電子計(jì)算器課程設(shè)計(jì)

目錄TOC\o"1-2"\h\z\u1設(shè)計(jì)任務(wù)和性能指標(biāo) 11.1設(shè)計(jì)任務(wù) 11.2性能指標(biāo) 12設(shè)計(jì)方案 12.1需求分析 12.2方案論證 13系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 23.1總體框圖設(shè)計(jì) 23.2單片機(jī)選型 23.3單片機(jī)附屬電路設(shè)計(jì) 33.4LCD液晶顯示 44系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 44.1設(shè)計(jì)思路 44.2總體流程圖 44.3子程序設(shè)計(jì) 54.4總程序清單 65仿真與調(diào)試 65.1調(diào)試步驟 65.2仿真結(jié)果及性能分析 86總結(jié) 8參考文獻(xiàn) 8附錄1系統(tǒng)硬件電路圖 10附錄2程序清單 111設(shè)計(jì)任務(wù)和性能指標(biāo)1.1設(shè)計(jì)任務(wù)電子計(jì)算器設(shè)計(jì)1、能實(shí)現(xiàn)4位整數(shù)的加減法和2位整數(shù)的乘法；2、結(jié)果通過(guò)5個(gè)LED數(shù)碼管顯示（4位整數(shù)加法會(huì)有進(jìn)位）或通過(guò)液晶顯示屏顯示。1.2性能指標(biāo)1．用數(shù)字鍵盤(pán)輸入4位整數(shù)，通過(guò)LED數(shù)碼顯示管或液晶顯示屏顯示。2.完成四位數(shù)的加減法應(yīng)算。當(dāng)四位數(shù)想加時(shí)產(chǎn)生的進(jìn)位時(shí)，顯示進(jìn)位。3.顯示2位，并進(jìn)行2位整數(shù)的乘法。4.設(shè)計(jì)4*4矩陣鍵盤(pán)輸入線的連接。2設(shè)計(jì)方案2.1需求分析我們?nèi)粘Ｉ畹拈_(kāi)支，大額數(shù)字或是多倍小數(shù)的計(jì)算都需要計(jì)算器的幫助，處理數(shù)字的開(kāi)方、正余弦都離不開(kāi)計(jì)算器。雖然現(xiàn)在的計(jì)算器價(jià)格比較低廉，但是功能過(guò)于簡(jiǎn)單的不能滿足個(gè)人需求，功能多的價(jià)格較貴，操作不便不說(shuō)，很多功能根本用不到。所以，我們想到可不可以用自己所學(xué)為自己設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一個(gè)屬于自己的簡(jiǎn)單計(jì)算器來(lái)完成日常生活的需求。2.2方案論證使用單片機(jī)為ATMEL公司生產(chǎn)AT89C51，AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4K字節(jié)FLASH閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通訊口，內(nèi)置一個(gè)精密比較器，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路，同時(shí)AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的工作模式，空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行通信及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。顯示用LCD液晶顯示屏，減少線路連接。用C言編寫(xiě)程序，易進(jìn)行調(diào)試修改。采用4*4矩陣鍵盤(pán)作為輸入。3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1總體框圖設(shè)計(jì)電路圖如附錄13.2單片機(jī)選型AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓，高性能、CMOS、8位單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。AT89C51的管腳圖如圖2.2所示。圖3-13.3單片機(jī)附屬電路設(shè)計(jì)一、晶體振蕩電路1．晶體振蕩器的作用石英晶體振蕩器也稱石英晶體諧振器，它用來(lái)穩(wěn)定頻率和選擇頻率，是一種可以取代LC諧振回路的晶體諧振元件。2．本設(shè)計(jì)所用的晶體振蕩電路如圖2.3所示：圖3-2晶振電路此晶振電路所選用的石英晶振頻率為12MHZ。