多功能計(jì)算器的設(shè)計(jì)

1、 2013 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目： 多功能計(jì)算器的設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 浦江學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息工程 班 級(jí)： 電子 0904 姓 名： 于穎 指導(dǎo)教師： 袁建華 起訖時(shí)間： 2012-11-012013-06-10 2013年6月I 多功能計(jì)算器的設(shè)計(jì) 摘要本設(shè)計(jì)就是利用單片機(jī)的原理來(lái)進(jìn)行多功能計(jì)算器的設(shè)計(jì)的，設(shè)計(jì)過(guò)程中的主控制器選用了AT89C52單片機(jī)，采用TC1602液晶顯示器，輸入按鍵為4×4矩陣鍵盤，通過(guò)軟硬件相結(jié)合，來(lái)實(shí)現(xiàn)整數(shù)的“加”、“減”、“乘”、“除”運(yùn)算。在計(jì)算器基本功能順利完成的基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的擴(kuò)展，增加了電子表功能，達(dá)到預(yù)期的要求，系統(tǒng)功能也更

2、加完善。本計(jì)算器系統(tǒng)簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，成本低，使用維護(hù)方便，軟件功能強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：計(jì)算器，運(yùn)算，擴(kuò)展 Design of multi-function calculatorABSTRACT This design principle is the use of single-chip design for multi-function calculator, the design process of the main controller selects the AT89C52 microcontroller, using TC1602 LCD monitors, input

3、 keys for the 4 × 4 matrix keyboard, through a combination of hardware and software to achieve integer "plus", "minus", "multiply", "in addition to" operation. The successful completion of the basic functions of the calculator, based on a simple extension

4、 of the system, increasing the spreadsheet functions, to achieve the desired requirements, the system functions more perfect. This calculator system is simple, practical, low cost, easy maintenance, software features strong, stable and reliable.Key Words：Calculator , Operation , Expand目 錄摘要IABSTRACT

5、II第一章 緒論11.1引言11.2設(shè)計(jì)任務(wù)11.3論文結(jié)構(gòu)2第二章 課題背景32.1 AT89Cxx系列單片機(jī)的簡(jiǎn)介32.2計(jì)算器系統(tǒng)簡(jiǎn)介42.3計(jì)算器的總體功能描述5第三章 計(jì)算器的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)63.1計(jì)算器的硬件系統(tǒng)框架63.2最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)63.3鍵盤接口電路的設(shè)計(jì)83.4顯示電路的設(shè)計(jì)93.5 DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)10第四章 計(jì)算器的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)124.1匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言的特點(diǎn)及選擇124.2主模塊程序的設(shè)計(jì)134.3鍵盤掃描模塊程序的設(shè)計(jì)144.4運(yùn)算模塊程序的設(shè)計(jì)164.5顯示模塊程序的設(shè)計(jì)174.6 DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊程序的設(shè)計(jì)19第五章 計(jì)算器系統(tǒng)的組裝與調(diào)試

6、215.1軟件系統(tǒng)的調(diào)試與仿真215.2硬件系統(tǒng)的組裝與調(diào)試22第六章 總結(jié)和展望25參考文獻(xiàn)26附錄一 計(jì)算器電路原理圖27附錄二 程序代碼28致謝41III南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文）第一章 緒論1.1引言當(dāng)今社會(huì)，隨著科技的不斷發(fā)展與進(jìn)步，人民生活水平和物質(zhì)水平的不斷提高，多種多樣的電子產(chǎn)品走進(jìn)了千家萬(wàn)戶，給我們的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂(lè)提供了很多的便利。在這當(dāng)中，計(jì)算器作為一種簡(jiǎn)單，快捷的操作，正確率高，被廣泛用于便攜式計(jì)算工具，已經(jīng)成為人類生活中不可或缺的助手。單片機(jī)是計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制和大規(guī)模集成電路技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，融計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)和控制功能于一體，因此除單片機(jī)外它還有其他名稱，例

7、如“嵌入式微處理器”、“微控制器”、“嵌入式微控制器”等。如今，單片機(jī)憑借其微小的體積和低廉的成本在各個(gè)領(lǐng)域被廣泛使用，例如用于家用電器、工業(yè)控制等，所以許多大學(xué)里都開(kāi)設(shè)了單片機(jī)原理與應(yīng)用這方面的課程。這是一門結(jié)合了技術(shù)性和實(shí)踐性的學(xué)科，學(xué)習(xí)及研究它不論對(duì)我們自身還是社會(huì)的發(fā)展都是及其有意義的。計(jì)算器就是利用單片機(jī)制作的產(chǎn)物，所以本設(shè)計(jì)的主控制器選用了AT89C52單片機(jī)，采用TC1602液晶顯示器，輸入按鍵為4×4矩陣鍵盤，通過(guò)軟硬件相結(jié)合，來(lái)實(shí)現(xiàn)整數(shù)的“加”、“減”、“乘”、“除”運(yùn)算。在此基礎(chǔ)上還加入了DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)，使其本省還具有了電子表的功能。1.2設(shè)計(jì)任務(wù)

