基于ARM的计算器系统设计嵌入式系统开发课程设计 精品.docx
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基于ARM的计算器系统设计嵌入式系统开发课程设计精品
目录
1目的及意义-3-
2系统的基本原理及设计思想-3-
2.1基本原理-3-
2.2设计思想-5-
3核心程序设计-7-
3.1程序流程图-7-
3.2源代码-8-
4结果及分析-14-
5总结-15-
参考文献-15-
1目的及意义
●学习键盘接口的原理
●掌握通过输入输出端口扩展键盘的方法
●编写矩阵键盘的扫描程序，并将按键键值在数码管中显示，实现简单计算器的功能
2实验要求
基于JXARM9-2410实验箱实现计算机器，要求可实现带括号以及优先级的计算器。
可运算加减乘除等基本运算。
3系统的基本原理及设计思想
3.1基本原理
●键盘原理
JXARM9-2410教学实验系统的键盘电路由一块74HC273锁存器和74LVCH244缓冲器完成键盘识别。
在没有按键的情况下，ROW0-ROW3通过上拉来保持高电平。
检测时通过将COL0-COL3中的某一列输入低电平，如果该列没有键按下时，通过74LVCH244读取到的行值应该为高电平，如果该列某行位置有键按下，那么该行读到的值应为低电平。
因此，采用轮询方式检测键盘的方法为：
循环往各列输入低电平，然后读取行值，如果为高电平，则判断下一列，否则，该行有键按下，此时已经读取到了该键的行值和列值，然后根据行值和列值得到键码。
●LED原理
JXARM9-2410拥有六位7段共阳数码管。
要在某位数码管上显示一个段码表中的字符，需要使用地址空间0x10000006选择位码，并将待显示的数据存储在地址空间0x10000004中。
JXARM9-2410教学实验系统段码表
字符
0
1
2
3
4
5
6
7
段码
0xc0
0xf9
0xa4
0xb0
0x99
0x92
0x82
0xf8
字符
8
9
A
B
C
D
E
F
段码
0x80
0x90
0x88
0x83
0xc6
0xa1
0x86
0x8e
JXARM9-2410教学实验系统位码表
位数
1
2
3
4
5
6
位码
0x3e
0x3d
0x3b
0x37
0x2f
0x1f
JXARM9-2410教学实验系统地址空间分配
地址空间
说明
数据宽度
读/写（属性）
0x10000004
数码管数据寄存器
8位
W
0x10000006
数码管扫描控制寄存器
8位
W
●计算原理
定义一个操作数栈Opnd,一个操作符栈Optr。
思想是：
置操作数栈为空，操作符栈压入元素"#"（它具有最高优先级）,依次读入表达式中的每个字符CH，如果CH是操作数，则CH压入操作数栈，如果CH是操作符，那么将CH和操作符栈顶元素进行优先级比较（如‘×’优先级高于‘＋’）。
如果优先级大于当前栈顶元素，那么将其压栈，
如果其优先级小于当前栈顶元素，那么执行op=optr.pop（）;（取当前栈顶操作符），a=opnd.pop（）（取当前栈顶操作数存入临时变量a）;b=opnd.pop（）（取当前栈顶操作数存入临时变量b）;c=计算（aopb）;opnd.push（c）;
如果优先级相等，则当前操作符出栈。
重复上述操作直到表达式处理完毕。
最后操作数栈剩余的操作数就是计算的最终结果。
3.2设计思想
●系统结构框图
●系统设计思想
小键盘模块：
计算器的输入部分，用于得到用户输入的待的表达式，该模块调用系统提供的Key_GetKeyPoll（）;函数，得到当前采集到的键值的ASCII码。
并将ASCII码传递到处理模块。
处理模块：
计算器的核心部分，该模块接收小键盘模块传递的ASCII码值，进行处理，将待显示数值的段码和位码传递到显示模块。
显示模块：
计算器的显示部分，用于显示计算机的中间数据和最终结果，该模块接收处理模块待显示的数据，将有效数据显示在LED上。
完成计算机器的功能。
●设计方案
小键盘模块和显示模块采用上述方法，处理模块采用上述双栈结构的表达式计算器思想。
●备选方案
方案一：
小键盘模块和显示模块采用上述方法，处理模块采用单栈结构的逆波兰式算法。
方案二：
小键盘模块和显示模块采用上述方法，处理模块采用运算符号触发。
●用户说明
计算器键盘说明：
1
2
3
+
4
5
6
×
7
8
9
CE
0
（
）
=
系统采用JXARM9-2410教学实验箱提供的4×4键盘，布局如左图，由于数量限制，故只能进行加法和乘法两种运算。
计算器LED显示部分说明：
系统采用JXARM9-2410教学实验箱提供的6位7段数码管，布局如上图，计算时可显示－999999～＋999999之间的任何数。
4核心程序设计
4.1程序流程图
4.2源代码
/*--------------------------------包含文件-----------------------------------*/