一、晶體振蕩電路單片機(jī)復(fù)位的條件是：必須使RST/Vpd或RST引腳加上持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期(即24個(gè)振蕩周期)的高電平。圖3-2復(fù)位電路該電路除具有上電復(fù)位功能外，若要復(fù)位，只需按圖中的BUTTON鍵，此時(shí)電源VCC經(jīng)電阻R1、R2分壓，在RESET端產(chǎn)生復(fù)位高電平。3.44*4矩陣鍵盤(pán)控制電路矩陣式鍵盤(pán)的結(jié)構(gòu)與工作原理：在鍵盤(pán)中的按鍵數(shù)量較多時(shí)，為了減少I(mǎi)/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式，其內(nèi)部簡(jiǎn)圖如圖3-3在矩陣式鍵盤(pán)中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過(guò)一個(gè)按鍵加以連接。這樣，只需要單片機(jī)的一個(gè)端口（如P1口）就可以構(gòu)成4*4=16個(gè)按鍵，比直接將端口線用于鍵盤(pán)多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成20鍵的鍵盤(pán)，而直接用端口線則只能多出一鍵（9鍵）。由此可見(jiàn)，在需要的鍵數(shù)比較多時(shí)，采用矩陣法來(lái)做鍵盤(pán)比較是合理的。由于本系統(tǒng)按鍵較多，在這里采用矩陣式4*4鍵盤(pán)，這樣可以合理應(yīng)用硬件資源，用一個(gè)8位I/O口控制,如圖3-3所示：圖3-3按鍵內(nèi)部電路簡(jiǎn)圖矩陣式鍵盤(pán)的按鍵識(shí)別方法一、確定矩陣式鍵盤(pán)上何鍵被按下，我們采用一種“行掃描法”。行掃描法：行掃描法又稱為逐行（或列）掃描查詢法，是一種最常用的按鍵識(shí)別方法。3.4LCD液晶顯示1602LCD采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無(wú)背光）接口，各引腳接口說(shuō)明如表所示:編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明1VSS電源地8D1數(shù)據(jù)2VDD電源正極9D2數(shù)據(jù)3VEE液晶顯示偏壓10D3數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇11D4數(shù)據(jù)5RW讀/寫(xiě)選擇12D5數(shù)據(jù)6E使能信號(hào)13D6數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)14D7數(shù)據(jù)4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1設(shè)計(jì)思路1．要有顯示子程序，當(dāng)鍵入一個(gè)數(shù)值或符號(hào)時(shí)顯示程序要把這個(gè)鍵入的值給顯示出來(lái)。經(jīng)過(guò)運(yùn)算在按下等號(hào)之后顯示出此次運(yùn)算的結(jié)果。2．就是按鍵程序，當(dāng)一個(gè)鍵盤(pán)按下的時(shí)候，按鍵程序要判斷是哪個(gè)按鍵按下，如果是數(shù)字鍵按下就要轉(zhuǎn)向顯示子程序來(lái)顯示出這個(gè)數(shù)字，然后等待下一個(gè)鍵值的輸入，再次判斷按下的是什么鍵，如果是功能鍵就要根據(jù)上次功能鍵和輸入的數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算結(jié)果，然后保存結(jié)果和功能鍵，結(jié)果送顯示緩沖區(qū)顯示。等待下個(gè)數(shù)值的輸入，如此重復(fù)。4.2總體流程圖開(kāi)始開(kāi)始初始化數(shù)據(jù)據(jù)LCD顯示有鍵輸入讀鍵值鍵碼是？數(shù)字鍵清零鍵功能鍵輸入值狀態(tài)清零數(shù)值送顯示緩存根基功能鍵和輸入數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果保存結(jié)果結(jié)果送顯示緩存等待數(shù)值輸入4.3子程序設(shè)計(jì)1.讀和寫(xiě)數(shù)據(jù)子程序voidwrite_com(charcom)//寫(xiě)指令函數(shù){P0=com;//com指令付給P0口rs=0;rw=0;lcden=0;check();lcden=1;}voidwrite_date(chardate)//寫(xiě)數(shù)據(jù)函數(shù){P0=date;rs=1;rw=0;lcden=0;check();lcden=1;}4.4總程序清單見(jiàn)附錄25仿真與調(diào)試5.1調(diào)試步驟1.