8、這次設(shè)計(jì)主要是通過(guò)單片機(jī)的原理和應(yīng)用，在電子技術(shù)基礎(chǔ)的基本理論的指導(dǎo)下，我采用Protues仿真軟件和eil編程軟件來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算器，然后制作實(shí)物。它的主要設(shè)計(jì)任務(wù)有以下幾個(gè)部分，首先是硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，然后運(yùn)用keil進(jìn)行軟件系統(tǒng)部分的設(shè)計(jì)。利用protues仿真平臺(tái)，進(jìn)行軟件部分調(diào)試及仿真；對(duì)照設(shè)計(jì)好的仿真圖進(jìn)行計(jì)算器實(shí)物的焊接。在將軟件程序放入硬件之后，對(duì)整體電路進(jìn)行調(diào)試與測(cè)試，看是否存在問(wèn)題。 1.3. 論文結(jié)構(gòu) 本文共由六章組成，第二章為基礎(chǔ)理論部分，介紹單片機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀、AT89Cxx系列單片機(jī)的簡(jiǎn)介,計(jì)算器系統(tǒng)簡(jiǎn)介計(jì)算器的總體功能描述,；第三章為計(jì)算器的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從結(jié)構(gòu)上分析計(jì)

9、算器的硬件系統(tǒng)框架，最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì),鍵盤接口電路的設(shè)計(jì)，顯示電路的設(shè)計(jì)及DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)；第四章介紹計(jì)算器的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要介紹主模塊程序的設(shè)計(jì)，鍵盤掃描模塊程序的設(shè)計(jì)，運(yùn)算模塊程序的設(shè)計(jì)，顯示模塊程序的設(shè)計(jì)以及DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊程序的設(shè)計(jì)；第五章為計(jì)算器系統(tǒng)的組裝與調(diào)試，對(duì)系統(tǒng)的軟硬件分別進(jìn)行了調(diào)試；第六章為論文總結(jié)，對(duì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)做了相關(guān)小結(jié)并提出了下一步要做的工作。41 第二章 課題背景2.1 AT89Cxx系列單片機(jī)的簡(jiǎn)介 MCS-51系列單片機(jī)具有性能優(yōu)越，技術(shù)成熟，可靠性高，成本效益的優(yōu)點(diǎn)，所以其迅速占領(lǐng)了工業(yè)測(cè)量和控制及自動(dòng)化工程的主要市場(chǎng)，成為主流的芯片應(yīng)

10、用。由于其卓越的性能和完美的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致后來(lái)許多微控制器制造商多遵循參考它的架構(gòu)。和愛(ài)特梅爾公司一樣，飛利浦，達(dá)拉斯和其他領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司已經(jīng)推出與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容。這些知名廠商加入51系列獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，進(jìn)一步豐富和發(fā)展的51系列，產(chǎn)品性能有了很大的提高。其主要特性有：1、80C51核心處理單元。2、64/32/16/8B片內(nèi)Flash ROM，具有在應(yīng)用可編程（IAP）、在系統(tǒng)可編程（ISP）的功能，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程軟件升級(jí)，無(wú)需編程器。3、1K字節(jié)RAM； 4、雙DPTR數(shù)據(jù)指針；5、支持6時(shí)鐘或12時(shí)鐘模式；6、4個(gè)8位I/O口， P1口、P2口、P3口可直接驅(qū)動(dòng)LED；7、S

11、PI和增強(qiáng)型UAPT；8、有PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列），具有PWM的捕獲/比較功能；9、3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；10、可編程看門狗定時(shí)器；11、低EMI方式（ALE禁止）；12、兼容TTL和COMS邏輯電平；13、掉電模式和低功耗模式等；14、全靜態(tài)操作0Hz24Hz；圖2-1為AT89Cxx系列單片機(jī)的引腳排列圖：圖2-1 AT89Cxx系列單片機(jī)引腳排列圖 2.2計(jì)算器系統(tǒng)簡(jiǎn)介計(jì)算器的組成包括運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、鍵盤、顯示器、電源和一些可選外圍設(shè)備及電子配件通過(guò)人工或機(jī)器設(shè)備。低級(jí)計(jì)算器運(yùn)算器，控制器由數(shù)字邏輯電路簡(jiǎn)單的串行操作，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器是只有一個(gè)或兩個(gè)細(xì)胞，用于累加存儲(chǔ)。高級(jí)

12、計(jì)算器和只讀存儲(chǔ)器由微處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的計(jì)算程序，有更多的隨機(jī)存取記憶體單元來(lái)存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)輸入。鍵盤是計(jì)算機(jī)輸入成員，一般的接觸或傳感器類型。為了減少計(jì)算器的大小，一鍵常常有多種功能。計(jì)算機(jī)顯示輸出部件，發(fā)光二極管顯示器，液晶顯示器等。除了顯示的結(jié)果，但也經(jīng)常會(huì)有溢出指示，錯(cuò)誤指示。計(jì)算器的電源使用AC電源適配器或電池，電池或太陽(yáng)能供電的AC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器充電。為了節(jié)約能源，計(jì)算器生產(chǎn)大規(guī)模集成電路采用CMOS工藝（互補(bǔ)型金屬 - 氧化物 - 半導(dǎo)體集成電路），內(nèi)部配備掉電定時(shí)器電路不自動(dòng)操作。計(jì)算器可選外設(shè)，微型打印機(jī)，盒式磁帶驅(qū)動(dòng)器和磁機(jī)。2.3計(jì)算器的總體功能描述這次設(shè)計(jì)是多功能計(jì)算

