(xiàn)簡單的四位數(shù)的四則運算和顯示，并當運算結果超出范圍時予以報錯。注：這一部分主要描述題目的背景和意義，對設計所采取的主要方法做一下簡要描述。字數(shù)不要太多，300-500字。另注：本文要當做模板使用，不要隨意更改字體、字號、行間距等，學會使用格式刷。文中給出的各項內容都要在大家的報告中體現(xiàn)，可采用填空的方式使用本模板。1. 設計任務結合實際情況，基于AT89C51單片

3、機設計一個計算器。該系統(tǒng)應滿足的功能要求為：(1) 實現(xiàn)簡單的四位十進制數(shù)字的四則運算；(2) 按鍵輸入數(shù)字，運算法則；(3) LED數(shù)碼管移位顯示每次輸入的數(shù)據(jù)和運算結果；(4) 當運算結果超出范圍時實現(xiàn)報錯。 主要硬件設備：AT89C51單片機、LED數(shù)碼管、矩陣鍵盤。注：這一部分需要寫明系統(tǒng)功能需求，用到的主要硬件（參考實驗箱的說明書）。2. 整體方案設計計算器以AT89C51單片機作為整個系統(tǒng)的控制核心，應用其強大的I/O功能和計算速度，構成整個計算器。通過矩陣鍵盤輸入運算數(shù)據(jù)和符號，送入單片機進行數(shù)據(jù)處理。經(jīng)單片機運算后判斷是否超出要求的運算范圍，控制LED數(shù)碼管的輸出原理圖如圖2-

4、1所示。圖2-1 基于單片機的變頻調速恒壓供水系統(tǒng)原理圖本系統(tǒng)硬件主要由矩陣鍵盤、I/O輸入輸出、顯示系統(tǒng)等幾部分組成。各模塊的主要功能如下：(1)矩陣鍵盤將十六進制編碼的數(shù)字傳入單片機。(2) 單片機掃描鍵盤信號并接收，對輸入的鍵盤信號進行處理(3) LED以動態(tài)掃描的方式移位顯示每次輸入的數(shù)據(jù)和最后的運算結果。系統(tǒng)的整體設計方案設計圖如圖2-2所示。圖2-2 系統(tǒng)的整體方案設計圖注：文中出現(xiàn)的所有框圖、流程圖都要用VISIO畫，不允許從文檔中裁剪然后粘貼。要注意圖的格式，圖中的文字大小不要大于正文，圖題用五號宋體，居中。3. 系統(tǒng)硬件電路設計3.1 時鐘電路本設計采用外部時鐘方式，使用外部

5、振蕩器產(chǎn)生脈沖信號，采用12MHz的石英晶體振蕩器，結構如圖3-1。圖3-1 時鐘電路和復位電路3.2 復位電路 本設計采用按鍵手動電平復位電路，通過RST端經(jīng)電阻與電源Vcc接通而實現(xiàn)，結構如圖3-1。 3.3 數(shù)碼管顯示電路本設計所用數(shù)碼管顯示電路采用4位紅色共陰極數(shù)碼管接上拉電阻實現(xiàn)，其結構如圖3-2。圖3-2數(shù)碼管顯示電路 3.4 鍵盤輸入電路本設計采用4*4矩陣鍵盤實現(xiàn)數(shù)據(jù)和運算法則的輸入。按鍵設置在行、列線的交點上，行列線分別連接的按鍵開關的兩端，并通過上來電阻街道+5V上。無按鍵按下時，行、列線均處于高電平，當有按鍵按下是，相對應的行和列電平為低電平。此特點也用于單片機I/O口對

6、矩陣鍵盤的掃描。矩陣鍵盤和單片機的連接如圖3-2所示。圖3-2 矩陣鍵盤與單片機的連接圖注：以上各部分按照電路功能模塊化介紹器件選型、器件特性、電路設計思路、電路功能等，要注意與第2小節(jié)中的整體方案設計圖相對應。文中出現(xiàn)的電路原理圖同樣不能從資料中裁剪，可從自己設計的Proteus圖中拷貝。4. 系統(tǒng)程序設計4.1 主程序流程圖單片機控制I/O口循環(huán)掃描鍵盤狀態(tài)，當檢測到有按鍵按下時，將按鍵信號輸入單片機，處理并輸出顯示，若無按鍵按下，則保持前一個數(shù)據(jù)的顯示狀態(tài)。系統(tǒng)主程序流程圖如圖4-1所示。圖4-1 主程序流程圖4.2 鍵盤掃描子程序流程圖先檢測是否有按鍵按下，當有按鍵按下時，逐行檢測每一

7、行的列狀態(tài)，將準確的鍵盤信號輸入單片機。鍵盤掃描流程圖如圖4-2所示。圖4-2 鍵盤掃描流程圖4.3 按鍵處理輸出顯示子程序流程圖輸出的子程序包括運算數(shù)的輸出和結果輸出，當有數(shù)字鍵按下，之前的數(shù)字左移一位，最新按下的數(shù)字顯示在第一位，當有符號鍵按下，屏幕清零，當有等號鍵按下，判斷運算結果是否符合要求，若符合要求，輸出結果，不符合要求，輸出報錯提示。輸出顯示子程序流程圖如圖4-3所示。圖4-3按鍵處理顯示輸出子程序流程圖5. 系統(tǒng)調試這一部分分為Proteus軟件仿真調試和硬件調試兩部分，分別給出調試過程、調試時應注意的問題，分析遇到的問題及問題的解決方法，Proteus調試可截屏運行結果圖形并