采用KEIL開(kāi)發(fā)的89c51單片機(jī)應(yīng)用程序調(diào)試步驟：（1）在uVision集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中創(chuàng)建新項(xiàng)目（Project），擴(kuò)展文件名為.UV2,并為該項(xiàng)目選定合適的單片機(jī)CPU器件（本設(shè)計(jì)采用ATMEL公司下的AT89C51）(2)用uVision的文本編輯器編寫(xiě)源文件，可以是匯編文件（.ASM）,也可以使C語(yǔ)言文件（擴(kuò)展名.C），并將該文件添加到項(xiàng)目中去。一個(gè)項(xiàng)目文件可以包含多個(gè)文件，除了源程序文件外，還可以是庫(kù)文件、頭文件或文本說(shuō)明文件。（3）通過(guò)uVision2的相關(guān)選擇項(xiàng)，配置編譯環(huán)境、連接定位器以及Debug調(diào)試器的功能。（4）對(duì)項(xiàng)目中的源文件進(jìn)行編譯連接，生成絕對(duì)目標(biāo)代碼和可選的HEX文件，如果出現(xiàn)編譯連接錯(cuò)誤則返回到第2步，修改源文件中的錯(cuò)誤后重構(gòu)整個(gè)項(xiàng)目。圖5-1Keil調(diào)試2用Proteus對(duì)于本設(shè)計(jì)的仿真操作步驟如下：（1）進(jìn)入proteusISIS集成環(huán)境，在工作前，在systerm菜單下設(shè)置界面的顏色、圖形界面大小等項(xiàng)目，也可采用了系統(tǒng)默認(rèn)值。

（2）通過(guò)工具欄中的（從庫(kù)中選擇元件命令）命令，在pickdevices窗口中選擇電路所需的元件，放置元件到編輯區(qū)并調(diào)整其相對(duì)位置，進(jìn)行元件參數(shù)設(shè)置，元器件間連線。（3）連線并加上設(shè)置參數(shù)，并完成仿真原理圖，如圖5-2所示。（4）加載程序。將編譯調(diào)試完成的簡(jiǎn)易計(jì)算器機(jī)器碼程序（hex文件）加載到AT89C51單片機(jī)中。（5）單擊仿真工具欄中的仿真鍵，觀察仿真結(jié)果。可以按暫停、繼續(xù)、單步、等按鈕，查看效果。圖5-2操作說(shuō)明：1)本計(jì)算器實(shí)現(xiàn)4位數(shù)的加減，2位數(shù)乘除運(yùn)算。2)按下數(shù)值鍵，顯示按下的“數(shù)字”，按運(yùn)算符，顯示符號(hào)，按第2個(gè)操作數(shù)，顯示，按“=”鍵，得到運(yùn)算結(jié)果。3)按“清零”鍵清除運(yùn)算結(jié)果，可重新開(kāi)始。（6）調(diào)試與思考5.2仿真結(jié)果及性能分析6總結(jié)通過(guò)這段時(shí)間的設(shè)計(jì)，終于完成了我計(jì)算器的設(shè)計(jì)，雖然只是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的計(jì)算器，可是我也經(jīng)過(guò)了一翻很大的努力才完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求的，從心底里說(shuō)，還是挺高興的，畢竟這次設(shè)計(jì)所要求的東西都做了出來(lái)，然而高興之余不得不深思呀！在本次設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問(wèn)題，雖然以前還做過(guò)這樣的設(shè)計(jì)但這次設(shè)計(jì)真的讓我長(zhǎng)進(jìn)了很多，單片機(jī)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)就在于軟件程序的設(shè)計(jì)，需要有很巧妙的編程方法，在編程時(shí)，由于粗心大意馬虎，有些語(yǔ)句看似沒(méi)問(wèn)題，可就是不出效果，經(jīng)仔細(xì)揣摩修改后，程序才正常運(yùn)行。學(xué)習(xí)單機(jī)片機(jī)更是如此，程序只有在經(jīng)常的寫(xiě)與讀的過(guò)程中才能提高。從這次的課程設(shè)計(jì)中，我真真正正的意識(shí)到，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)系實(shí)際，把我們所學(xué)的理論知識(shí)用到實(shí)際當(dāng)中，理論指導(dǎo)實(shí)踐，在實(shí)踐中對(duì)理論知識(shí)加以理解。