13、器的設(shè)計(jì)，所以它實(shí)現(xiàn)的不僅僅是簡(jiǎn)單的運(yùn)算，還添加了電子表的功能，其主要實(shí)現(xiàn)功能如下所述：1、本設(shè)計(jì)為基于單片機(jī)的多功能計(jì)算器的設(shè)計(jì)，它的基本功能是進(jìn)行四則運(yùn)算“加”、“減”、“乘”、“除”；2、進(jìn)行基本的四則運(yùn)算，鍵盤由16個(gè)鍵組成，其中包含數(shù)字鍵09，符號(hào)鍵“+”、“-”、“*”、“/”、“=”和清零鍵；3、設(shè)計(jì)運(yùn)算的過(guò)程中的數(shù)字和符號(hào)在顯示器上都需要顯示，按下“=”號(hào)鍵時(shí)，計(jì)算結(jié)果自動(dòng)顯示出來(lái)；4、可以連續(xù)多次的運(yùn)算，也就是說(shuō)前面計(jì)算所得的結(jié)果還可以作為后面運(yùn)算的第一個(gè)值； 5、錯(cuò)誤提示，例如除數(shù)為0，或者運(yùn)算結(jié)果超過(guò)了計(jì)算器本身設(shè)定的范圍時(shí)(溢出)，可以在顯示器上提示錯(cuò)誤并內(nèi)部歸零；6、

14、附加功能：在以上幾點(diǎn)完成的情況下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行下一步的擴(kuò)展，增加了時(shí)鐘芯片，這樣系統(tǒng)既可以作為計(jì)算器，也可作為電子表，電子表具有調(diào)時(shí)。第三章 計(jì)算器的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1計(jì)算器的硬件系統(tǒng)框架計(jì)算器的硬件系統(tǒng)框架如圖3-1所示：?jiǎn)纹瑱C(jī)按鍵及鍵掃電路顯示電路復(fù)位、晶振電路實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路電源系統(tǒng)圖3-1 計(jì)算器的硬件系統(tǒng)框架圖3.2最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)一般由單片機(jī)，復(fù)位電路和晶振電路組成，我們?cè)谠O(shè)計(jì)中總是喜歡把按鍵輸入、顯示輸出等加到上述電路中。1、單片機(jī)的選擇在前面我們已經(jīng)介紹了AT89C系列的單片機(jī)，本設(shè)計(jì)中我們采用AT89C52單片機(jī)，它的性能好，價(jià)格低。其引腳圖如圖3-2所示。圖3-2 AT

15、89C52引腳圖2、晶振電路的設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)對(duì)于時(shí)間要求不是很高，只要按圖來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)就可以使系統(tǒng)可靠起振并運(yùn)行的穩(wěn)定。但是由于圖中的電容C2、C3的作用是對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘頻率的微調(diào)和穩(wěn)定，所以在這次計(jì)算器系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中一定要注意正確選擇參數(shù)（本設(shè)計(jì)采用30pF），振蕩頻率范圍是1.2MHz12MHz，這里采用11.0592MHz是因?yàn)榭梢詼?zhǔn)確地得到9600波特率和19200波特率，便于和計(jì)算機(jī)進(jìn)行串口通訊。晶振電路的設(shè)計(jì)如下圖3-3所示。 圖3-3 晶振電路3、復(fù)位電路的設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)對(duì)復(fù)位電路部分的考慮還是蠻周到的，因?yàn)閺?fù)位電路對(duì)這次設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是很重要的。當(dāng)程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤導(dǎo)致系統(tǒng)死鎖狀態(tài)

16、時(shí)，為了讓系統(tǒng)化險(xiǎn)為夷，需要按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)單片機(jī)。復(fù)位操作包過(guò)加電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位，其中，按鍵手動(dòng)復(fù)位分為電平方式和脈沖方式兩種。這次設(shè)計(jì)中，手動(dòng)復(fù)位明顯比加電復(fù)位更適合，所以在這里采用按鍵手動(dòng)復(fù)位中的按鍵電平復(fù)位，電路設(shè)計(jì)如圖3-4所示。 圖3-4 按鍵電平復(fù)位電路3.3鍵盤接口電路的設(shè)計(jì)這次設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的計(jì)算器的設(shè)計(jì)，并沒(méi)有要求進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算，因此，采用4×4矩陣式鍵盤16個(gè)鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)基本的“加” 、“減” 、“乘” 、“除”運(yùn)算即可。矩陣式鍵盤的硬件結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，有行輸出口和列輸出口構(gòu)成行列式鍵盤，按鍵設(shè)置在行、列的交點(diǎn)上。4×4矩陣式鍵盤具體按鍵安排如表3-1：表

17、3-1 4×4矩陣式鍵盤 第0列第1列第2列 第3列第0行01 23第1行4567第2行89+-第3行*/=復(fù)位 電路設(shè)計(jì)如圖3-5所示，圖中1.、2、3、4分別接單片機(jī)的P10P13口，5、6、7、8分別接P14P17口。 圖3-5 鍵盤接口電路3.4顯示電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用的LED顯示器件有LED數(shù)碼管顯示器和LED液晶顯示器兩種。液晶顯示器和LED數(shù)碼管顯示器對(duì)比來(lái)說(shuō)雖然價(jià)格貴點(diǎn)，但是它的顯示功能強(qiáng)大，體積小、功耗低、界面清晰，便于觀察。這次設(shè)計(jì)進(jìn)行的是計(jì)算器設(shè)計(jì)，如果用液晶作為顯示器，兩行就足夠了，一行顯示算式，一行顯示結(jié)果，所以這次設(shè)計(jì)選擇TC1602字符型液晶模

