ARM课程设计-计算机系统设计.doc
《ARM课程设计-计算机系统设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《ARM课程设计-计算机系统设计.doc（14页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
《嵌入式系统二》课程设计报告
计算器系统的设计
设计日期：
2011年07月4日至2011年07月8日
设计题目：
计算器系统的设计
设计的主要内容及目标：
基于2410试验箱实现计算器功能，通过输入输出端口扩展键盘的方法，将按键键值在数码管中显示，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。
指导教师：
2011年7月4日
教师评阅意见书：
评阅教师：
2011年月日
摘要
基于JXARM9-2410实验箱实现计算器功能，通过了解键盘接口原理以及输入输出端口扩展键盘的方法，编写矩阵键盘的扫描程序，将按键键值在数码管中显示，可运算加减乘除等基本运算，也可实现带括号以及优先级的运算。
计算时可显示-999999~+999999之间的任何数，由于键盘数量有限，只能进行加法和乘法两种运算。
系统硬件主要分为处理器模块、LED模块、键盘模块。
软件主要由主模块、显示模块、按键处理模块组成。
关键词：
JXARM9-2410试验箱，处理模块，LED模块，键盘模块
1目的及意义
计算器是我们日常生活和生产工作中重要的工具，能极大的提高我们的计算速度，通过本次课程设计，对计算器能有更深程度的了解，对今后的学习生活一定会有很大的帮助。
2系统的基本原理及设计思想
2.1基本原理
1．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，此时已经读取到了按键的行值和列值，然后根据行值和列值得到键码。
2．LED原理
JXARM9-2410拥有六位7段数码管。
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。
表1JXARM9-2410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
表2JXARM9-2410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
表3JXARM9-2410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
3．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和操作数栈顶元素进行优先级比较（如‘X’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。
2.2设计思想
1.系统结构框图
本系统由小键盘模块，处理模块，显示模块组成。
其结构框图如图1所示：
小键盘模块
处理模块
显示模块
键盘键值
待显示数值
图1系统结构框图
2．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。
3．设计方案
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。
4．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，布局如图，由于数量限制，故只能进行加法和乘法两种算法。
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，计算式可显示-999999~+999999之间的任何数。
3核心程序设计
调用按键函数，判断相应按键键值，调用相应的子程序，通过计算将最后结果显示在数码管上，具体流程图如图2。
开始
调用CH=Key_GetkeyPoll（）函数
CH>=’0’&&CH<=’9’
处理左括号Push（Sym,&SymTop,’（’）;
处理右括号Push（Num,&NumTop,ResTmp）;
处理加号Push（Sym,&SymTop,’+’）;
处理乘号Push（Sym,&SymTop,’*’）;
CE计算器清零NumTop=0;SymTop=0;
计算Calculate（Pop（Num,&NumTop））
显示当前数值display（num）;
Num=（num*10）+（ch-‘0’）
Ch=70
Ch=66
Ch=68
Ch=69
Ch=65
Y
N
Y
Y
N
Ch=67
Y
N
Y
N
Y
N
Y
N
N
图2程序流程图
4结果及分析
4.1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
4.2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。
5课程设计体会
本次的嵌入式课程设计的题目是简单计算器，系统只要分为处理模块（主模块），LED模块（显示模块），小键盘模块（输入模块）。
在课程设计中遇到不少的困难，这些困难都通过老师指点，共同讨论或查阅资料一一解决，在验收通过后，我感觉到，这次课程设计是对我的努力的肯定。
系统最终很成功，这些都离不开老师和自身的努力。
本次的课程设计对我以后的工作学习和深造，起到了不可多得的作用。
6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）];}
参考文献
1．（美）佛瑞德（Friedl,J.E.F.）著，余晟译，精通正则表达式【M】，电子工业出版社2007（3）
2.（美）维斯著，冯舜玺译，数据结构与算法分析【M】，机械工业出版社2004
升级会员 