還要有獨(dú)立思考能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作的精神，個(gè)人能力固然重要，集體的力量更是偉大的。由于時(shí)間比較倉(cāng)促，我所設(shè)計(jì)的這個(gè)計(jì)算器非常簡(jiǎn)單，我們可以考慮在以后來(lái)改進(jìn)一下，使它的功能更加完善，強(qiáng)大。參考文獻(xiàn)[1]劉和平，劉躍，單片機(jī)原理及應(yīng)用，重慶：重慶大學(xué)出版社，2004[2]楊西明，朱騏，單片機(jī)編程與入門(mén)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004[3]陳明熒，89C51單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)教材，北京：北京清華大學(xué)出版社，2004[4]劉瑞新，單片機(jī)原理及應(yīng)用教程，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003[5樓然苗，李光飛，51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003附錄1系統(tǒng)硬件電路圖附錄2程序清單#include<reg51.h>//頭文件#defineuintunsignedint//#defineucharunsignedcharsbitlcden=P2^3;//定義引腳sbitrs=P2^4;sbitrw=P2^0;sbitbusy=P0^7;chari,j,temp,num,num_1;inta,b,c;//a,第一個(gè)數(shù)b,第二個(gè)數(shù)c,得數(shù)floata_c,b_c;ucharflag,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)ucharcodetable[]={7,8,9,0,4,5,6,0,1,2,3,0,0,0,0,0};ucharcodetable1[]={7,8,9,0x2f-0x30,4,5,6,0x2a-0x30,1,2,3,0x2d-0x30,0x01-0x30,0,0x3d-0x30,0x2b-0x30};voiddelay(ucharz)//延遲函數(shù){uchary;for(z;z>0;z--)for(y=0;y<100;y++);}voidcheck()//判斷忙或空閑{do{P0=0xFF;rs=0;//指令rw=1;//讀lcden=0;//禁止讀寫(xiě)delay(1);//等待，液晶顯示器處理數(shù)據(jù)lcden=1;//允許讀寫(xiě)}while(busy==1);//判斷是否為空閑，1為忙，0為空閑}voidwrite_com(charcom)//寫(xiě)指令函數(shù){P0=com;//com指令付給P0口rs=0;rw=0;lcden=0;check();lcden=1;}voidwrite_date(chardate)//寫(xiě)數(shù)據(jù)函數(shù){P0=date;rs=1;rw=0;lcden=0;check();lcden=1;}voidinit()//初始化{num=-1;lcden=1;//使能信號(hào)為高電平write_com(0x38);//8位，2行write_com(0x0c);//顯示開(kāi)，光標(biāo)關(guān)，不閃爍*/write_com(0x06);//增量方式不移位顯竟獗暌貧柚?write_com(0x80);//檢測(cè)忙信號(hào)write_com(0x01);//顯示開(kāi)，光標(biāo)關(guān)，不閃爍num_1=0;i=0;j=0;a=0;//第一個(gè)參與運(yùn)算的數(shù)b=0;//第二個(gè)參與運(yùn)算的數(shù)c=0;flag=0;//flag表示是否有符號(hào)鍵按下，fuhao=0;//fuhao表征按下的是哪個(gè)符號(hào)}voidkeyscan()//鍵盤(pán)掃描程序{P3=0xfe;if(P3!=0xfe){delay(20);if(P3!=0xfe){temp=P3&0xf0;switch(temp){case0xe0:num=0;break;case0xd0:num=1;break;case0xb0:num=2;break;case0x70:num=3;break;}}while(P3!=0xfe);if(num==0||num==1||num==2)//如果按下的是'7','8'或'9{if(j!