18、塊進(jìn)行顯示。TC1602的工作原理：TC1602顯示模塊采用點(diǎn)陣圖形來(lái)顯示字符，顯示分為2行、每行16個(gè)字符或1行16個(gè)字符兩種模式，常用模式為2行16個(gè)字符。它包含16個(gè)引腳，引腳功能如下表3-2：表3-2 TC1602顯示模塊第1腳GND電源地第2腳Vcc接+5V電源第3腳VL液晶顯示器調(diào)整對(duì)比度端第4腳RS寄存器選擇信號(hào)線。高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)選擇指令寄存器第5腳RW讀寫信號(hào)線第6腳E使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，可以寫入數(shù)據(jù)第714腳8位雙向數(shù)據(jù)線D0D7第15腳BLA背光電源正極輸入端第16腳BLK背光電源負(fù)極輸入端。BLA接正，BLK接負(fù)便會(huì)點(diǎn)亮背光燈TC1602引

19、腳電路圖如圖3-6所示：圖3-6 TC1602電路圖圖中714腳接單片機(jī)的P0口。TC1602液晶顯示模塊內(nèi)置有字符發(fā)生ROM，字符發(fā)生RAM和字符顯示RAM，字符發(fā)生存儲(chǔ)器已經(jīng)存儲(chǔ)了192個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，每一個(gè)字符都有固定的代碼，可以通過(guò)查表找出所需要顯示的字符的地址讓其在液晶中顯示出來(lái)。3.5 DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)在這次設(shè)計(jì)中，DS1302時(shí)鐘電路是系統(tǒng)擴(kuò)展的一個(gè)模塊，屬于附加功能，它跟計(jì)算器是不屬于一個(gè)部分的，在上學(xué)期創(chuàng)新設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，我多添加了這個(gè)模塊，這樣我的計(jì)算器除了計(jì)算功能外，還多了一項(xiàng)電子表的功能，使系統(tǒng)功能完善了許多。我設(shè)計(jì)的計(jì)算器和電子表兩種模式可以用一個(gè)獨(dú)

20、立按鍵來(lái)進(jìn)行切換，而且是在同一塊液晶屏上顯示。實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路DS1302的主要特點(diǎn)是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可以為電源提供可編程的充電功能，并且還可以關(guān)閉充電功能，采用普通32.768kHz晶振，工作電壓為2.5V5.5V。它可以對(duì)年、月、日、周、日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，還具有閏年補(bǔ)償?shù)榷喾N功能。但是這次設(shè)計(jì)，我設(shè)計(jì)的只是電子表，所以只需要時(shí)、分、秒，很多功能不可以體現(xiàn)出來(lái)，我準(zhǔn)備在以后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)一步擴(kuò)展，比如可以做個(gè)萬(wàn)年歷，這樣時(shí)鐘芯片就可以得到充分的利用。其引腳功能如表3-3所示：表3-3 DS1602引腳功能第1腳Vcc2第1腳Vcc2第2腳X1和第3腳X2振蕩源，外接32.768HZ的晶振第4腳

21、GND地線第5腳復(fù)位/片選線第6腳I/O串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端（雙向）第7腳SCLK串行時(shí)鐘輸入第8腳Vcc1后背電源DS1302引腳電路圖如圖3-7所示： 圖3-7 DS1302電路圖在對(duì)該模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，我選用了4個(gè)獨(dú)立式按鍵，它們的功能分別是：“設(shè)置” 、“確認(rèn)” 、“+” 、“-” ，用來(lái)準(zhǔn)確的設(shè)置時(shí)間。設(shè)置方法如下：首先按設(shè)置鍵1下，可按“+”、“-”對(duì)“小時(shí)”進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置完畢按確認(rèn)鍵退出；和前面一樣，按設(shè)置鍵2下對(duì)“分”進(jìn)行設(shè)置，按設(shè)置鍵3下對(duì)“秒”進(jìn)行設(shè)置。第四章 計(jì)算器的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)這次設(shè)計(jì)需單片機(jī)硬件電路及軟件編程相結(jié)合，在單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí)，一般選用匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言

22、。通過(guò)4.1的概述，這次設(shè)計(jì)我選擇用C語(yǔ)言進(jìn)行編程。4.1 匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言的特點(diǎn)及選擇這次設(shè)計(jì)我用的是硬件電路和軟件編程相結(jié)合的設(shè)計(jì)方案，所以選擇合適的編程語(yǔ)言是很重要。在進(jìn)行單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí)，常見(jiàn)的有匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言兩種。C語(yǔ)言雖然執(zhí)行效率沒(méi)有匯編語(yǔ)言高，但是它語(yǔ)言簡(jiǎn)單，便于操作，運(yùn)算豐富，表達(dá)化類型多種多樣，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型也很豐富，可以大大提高大大提高單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)研制開(kāi)發(fā)的效率，而且它的易移植性也有助于打破不同單片機(jī)系列之間的界限。如今單片機(jī)的發(fā)展水平已經(jīng)達(dá)到了一定高度，內(nèi)部資源相當(dāng)豐富，CPU的處理速度非?？?。我覺(jué)得這次設(shè)計(jì)用C語(yǔ)言來(lái)控制單片機(jī)是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。所以在這次設(shè)計(jì)

23、中我選擇C語(yǔ)言來(lái)編寫程序代碼。主函數(shù)設(shè)計(jì)：/*函數(shù)聲明*/#include <reg51.h>#include <key.h>#define uchar unsigned charuchar key;uchar rrr=0xff;uchar alldata12=0;uchar love14;uchar exit=0,yes=0,kind=0,fu=0,pfu=0,position1=0,position2=0;unsigned long data1=0,data2=0,data3=0,ddata=0;uchar keyscan(void);void display(uc