#include"def.h"
#include"2410lib.h"
#include"option.h"
#include"2410addr.h"
#include"interrupt.h"
#defineSEG00x3e
#defineSEG10x3d
#defineSEG20x3b
#defineSEG30x37
#defineSEG40x2f
#defineSEG50x1f
/*------------------------------------栈定义---------------------------------*/
#ifndefSTACK_SIZE
#defineSTACK_SIZE64
#endif
intNum[STACK_SIZE]
intNumTop=0;
intSym[STACK_SIZE];
intSymTop=0;
voidPush（int*stack,int*top,intval）;
intPop（int*stack,int*top）;
/*------------------------------------声明-------------------------------------*/
#defineDELAYTIME1
externunsignedcharseg7table[16];
voidDelay（inttime）;
voiddisplay（intnum）;
intCalculate（intright,intleft,intsymbol）;
/*-----------------------------------主函数-------------------------------------*/
voidMain（void）
{
/*-------------配置系统时钟,初始化端口,初始化串口---------------*/
ChangeClockDivider（1,1）;
ChangeMPllValue（0xa1,0x3,0x1）;
Port_Init（）;
Uart_Init（0,115200）;
Uart_Select（0）;
PRINTF（"\n欢迎使用计算器\n"）;
/*-------------------------------------------------------------*/
charnumber[255];
charsign;
intnow=0;
intnum=0;
intSymTmp;
intResTmp;
intFlag=0;
while
（1）
{
unsignedcharch;
ch=Key_GetKeyPoll（）;
Delay
（1）;
Delay（DELAYTIME）;
if（ch>='0'&&ch<='9'）
{
num=（num*10）+（ch-'0'）;
Flag=1;
}
if（ch>=65&&ch<=70）
{
if（Flag）
{
Push（Num,&NumTop,num）;
num=0;
Flag=0;
}
switch（ch）
{
case65:
//对‘（’的处理（左括号）
Push（Sym,&SymTop,'（'）;
break;
case66:
//对‘）’的处理（右括号）
while（SymTop!
=0&&（SymTmp=Pop（Sym,&SymTop））!
='（'）
{ResTmp=Calculate（Pop（Num,&NumTop）,Pop（Num,&NumTop）,SymTmp）;
Push（Num,&NumTop,ResTmp）;
}
break;
case67:
//对‘+（加号）’的处理
if（SymTop!
=0&&Sym[SymTop-1]!
='（'）
{
ResTmp=Calculate（Pop（Num,&NumTop）,Pop（Num,&NumTop）,Pop（Sym,&SymTop））;
Push（Num,&NumTop,ResTmp）;
}
Push（Sym,&SymTop,'+'）;
break;
case68:
//对‘*（乘号）’的处理
if（SymTop!
=0&&Sym[SymTop-1]!
='（'&&Sym[SymTop-1]!
='+'）
{
ResTmp=Calculate（Pop（Num,&NumTop）,Pop（Num,&NumTop）,Pop（Sym,&SymTop））;
Push（Num,&NumTop,ResTmp）;
}
Push（Sym,&SymTop,'*'）;
break;
case69:
//对CE的处理
NumTop=0;
SymTop=0;
num=0;
break;
case70:
//对‘=’号处理
if（SymTop!
=0）
{
while（SymTop!
=0&&（SymTmp=Pop（Sym,&SymTop））!