=0){write_com(0x01);j=0;}if(flag==0)//沒(méi)有按過(guò)符號(hào)鍵{ do{a=a*10+table[num]; } while(a>10000);}else//如果按過(guò)符號(hào)鍵 { do{ b=b*10+table[num];} while(b>10000); }}else//如果按下的是'/'{if(a<100) {flag=1;fuhao=4; }; //4表示除號(hào)已按}i=table1[num];write_date(0x30+i);}P3=0xfd;if(P3!=0xfd){delay(5);if(P3!=0xfd){temp=P3&0xf0;switch(temp){case0xe0:num=4;break;case0xd0:num=5;break;case0xb0:num=6;break;case0x70:num=7;break;}}while(P3!=0xfd);if(num==4||num==5||num==6&&num!=7)//如果按下的是'4','5'或'6'{if(j!=0){write_com(0x01);j=0;}if(flag==0)//沒(méi)有按過(guò)符號(hào)鍵{ do {a=a*10+table[num];} while(a>10000); }else//如果按過(guò)符號(hào)鍵{do {b=b*10+table[num]; } while(B>10000);}}else//如果按下的是'*'{if(a<100){flag=1;fuhao=3; }//3表示乘號(hào)已按}i=table1[num];write_date(0x30+i);}P3=0xfb;if(P3!=0xfb){delay(5);if(P3!=0xfb){temp=P3&0xf0;switch(temp){case0xe0:num=8;break;case0xd0:num=9;break;case0xb0:num=10;break;case0x70:num=11;break;}}while(P3!=0xfb);if(num==8||num==9||num==10)//如果按下的是'1','2'或'3'{if(j!=0){write_com(0x01);j=0;}if(flag==0)//沒(méi)有按過(guò)符號(hào)鍵{ do {a=a*10+table[num];} while(a>10000); }else//如果按過(guò)符號(hào)鍵{ do {b=b*10+table[num];} while(b>10000);}}elseif(num==11)//如果按下的是'-'{flag=1;fuhao=2;//2表示減號(hào)已按}i=table1[num];write_date(0x30+i);}P3=0xf7;if(P3!=0xf7){delay(5);if(P3!=0xf7){temp=P3&0xf0;switch(temp){case0xe0:num=12;break;case0xd0:num=13;break;case0xb0:num=14;break;case0x70:num=15;break;}}while(P3!=0xf7);switch(num){case12:{write_com(0x01);a=0;b=0;flag=0;fuhao=0;}//按下的是"清零"break;case13:{//按下的是"0"if(flag==0)//沒(méi)有按過(guò)符號(hào)鍵{a=a*10;write_date(0x30);P1=0;}elseif(flag==1)//如果按過(guò)符號(hào)鍵{b=b*10;write_date(0x30);}}break;case14:{j=1;if(fuhao==1){write_com(0x80+0x4f);//按下等于鍵，光標(biāo)前進(jìn)至第二行最后一個(gè)顯示處write_com(0x04);//設(shè)置從后住前寫(xiě)數(shù)據(jù)，每寫(xiě)完一個(gè)數(shù)據(jù)，光標(biāo)后退一格c=a+b;while(c!=0){write_date(0x30+c%10);c=c/10;}write_date(0x3d);//再寫(xiě)"="a=0;b=0;flag=0;fuhao=0;}elseif(fuhao==2){write_com(0x80+0x4f);//光標(biāo)前進(jìn)至第二行最后一個(gè)顯示處write_com(0x04);//設(shè)置從后住前寫(xiě)數(shù)據(jù)，每寫(xiě)完一個(gè)數(shù)據(jù)，光標(biāo)后退一格(這個(gè)照理說(shuō)順序不對(duì)，可顯示和上段一樣)if(a-b>0)c=a-b;elsec=b-a;while(c!=0){write_date(0x30+c%10)