24、har);void prodis(void);void clear(void);void datapc(void);void remove0(void);void data3dis(void);void main()init();while(1) key=keyscan(); delay(); if(exit=1) display(key); 4.2主模塊程序的設(shè)計(jì) 主模塊是可以說(shuō)是本次設(shè)計(jì)的主框架。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)常會(huì)用到“從上到下”和“從下到上”兩種方式，而“從上到下”法的核心便于主框架的構(gòu)建。它的好壞直接影響到程序最終功能的實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)的主要目的是實(shí)現(xiàn)計(jì)算功能，而不是電子表，僅在

25、計(jì)算器功能的基礎(chǔ)上，成功完成附加功能的電子表格，所以時(shí)間的優(yōu)先級(jí)的設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)應(yīng)被引導(dǎo)到一種計(jì)算模式，而不是電子表格模式，設(shè)計(jì)完成后我可以根據(jù)需要在兩者之間切換，主模塊的程序流程圖如圖4-1所示。開(kāi)始初始化液晶屏、DS1302及相關(guān)變量計(jì)算模式判斷模式切換鍵是否按下 N Y電子表模式 判斷模式切換鍵是否按下 N返回 Y 圖4-1 主模塊程序流程圖 4.3鍵盤掃描模塊程序的設(shè)計(jì)矩陣按鍵掃描程序是用來(lái)節(jié)省I/O口的，它可以根據(jù)按鍵數(shù)目的多少來(lái)節(jié)省對(duì)應(yīng)的I/O口。鍵盤掃描模塊程序的流程圖如圖4.2所示。鍵盤掃描子程序應(yīng)具有以下功能：（1）如果鍵有按下，就計(jì)算鍵值。它的方法為：行輸出口輸出全為0，讀列

26、輸入口信息，如果列輸入值全為1，沒(méi)有鍵按下；如果不是為全1，有鍵按下，對(duì)應(yīng)的計(jì)算鍵值。（2）去除按鍵抖動(dòng)。在按鍵操作過(guò)程中，按鍵受到彈性的影響會(huì)導(dǎo)致按鍵的機(jī)械觸電在閉合及斷開(kāi)的瞬間發(fā)生抖動(dòng)的現(xiàn)象，導(dǎo)致按鍵不能馬上實(shí)現(xiàn)完全閉合或斷開(kāi)，并使輸入電壓信號(hào)也會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)現(xiàn)象，抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短根據(jù)按鍵的機(jī)械特性決定。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)大于20ms，否則，就會(huì)發(fā)生按一次做多次處理的情況，從而程序不能正常執(zhí)行。開(kāi)始是否有鍵按下 N 消抖 Y 確實(shí)有鍵按下 N 判斷并計(jì)算鍵號(hào)，執(zhí)行相應(yīng)命令 Y 按鍵是否釋放 N 返回 Y圖4-2 鍵盤掃描模塊程序流程圖 (3)判斷按鍵是否釋放。首先要計(jì)算出閉合鍵的鍵值，然后對(duì)按鍵判

27、斷是否釋放。如果按鍵釋放就等待；如果鍵已經(jīng)釋放，那么就再延時(shí)消抖。(4)命令處理。輸入閉合鍵的鍵值后，程序自動(dòng)實(shí)現(xiàn)該鍵已經(jīng)設(shè)定的功能。4.4運(yùn)算模塊程序的設(shè)計(jì)在這個(gè)模塊中，我要實(shí)現(xiàn)“加”、“減”、“乘”、“除”四種整數(shù)的運(yùn)算，需要定義三個(gè)數(shù)：x、y、z ，類型為長(zhǎng)整型（-2147485648+2147485647）；其中x為第一個(gè)數(shù)，y為第二個(gè)數(shù)，z為兩數(shù)運(yùn)算的結(jié)果。這次設(shè)計(jì)還要求可以根據(jù)需要進(jìn)行連續(xù)多次的運(yùn)算，即把c的值賦給x，輸入運(yùn)算符，再輸入y，按下“=”號(hào)，再得到z，再賦給x，以此反復(fù)執(zhí)行。在運(yùn)算中x的值有可能是負(fù)數(shù)，而y必定是正數(shù)，所以我在進(jìn)行“加”、“減”、“乘”三種運(yùn)算時(shí)都可能會(huì)

28、有溢出，都需要進(jìn)行報(bào)錯(cuò)；在除法運(yùn)算時(shí)，若除數(shù)為0，也需要報(bào)錯(cuò)。設(shè)d=+2147485647，e=-2147485648，判斷溢出的方法是：（1）加法：當(dāng)0<x<d時(shí)，若y>d-y，則溢出；（2）減法：當(dāng)e<x<0時(shí)，若y>x-e，則溢出；（3）乘法：當(dāng)0<x<d時(shí)，若y>d/x，則溢出； 當(dāng)e<x<0時(shí)，若y>e/x，則溢出；這次需要當(dāng)心的地方就是在設(shè)計(jì)過(guò)程中除法運(yùn)算時(shí)為了保留四位小數(shù)需對(duì)z轉(zhuǎn)化為float型并進(jìn)行×10000的操作，可以想象當(dāng)z> +214748.5647時(shí)，z擴(kuò)大一萬(wàn)倍就不再屬于長(zhǎng)整型的

