单片机计算器设计.docx
《单片机计算器设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机计算器设计.docx（10页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
单片机计算器设计
基于单片机的简易计算器
一、设计任务和性能指标
1.1设计任务
利用单片机及外围接口电路（键盘接口和显示接口电路）设计制作一个计算器，用四位一体数码管显示计算数值及结果。
要求用Protel画出系统的电路原理图（要求以最少组件，实现系统设计所要求的功能），绘出程序流程图，并给出程序清单（要求思路清晰，尽量简洁，主程序和子程序分开，使程序有较强的可读性）。
1.2性能指标
1加法：
能够计算四位以内的数的加法。
2减法：
能计算四位数以内的减法。
3乘法：
能够计算两位数以内的乘法。
4除法：
能够计算四位数的乘法
5有清零功能，能随时对运算结果和数字输入进行清零。
二、系统设计方案
按照系统设计的功能的要求，初步确定设计系统由单片机主控模块、四位一体数码管显示模块、键扫描接口电路共三个主要模块组成。
主控芯片使用51系列AT89C51单片机，采用高性能的静态80C51设计，它由先进工艺制造，并带有非易失性Flash程序存储器。
它是一种高性能、低功耗的8位COMS微处理芯片，市场应用最多。
键盘电路采用4*4矩阵键盘电路。
显示模块采用四位一体共阳极数码管和SN74LS244锁存芯片构成等器件构成。
三、硬件系统设计
1.单片机最小系统
单片机最小系统就是支持主芯片正常工作的最小电路部分，包括主控芯片、复位电路和晶振电路。
主控芯片选取STC89C51RC芯片，因其具有良好的性能及稳定性，价格便宜应用方便。
晶振选取11.0592MHz，晶振旁电容选取30pF。
采用按键复位电路，电阻分别选取100Ω和10K，电容选取10μF。
单片机最小系统硬件电路图如图
（1）所示。
图
（1）单片机最小系统
2．键盘接口电路
计算器所需按键有：
数字键：
’1’,’2’,’3’,’4’,’5’,’6’,’7’,’8’,’9’,’0’
功能键：
’+’,’-‘,’*’,’/’,’=’,’C（清零）’
共计16个按键，采用4*4矩阵键盘，键盘的行和列之间都有公共端相连，四行采用端口P0.0~P0.3,四列采用端口P3.0~P3.3,通过8个端口的的高低电平完成对矩阵键盘的控制。
通过对16个按键进行编码，从而得到键盘的口地址，对比P1口德扫描结果和各按键的地址，我们就可以得到是哪个键按下，从而完成键盘的功能。
3．数码管显示电路
采用4位一体的数码管对计算数据和结果进行显示，这里选取共阳数码管，利用NPN三极管对数码管进行驱动，为了节省I/O资源，采取动态显示的方法来显示计算数据及结果。
利用SN74LS244N锁存器来实现数码管的动态显示，P1口输出显示值，P2.0~P2.3为位选端口。
通过锁存器对段选信号的锁存，最终得到对数码管输入数据的控制。
以下为数码显示电路的硬件电路图，左图为数码管驱动电路，右图为段选信号锁存电路。
四．软件设计部分
根据选题要求，系统编程如下所示：
#include"reg51.h"
sbitP3_0=P3^0;
sbitP3_1=P3^1;
sbitP3_2=P3^2;
sbitP3_3=P3^3;
sbitP3_4=P3^4;
sbitP3_5=P3^5;
sbitP3_6=P3^6;
sbitP3_7=P3^7;
unsignedcharsz[11],xs1[4],xs2[4],sj;
inti,cs,bb,t1,t2,fh,s1,s2;
voidchushihua（）
{
bb=1;
xs1[0]=10;xs1[1]=10;xs1[2]=10;xs1[3]=10;
xs2[0]=10;xs2[1]=10;xs2[2]=10;xs2[3]=10;
t1=0;t2=0;s1=s2=0;
fh=0;
cs=1;
}
voidxianshi（unsignedcharxs[4]）
{
inti,j;
unsignedcharzy;
zy=0x08;
for（i=0;i<4;i++）
{
P2=（0xff-zy）;
P1=sz[xs[i]];
zy=（zy>>1）;
for（j=0;j<100;j++）;
}
//for（i=0;i<100;i++）;
return;
}
unsignedcharsaomiao（）
{
inti,j;
unsignedcharpp;
for（i=0;i<1000;i++）;
P0=0xfe;
P3=0x0f;
pp=P3;
if（P3_0==0）{P3=0x0f;pp=P3;while（P3_0==0）;for（i=0;i<1000;i++）;return7;}
if（P3_1==0）{P3=0x0f;pp=P3;while（P3_1==0）;for（i=0;i<1000;i++）;return8;}
if（P3_2==0）{P3=0x0f;pp=P3;while（P3_2==0）;for（i=0;i<1000;i++）;return9;}