8、加以分析。5.1 Proteus軟件仿真調試5.2 硬件調試6. 程序清單#include #include #include #include #include unsigned char key_scan(); void delay10ms(); unsigned char key_free(); void display(); void display1(unsigned int number1); void display2(unsigned int number2); void display3(unsigned int number3); void display4(unsigne

9、d int number4); void display_result(); void delay(unsigned int time); void key_deal(); void display_error(); void caculate(); void put_offleds(); unsigned char numbertable=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6d,0x7D,0x07,0x7f,0x6f;/1至9的共陰顯示段碼 unsigned char errortable=0x86;/報錯時使用的段碼 unsigned char weitable=0xf

10、e,0xfd,0xfb,0xf7; /共陰數(shù)碼管位選 unsigned int temp,temp1,temp2,number1,number2,number3,number4,a1,a2,a3,a4,b1,b2,b3,b4,c1,c2,c3,c4,way,k,k1,waytest,result_test; unsigned int Result;result1,result2,result3,result4,E_test; unsigned char key; void main() while(1) key_scan(); key_free(); key_deal(); /新的顯示函數(shù) v

11、oid display() display1(number1); delay(6); display2(number2); delay(6); display3(number3); delay(6); display4(number4); delay(6); void display1(unsigned int number1) P2= weitable3;P1=numbertablenumber1; void display2(unsigned int number2) P2= weitable2;P1=numbertablenumber2; void display3(unsigned i

12、nt number3) P2= weitable1;P1=numbertablenumber3; void display4(unsigned int number4) P2= weitable0;P1=numbertablenumber4; /結果顯示程序 void display_result() display1(result1); delay(6); display2(result2); delay(6); display3(result3); delay(6); display4(result4); delay(6); /定義延時程序 void delay(unsigned int

13、time) unsigned int i,j;for(i=time;i0;i-) for(j=112;j0;j-); /按鍵掃描子程序 unsigned char key_scan() P0=0x0f; /對所有行置高電平，列全為低電平/P0=0xff;temp1=P0;if(temp1!=0x0f) /如果有按鍵按下 /put_offleds(); /delay(3);temp1=P0; /延時消抖if(temp1!=0x0f) P0=0xf0; /翻轉掃描列狀態(tài) /P0=0xff; temp2=P0; if(temp1=0x0e) /若第一行有按鍵按下 k=0; /鍵盤按下動作標記 swi

14、tch(temp2) case 0xe0: /第一列有人按下 key=7;break; case 0xd0: /第二列有人按下 key=8;break; case 0xb0: /若第三列有人按下 key=9;break; case 0x70: /若第四列有人按下 key=/;break; else if (temp1=0x0d) /若第二行有按鍵按下 k=0; /鍵盤按下動作標記 switch(temp2) case 0xe0: /第一列有人按下 key=4;break; case 0xd0: /第二列有人按下 key=5;break; case 0xb0: /若第三列有人按下 key=6;b

15、reak; case 0x70: /若第四列有人按下 key=*;break; else if(temp1=0x0b) /若第三行有按鍵按下 k=0;/鍵盤按下動作標記 switch(temp2) case 0xe0: /第一列有人按下 key=1;break; case 0xd0: /第二列有人按下 key=2;break; case 0xb0: /若第三列有人按下 key=3;break; case 0x70: /若第四列有人按下 key=-;break; else if (temp1=0x07) /若第4行有按鍵按下 k=0; /鍵盤按下動作標記 switch(temp2) case 0

16、xe0: /第一列有人按下 key=.;break; case 0xd0: /第二列有人按下 key=0;break; case 0xb0: /若第三列有人按下 key=;break; case 0x70: /若第四列有人按下 key=+;break; k+=1; return key; /延時程序 void delay10ms() unsigned char i,j; for(i=0;i25;i+) for(j=0;j9) /報錯標記 Result=0x79; break;case -: /減法運算 Result=Number1-Number2; if(Number1Number2) Res

17、ult=0x79; /報錯標記 break;/考慮溢出設計case *: /乘法運算 Result=Number1*Number2; if(a4*b4!=0|a3*b3!=0) /報錯標記 Result=0x79; break;case /:/除法運算 Result=Number1/Number2; if(Number1Number2) Result=0x79; /報錯標記break; default:Result=Number1;break; result4=Result/1000; result3=Result%1000/100; result2=Result%100/10; result

18、1=Result%10; /定義關閉數(shù)碼管函數(shù) void put_offleds() P1=0x00; P2=0xff; 注：以上程序清單的格式不能更改，采用Courier New字體，5號大小，背景色不能缺，注意排列整齊、注釋等。本部分對整個設計過程進行總結說明，對取得的成果進行簡單評價，對存在的問題給出以后的展望或解決辦法。其他格式說明以下主要對文中出現(xiàn)的圖、表以及公式格式給出相關示例，請大家按照如下格式編排。對圖的格式要進行設置，首先設置其版式為“嵌入型”，然后將圖和圖下面的圖號及圖題居中排列，如圖2-1所示。圖2-1 水罐液位控制結構圖XXXX。XXX如表2-1所示。表2-1 XXX材料名稱化學成分（）力學性能CMnCr其他抗拉強度b/N/mm2屈服強度s/N/mm2彈性模量E/N/mm2伸長率/布氏硬度/HBS對于文中出現(xiàn)的所有公式，要求必須用公式編輯器進行編輯