29、范圍了，這就產(chǎn)生了溢出錯(cuò)誤。為了阻止這種情況的發(fā)生，這次設(shè)計(jì)規(guī)定了當(dāng)z> +214748.3645或z<-214748.5648時(shí)，結(jié)果顯示不保留小數(shù)；當(dāng)z<+214748.5647或z>-214748.5648時(shí)，結(jié)果顯示保留四位小數(shù)。運(yùn)算模塊程序流程圖如圖4-3所示。開(kāi)始判斷是哪個(gè)運(yùn)算符乘減除加除數(shù)是否為0 N錯(cuò)誤信息送顯示緩沖區(qū)運(yùn)算結(jié)果是否溢出Y Y 數(shù)值送顯示緩沖區(qū) N 圖4-3 運(yùn)算模塊程序流程圖4.5顯示模塊程序的設(shè)計(jì)在這次設(shè)計(jì)中，顯示器上只需要顯示數(shù)字和符號(hào)，不需要顯示圖形或者漢字，而且需要顯示的數(shù)字和符號(hào)都有在TC1602液晶模塊內(nèi)置的字符發(fā)生存儲(chǔ)器里，

30、在編程時(shí)，通過(guò)查表就可得到相應(yīng)字符的代碼。顯示程序的流程圖如圖4-4所示。開(kāi)顯示液晶初始化 判斷是否顯示字符 N 相應(yīng)功能的設(shè)置 Y Y送地址 送數(shù)據(jù) 判斷是否顯示完 N 返回 Y 圖4-4 顯示程序流程圖在這個(gè)模塊中，我們需要了解液晶的基本操作時(shí)序?qū)懼噶詈蛯憯?shù)據(jù)。寫指令：輸入：RS=L，RW=L，D0D7=指令碼，E=高脈沖；輸出：無(wú)。寫數(shù)據(jù)：輸入：RS=H，RW=L，D0D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖；輸出：無(wú)。4.6 DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊程序的設(shè)計(jì)從前面已經(jīng)了解到了時(shí)鐘芯片的功能很強(qiáng)大，設(shè)計(jì)這部分程序前，我必須對(duì)DS1302有關(guān)日歷、時(shí)間的寄存器進(jìn)行深入的了解。在本設(shè)計(jì)中，我只用到了時(shí)間，所

31、以我在這里就只對(duì)時(shí)間寄存器進(jìn)行解釋，時(shí)（85H、84H）、分（83H、82H）、秒（81H、82H）寄存器及控制寄存器（8FH、8EH）介紹如表4-1所示。表4-1 時(shí)、分、秒、控制寄存器介紹讀寄存器寫寄存器bit7 bit6bit5bit4bit3bit2bit1bit0 范圍81H80HCH10秒秒005983H82H10分分005985H84H 0 020時(shí)10時(shí) 時(shí)0238FH8EH WP 0000000從表中，可以很明了的知道以上寄存器的功能和使用方法，需要說(shuō)明的是控制寄存器的位7（WP）是寫保護(hù)位，其他七位都為0，在對(duì)任何時(shí)鐘和RAM進(jìn)行寫操作前，WP必須為0。當(dāng)WP為1時(shí)，禁止對(duì)

32、任一寄存器進(jìn)行寫操作，也就是說(shuō)在電路上電的初始態(tài)WP為1，必須先將它置為0，才可進(jìn)行寫操作。還有秒寄存器的位7位定義為時(shí)鐘暫停標(biāo)志（CH）位置為1時(shí)，時(shí)鐘振蕩器停止，DS1302時(shí)鐘芯片處于低功耗狀態(tài)；為0時(shí)，時(shí)鐘開(kāi)始運(yùn)行。例如，執(zhí)行以下語(yǔ)句，就在時(shí)鐘芯片中寫入了時(shí)間11:20:05。write_ds1302(0x8e,0x00); /去保護(hù)write_ds1302(0x84,0x12); /寫小時(shí)，11時(shí)write_ds1302(0x82,0x30); /寫分鐘，20分write_ds1302(0x80,0x01); /寫秒鐘，05秒write_ds1302(0x8e,0x80); /寫完后

33、，上保護(hù)DS1302時(shí)鐘程序流程圖如圖4-5所示。開(kāi)始相關(guān)變量初始化DS1302去保護(hù)復(fù)位端產(chǎn)生一個(gè)高電平復(fù)位端產(chǎn)生一個(gè)高電平寫1302地址延時(shí)寫1302地址將該地址數(shù)據(jù)讀出延時(shí)地址增加向該地址寫數(shù)據(jù)地址增加數(shù)據(jù)是否讀完 N數(shù)據(jù)是否寫完N顯示數(shù)據(jù) Y Y 圖4-5 DS1302時(shí)鐘程序流程圖第五章 計(jì)算器系統(tǒng)的組裝與調(diào)試5.1軟件系統(tǒng)的調(diào)試與仿真 在本次設(shè)計(jì)中，C程序是在Keil軟件中編寫并編譯的，在程序編寫中主要出現(xiàn)了以下問(wèn)題：（1）在進(jìn)行編程的時(shí)候，因?yàn)槌绦蜻^(guò)長(zhǎng)過(guò)復(fù)雜，容易出現(xiàn)少了或多了一個(gè)“”的現(xiàn)象。（2）有的變量所定義的類型錯(cuò)誤，雖然程序沒(méi)有錯(cuò)誤，但仿真后結(jié)果錯(cuò)誤。（3）事先未被定義的

34、被調(diào)函數(shù)放在了主調(diào)函數(shù)的后面，導(dǎo)致錯(cuò)誤。（4）事先定義的芯片引腳與仿真圖中引腳不是同一個(gè)。（5）仿真的結(jié)果有時(shí)正確有時(shí)是亂碼，例如：6+15=21正確，但若是運(yùn)算2148787845+26，結(jié)果就是亂碼。這是因?yàn)橄到y(tǒng)本身定義的是長(zhǎng)整型，而此結(jié)果已經(jīng)溢出，不屬于長(zhǎng)整型了，我們一眼就能看出是溢出，應(yīng)該提示錯(cuò)誤信息，但是計(jì)算機(jī)不能，所以在編寫程序時(shí)不能直接判斷運(yùn)算結(jié)果是否大于長(zhǎng)整型，而應(yīng)該間接判斷，判斷方法在運(yùn)算模塊的設(shè)計(jì)中已講解過(guò)。在Keil和Protues的聯(lián)合調(diào)試下，經(jīng)過(guò)了多次認(rèn)真的分析與修改，程序終于能實(shí)現(xiàn)我預(yù)期的要求。Protues仿真如圖5-1所示。圖5-1 Protues 仿真圖5.2