='（'）
{
ResTmp=Calculate（Pop（Num,&NumTop）,Pop（Num,&NumTop）,SymTmp）;
Push（Num,&NumTop,ResTmp）;
}
}
num=Pop（Num,&NumTop）;
break;
}
}
display（num）;
}
}
/*-------------------------------------计算-------------------------------------*/
intCalculate（intright,intleft,intsymbol）
{
intresult=0;
switch（symbol）
{
case'+':
result=left+right;
break;
case'*':
result=left*right;
break;
}
returnresult;
}
/*-----------------------------------LED显示---------------------------------*/
voiddisplay（intnum）
{
inti;
intcur;
intflag=0;
if（num>999999）
{
for（i=0;i<=5;i++）
{
*（（U8*）0x10000006）=SEG1;
*（（U8*）0x10000004）=seg7table[14];
Delay（DELAYTIME）;
*（（U8*）0x10000006）=SEG0;
*（（U8*）0x10000004）=seg7table[14];
Delay（DELAYTIME）;
}
}
else
{
for（i=0;i<=5;i++）
{
flag=0;
if（（cur=（num/100000）%10））
{
flag=1;
*（（U8*）0x10000006）=SEG5;
*（（U8*）0x10000004）=seg7table[cur];
Delay（DELAYTIME）;
}
if（（cur=（num/10000）%10）||flag）
{
flag=1;
*（（U8*）0x10000006）=SEG4;
*（（U8*）0x10000004）=seg7table[cur];
Delay（DELAYTIME）;
}
if（（cur=（num/1000）%10）||flag）
{
flag=1;
*（（U8*）0x10000006）=SEG3;
*（（U8*）0x10000004）=seg7table[cur];
Delay（DELAYTIME）;
}
if（（cur=（num/100）%10）||flag）
{
flag=1;
*（（U8*）0x10000006）=SEG2;
*（（U8*）0x10000004）=seg7table[cur];
Delay（DELAYTIME）;
}
if（（cur=（num/10）%10）||flag）
{
flag=1;
*（（U8*）0x10000006）=SEG1;
*（（U8*）0x10000004）=seg7table[cur];
Delay（DELAYTIME）;
}
*（（U8*）0x10000006）=SEG0;
*（（U8*）0x10000004）=seg7table[num%10];
Delay（DELAYTIME）;
}
}
}
/*-----------------------------------栈处理---------------------------------*/
voidPush（int*stack,int*top,intval）
{
if（stack==Num）PRINTF（"PUSHval%d\n",val）;
elsePRINTF（"PUSHsym%c\n",val）;
if（*top==STACK_SIZE）
return;
stack[（*top）++]=val;
}
intPop（int*stack,int*top）
{
if（*top==0）
return-1;
returnstack[--（*top）];}
5结果及分析
●实验结果
小键盘输入：
7+8*6
LED依次显示：
7，8，6，55
小键盘输入：
（7+8）*6
LED依次显示：
7，8，6，90
●实验结果分析
由实验结果可看出，本次系统可以完成简单计算器的功能，可识别乘法优先，并可以对括号进行配对和优先操作。
能正确显示结果，以及中间输入过程。
6总结
本次的嵌入式课程设计我们小组的题目是简单计算器，系统主要分为处理模块（主模块），LED模块（显示模块），小键盘（输入模块），我们小组根据成员的自身能力情况分工，除三个模块外，另有一人负责容错处理和资料整理等一些事项。
从抽取题目到课程设计验收完毕，我们小组一直共同进退，一起分析问题，解决问题，当前，在课程设计中遇到不少的困难，这些困难我们都通过老师指点，共同讨论或查阅资料一一解决，在验收通过后，我们感觉到，这些课程设计是对我们小组合作的肯定。
我们的系统最终很成功，这些都离不开老师和我们自身的努力。
本次的课程设计对我们以后的工作学习和深造，起到了不可多得的作用。
参考文献
【1】精通正则表达式（美）佛瑞德（Friedl,J.E.F.）著，余晟 译2007（3）电子工业出版社
【2】数据结构与算法分析（美）维斯著，冯舜玺译2004机械工业出版社
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