if（P3_3==0）{P3=0x0f;pp=P3;while（P3_3==0）;for（i=0;i<1000;i++）;return11;}
//==========1
P0=0xfd;
P3=0x0f;
pp=P3;
if（P3_0==0）{P3=0x0f;pp=P3;while（P3_0==0）;for（i=0;i<1000;i++）;return4;}
if（P3_1==0）{P3=0x0f;pp=P3;while（P3_1==0）;for（i=0;i<1000;i++）;return5;}
if（P3_2==0）{P3=0x0f;pp=P3;while（P3_2==0）;for（i=0;i<1000;i++）;return6;}
if（P3_3==0）{P3=0x0f;pp=P3;while（P3_3==0）;for（i=0;i<1000;i++）;return12;}
//==========2
P0=0xfb;
P3=0x0f;
pp=P3;
if（P3_0==0）{P3=0x0f;pp=P3;while（P3_0==0）;for（i=0;i<1000;i++）;return1;}
if（P3_1==0）{P3=0x0f;pp=P3;while（P3_1==0）;for（i=0;i<1000;i++）;return2;}
if（P3_2==0）{P3=0x0f;pp=P3;while（P3_2==0）;for（i=0;i<1000;i++）;return3;}
if（P3_3==0）{P3=0x0f;pp=P3;while（P3_3==0）;for（i=0;i<1000;i++）;return13;}
//==========3
P0=0xf7;
P3=0x0f;
pp=P3;
if（P3_0==0）{P3=0x0f;pp=P3;while（P3_0==0）;for（i=0;i<1000;i++）;return16;}
if（P3_1==0）{P3=0x0f;pp=P3;while（P3_1==0）;for（i=0;i<1000;i++）;return0;}
if（P3_2==0）{P3=0x0f;pp=P3;while（P3_2==0）;for（i=0;i<1000;i++）;return15;}
if（P3_3==0）{P3=0x0f;pp=P3;while（P3_3==0）;for（i=0;i<1000;i++）;return14;}
//===========4
return10;
}
voidchuli（unsignedcharx）
{
inti;
if（x==16）
{
cs=0;
return;
}
if（x>=0&&x<10）
{
if（bb==1）
{
if（s1==4）{cs=0;return;}
else
{
for（i=3;i>0;i--）
xs1[i]=xs1[i-1];
xs1[0]=x;
s1++;
t1=t1*10+x;
}
}
if（bb==2）
{
if（s2==4）{cs=0;return;}
else
{
for（i=3;i>0;i--）
xs2[i]=xs2[i-1];
xs2[0]=x;
s2++;
t2=t2*10+x;
}
}
}
if（x>10）
{
if（bb==1）{fh=x;bb=2;return;}
if（bb==2）
{
if（fh==11）t1=t1/t2;
if（fh==12）t1=t1*t2;
if（fh==13）t1=t1-t2;
if（fh==14）t1=t1+t2;
if（t1>=10000）{cs=0;return;}
else
{
if（t1>=0&&t1<10）{xs1[0]=t1;xs1[1]=10;xs1[2]=10;xs1[3]=10;}
if（t1>=10&&t1<100）{xs1[0]=t1%10;xs1[1]=t1/10;xs1[2]=10;xs1[3]=10;}
if（t1>=100&&t1<1000）{xs1[0]=t1%10;xs1[1]=（t1-（t1/100）*100）/10;xs1[2]=t1/100;xs1[3]=10;}
if（t1>=1000&&t1<10000）{xs1[0]=t1%10;xs1[1]=t1%100/10;xs1[2]=（t1-（t1/1000）*1000）/100;xs1[3]=t1/1000;}
bb=2;
s2=0;
t2=0;
xs2[0]=10;xs2[1]=10;xs2[2]=10;xs2[3]=10;
fh=x;
}
}
}
}
voidmain（）
{
sz[0]=0xfc;
sz[1]=0x60;
sz[2]=0xda;
sz[3]=0xf2;
sz[4]=0x66;
sz[5]=0xb6;
sz[6]=0xbe;
sz[7]=0xe0;
sz[8]=0xfe;
sz[9]=0xf6;
sz[10]=0x00;
cs=0;
for（;;）
{
if（cs==0）chushihua（）;
if（cs==1）sj=saomiao（）;
if（cs==1&&sj!