35、硬件系統(tǒng)的組裝與調(diào)試在成功的進(jìn)行軟件仿真后，下一步要做的就是焊接硬件實(shí)物了，焊在焊接前一定要認(rèn)真閱讀焊接注意事項(xiàng)，并在萬(wàn)能電路板上對(duì)各元件的放置進(jìn)行合理布局，此時(shí)不僅要考慮正面整體的美觀，還要考慮背面布線的方便性，盡可能減少布線的復(fù)雜度。焊接好后要做的就是進(jìn)行調(diào)試，這個(gè)過(guò)程中遇到的問(wèn)題如下： （1）通過(guò)STC-ISP軟件把在Keil中生成的.hex文件加載到單片機(jī)中，開(kāi)機(jī)，進(jìn)行運(yùn)算，發(fā)現(xiàn)液晶屏點(diǎn)亮但不顯示任何數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)對(duì)電路的檢查，發(fā)現(xiàn)本應(yīng)接地液晶第3腳（VL）接到了電源端，改正后液晶可以顯示。 （2）液晶雖然可以顯示了，但在進(jìn)行計(jì)算時(shí)并不能正確顯示，經(jīng)過(guò)多次檢查，發(fā)現(xiàn)硬件并無(wú)錯(cuò)誤，斷定為軟件

36、的錯(cuò)誤，最后發(fā)現(xiàn)軟件中液晶初始化不完整，可是在仿真時(shí)是正確的，這充分說(shuō)明了仿真與實(shí)際硬件的區(qū)別。經(jīng)過(guò)多次的調(diào)試，我的計(jì)算器終于能達(dá)到同仿真時(shí)一樣的效果了。計(jì)算器實(shí)物如圖5-2所示。 圖5-2 計(jì)算器實(shí)物圖計(jì)算器進(jìn)行各種運(yùn)算的截圖如圖5-3所示。 （a）加 (b) 減 (c)乘 (d) 除 (e) 除數(shù)為0 （f）溢出錯(cuò)誤 （g）時(shí)間顯示圖5-3 運(yùn)算器各種運(yùn)算截圖 從上圖可以看出，我做的計(jì)算器在運(yùn)算部分和時(shí)鐘部分都能成功地運(yùn)行了，它可以做到基本的四則運(yùn)算，還可以正確的顯示時(shí)間，同時(shí)，在計(jì)算結(jié)果超出它本身的運(yùn)算范圍的時(shí)候它會(huì)用英文提示錯(cuò)誤。第六章 總結(jié)和展望我的題目是多功能計(jì)算器的設(shè)計(jì)，對(duì)于我們

37、這些實(shí)踐中的新手來(lái)說(shuō)，這是一次考驗(yàn)。如何才能把課堂上學(xué)到的東西和實(shí)際應(yīng)用中的相結(jié)合？如何能讓自己的水平有更多的提高？如何讓自己的計(jì)劃變得更有序性，而不會(huì)忙無(wú)一用？這都是需要我考慮和努力的地方。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我學(xué)到很多很多東西，學(xué)會(huì)了如何讓去制定計(jì)劃，如何去實(shí)現(xiàn)這個(gè)計(jì)劃，而且掌握了在執(zhí)行過(guò)程中如何去克服心理上的不良情緒。不僅加深鞏固了以前學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了許多書本上沒(méi)有提到過(guò)的知識(shí)，學(xué)會(huì)了一種系統(tǒng)的研究方法，可以進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的編程。同時(shí)通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我體會(huì)到了大學(xué)四年學(xué)習(xí)中存在的不足，例如沒(méi)有深刻的理解以前老師教過(guò)的知識(shí)，沒(méi)有系統(tǒng)的掌握所學(xué)內(nèi)容，對(duì)C語(yǔ)言的運(yùn)用能力也很差。本來(lái)我是想增加鍵

38、盤按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)除四則基本運(yùn)算以外的運(yùn)算功能的，但在實(shí)踐中我發(fā)現(xiàn)并不是我想的那么簡(jiǎn)單，在編寫程序的時(shí)候我遇到了困難，使得我的想法只能被打斷，所以我又想到了在運(yùn)算以外的其他部分添加功能，由于以前有電子時(shí)鐘方面的實(shí)驗(yàn)經(jīng)歷，所以我決定把它作為附加功能。在實(shí)物焊接的后期我還是遇到了一些困擾，因?yàn)槿绾伟褧r(shí)間顯示在液晶顯示器上而不影響計(jì)算器本省運(yùn)算功能的操作出現(xiàn)了問(wèn)題，但最終經(jīng)過(guò)我的深思熟慮還是巧妙的化解了這個(gè)難題。在這次設(shè)計(jì)中剛開(kāi)始我遇到了很多問(wèn)題，最終還是被我成功的解決了，基本實(shí)現(xiàn)了我最初的設(shè)想，也成功的實(shí)現(xiàn)了時(shí)鐘功能。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我懂得了要把理論上學(xué)會(huì)的東西與實(shí)際中的結(jié)合起來(lái)，只有把二者合起來(lái)，通

39、過(guò)理論得出結(jié)論，才能提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力，更好的為社會(huì)服務(wù)。雖然我完成了計(jì)算器的設(shè)計(jì)，但我覺(jué)得在設(shè)計(jì)過(guò)程中還是存在許多不足的，只能算是初步的完成了當(dāng)初的想發(fā)?，F(xiàn)在市場(chǎng)上的計(jì)算器功能都很多，我只能完成其中的一小部分，限于個(gè)人水平、時(shí)間及條件的限制，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我也只能做到那么多。如果以后還有時(shí)間對(duì)其進(jìn)行的完善的話，我會(huì)添加一些平方，開(kāi)方等實(shí)用的功能，但這些功能的實(shí)現(xiàn)我還要進(jìn)行更加系統(tǒng)的學(xué)習(xí)。參考文獻(xiàn)1 何立民.MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)M.北航版 ,1991 2 劉桂敏. 單片機(jī)系統(tǒng)中復(fù)合鍵和一鍵多功能的設(shè)計(jì)J.遼寧科技大學(xué)學(xué)報(bào), 20113 胡漢才.單片機(jī)原理及其接口

40、設(shè)計(jì)M.清華大學(xué)出版社，1997 4 趙亮. 單片機(jī)從入門到精通系列講座矩陣鍵盤應(yīng)用J,電子制作, 2008 5 胡花.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)M.江西高校出版社， 20086 劉杰,梁華國(guó). 矩陣式靜態(tài)編碼鍵盤及其接口電路J. 阜陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 20047 謝嘉奎.電子線路（非線性部分第四版）M.高等教育出版社，20088 徐瑋. 51單片機(jī)綜合學(xué)習(xí)系統(tǒng)1602字符型液晶顯示篇J . 電子制作, 2008 9 張紅, 于平. 基于單片機(jī)控制的LED點(diǎn)陣顯示屏系統(tǒng)J. 微計(jì)算機(jī)信息 ， 200910 孫育才.MCS-51系列單片微型計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用M.東南大學(xué)出版社，200411 陳

41、洪財(cái).單片機(jī)C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言使用開(kāi)發(fā)技術(shù)M.哈爾濱工程大學(xué)出版社，2008 12 王效華、張?jiān)伱?單片機(jī)原理及應(yīng)用M.北京交通大學(xué)出版社，2007 13 彭偉.單片機(jī)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)100例M.電子工業(yè)出版社，200914 王東峰，王會(huì)良，董冠強(qiáng).單片機(jī)C語(yǔ)言應(yīng)用100例M.電子工業(yè)出版社，2009 15 程興國(guó). 基于Proteus和Keil構(gòu)建的單片機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室J.福建電腦, 2009 16 KPeter.Background Compensation forIRthermometersJ.Sensor,1990,7(3):67 68.附錄一計(jì)算器的硬件電路原理圖 計(jì)算器硬件電路原理圖附

42、錄 二源程序：#include<reg51.h> /頭文件#define uint unsigned int #define uchar unsigned charsbit lcden=P26; /定義引腳sbit rs=P24;sbit rw=P25;sbit busy=P07;sbit key=P33;sbit setkey=P34; sbit surekey=P35;sbit pluskey=P36;sbit reducekey=P37;sbit ds1302_clk=P20; sbit ds1302_io=P21; sbit ds1302_rst=P22;bit w;uns

43、igned temp0,temp1,hour,min,sec,next;char i,j,num;long int a,b,c,d,e; /a第一個(gè)數(shù) b第二個(gè)數(shù) c得數(shù) int k,temp,kk;uchar flag,fuhao; /flag表示是否有符號(hào)鍵按下，fuhao表征按下的是哪個(gè)符號(hào)uchar err=0x72,0x6f,0x72,0x72,0x65,;uchar code table=0,1,2,3,4,5,6,7, 8,9,0,0,0,0,0,0;uchar code table1=0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,0x2b-0x30,0x2d-0x30,0x2a-0x

44、30,0x2f-0x30,0x3d-0x30,0x01-0x30,;void delay(uchar z) /延遲函數(shù)1msuchar y;for(z;z>0;z-) for(y=0;y<110;y+);void delay1(uint t) /遲延函數(shù) 50us uchar j; for(;t>0;t-) for(j=19;j>0;j-);void delay2(uint t) /遲延函數(shù)50ms uchar j; for(;t>0;t-) for(j=6245;j>0;j-);void write_ds1302byte(unsigned char tem

45、p1) /ds1302寫字節(jié)函數(shù) unsigned char i; for (i=8;i>0;i-) ds1302_io=temp1&0x01;ds1302_clk=0; ds1302_clk=1;temp1>>=1; void write_ds1302( unsigned char address,unsigned char dat ) /ds1302寫數(shù)據(jù)函數(shù) ds1302_rst=0; ds1302_clk=0; ds1302_rst=1; delay(1); write_ds1302byte(address); write_ds1302byte(dat); d

46、s1302_rst=0; unsigned char read_byte() /ds1302讀字節(jié)函數(shù) unsigned char i; for(i=8;i>0;i-) if(ds1302_io)temp0=temp0|0x80;ds1302_clk=1; ds1302_clk=0;temp0=temp0>>1; return temp0; unsigned char read_ds1302(unsigned char address) /ds1302讀數(shù)據(jù)函數(shù) unsigned char temp1; ds1302_rst=0; ds1302_clk=0; ds1302_rst=1; write_ds1302byte(address); temp1=read_byte(); ds1302_rst