=10）chuli（sj）;
if（cs==1&&（bb==1||bb==2&&s2==0））xianshi（xs1）;
if（cs==1&&（bb==2&&s2!
=0））xianshi（xs2）;
}
}
软件设计好后，在KEIL上面进行仿真，把仿真得到的文件下载到Proteus里面进行仿真，得到Proteus仿真电路图如下所示：
图
（2）计算器Proteus仿真电路图
五．硬件电路焊接及调试
根据电路图纸，焊接好硬件电路，把程序下载到单片机芯片，接通好电源，进行调试。
在焊接好器件后，先不要将芯片插在芯片座上，要先验证先板上电源是否好用，有无短路等。
接上USB电源，用万用表测量个芯片座对应电源和地之间的电压值，观察电压值是否正常。
一切正常后方可将芯片插入芯片座，以继续测试其他功能。
将芯片插上后，对各个模块进行调试，按键是否工作正常，数码管是否显示正常等。
编写相关部分的测试程序对其进行测试。
各部分硬件检测无误后，下载程序进行整体调试，一切正常后，结束调试过程。
用所设计的单片机进行数字计算，显示结果与任务要求一致，焊接电路符合要求。
六．课程设计心得
两周的时间，终于把单片机课程设计搞完了。
整个体会还是比较多的。
首先是题目的选择，各方面的原因，自己还是想选个简单点的题目，不过最后选来选去，还是选择了计算器。
由于自己对单片机编程还不是很熟悉，结果在设计的时候遇到了一系列问题，程序总是调试部处理，不过还好，最后在同学的帮助下终于把程序调试出来了，虽然程序设计实现的功能与老师要求的不尽相同，不过勉强还算可以。
从这里我知道了基本知识的重要性。
其实进行程序设计的时候主要是对各功能模块的把握。
计算器里面最难的一部分是矩阵键盘的扫描和编码，那个费了很大力气。
另外一点就是硬件焊接调试部分。
焊接的时候到时轻松，一个下午就焊接好了，然后是调试部分。
调试花费的时间还是比较长的。
不过有了上个学期数字电路焊接调试的经验，这次单片机调试还算是比较顺利。
我也是从电路板的正负电源检测起，一步一步来，最终得到了想要的结果。
调试的时候主要遇到了两个问题。
一个是键盘总是没有反应，为了这个自己调试了很久，前前后后把电路板检查了几次，最后才发现是键盘本身的问题，和同学们换了个好键盘才行。
另一个问题是总是显示不出来1、4、7这三个数字。
检测来检测去，发现来是在测试最小系统时在一个位选端接了高电平，对位选信号产生了影响。
当把那个高电平去掉后，终于得到了正确的结果。
总的来说这次课程设计达到了完成了基本任务，达到了基本要求。
通过亲身对程序设计和电路焊接调试的体会，自己对单片机有了进一步的了解，单片机编程能力也得到了提高。
电路板的焊接与调试，使自己电路调试的方法和思想进一步加强了。
这次单片机课程设计应该说是比较成功的。
参考文献：
【1】徐维祥、刘旭敏:
，《单片微型机原理及应用》，大连理工大学出版社，1996年。
【2】李光飞、楼然苗、胡佳文、谢象佐.，《单片机课程设计与实例指导.》，北京航空航天大学出版社，2004年。
【3】余永权，《89系列FLASH单片机原理及应用.》，电子工业出版社,2002。
【4】杨恢先、黄辉先，《单片机原理及应用》，人民邮电出版社，2006年。
【5】常敏、王涵、范江波，《单片机应用程序开发与实践》，电子工业出版社，2009年。
升级会员 