简易计算器课程设计.docx
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简易计算器课程设计
1、封面—————————————————————P1
2、目录—————————————————————P2
3、前言—————————————————————P3
4、关键字————————————————————P3
5、原理与总体方案————————————————P3
6、硬件设计———————————————————P6
7、调试—————————————————————P10
8、测试与分析——————————————————P11
9、总结—————————————————————P13
10、附件—————————————————————P14
前言
近几年，随着大规模集成电路的发展，各种便携式嵌入式设备，具有十分广阔的市场前景。
嵌入式系统是一种专用的计算机系统，作为装置或设备的一部分。
通常，嵌入式系统是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。
事实上，所有带有数字接口的设备，如手表、微波炉、录像机、汽车等，都使用嵌入式系统，有些嵌入式系统还包含操作系统，但大多数嵌入式系统都是是由单个程序实现整个控制逻辑。
在嵌入式系统中，数据和命令通过网络接口或串行口经过ARM程序处理后，或显示在LCD上，或传输到远端PC上。
本文通过周立功的LPC2106芯片完成的简易计算器，正是对嵌入式应用的学习和探索。
一、摘要：
计算器一般是指“电子计算器”，是能进行数学运算的手持机器，拥有集成电路芯片。
对于嵌入式系统，以其占用资源少、专用性强，在汽车电子、航空和工控领域得到了广泛地应用。
本设计就是先通过C语言进行相应程序的编写然后在ADS中进行运行最后导入PROTUES进行仿真。
最后利用ARM中的LPC2106芯片来控制液晶显示器和4X4矩阵式键盘，从而实现简单的加、减、乘、除等四则运算功能。
关键字：
中断，扫描，仿真，计算
二、原理与总体方案：
主程序在初始化后调用键盘程序，再判断返回的值。
若为数字0—9，则根据按键的次数进行保存和显示处理。
若为功能键，则先判断上次的功能键，根据代号执行不同功能，并将按键次数清零。
程序中键盘部分使用行列式扫描原理，若无键按下则调用动态显示程序，并继续检测键盘；若有键按下则得其键值，并通过查表转换为数字0—9和功能键与清零键的代号。
最后将计算结果拆分成个、十、百位，再返回主程序继续检测键盘并显示；若为清零键，则返回主程序的最开始。
电路设计与原理：
通过LPC2106芯片进行相应的设置来控制LCD显示器。
而通过对键盘上的值进行扫描，把相应的键值通过MM74C922芯片进行运算从而让ARM芯片接收。
1.系统整体流程图：
N
Y
2.
3.寄存器初始化：
2）仿真设计
仿真电路图：
仿真图形：
1.计算加法2.计算减法（结果为负数）
3.计算减法（结果为正数）4.计算乘法
5.计算除法（除法只能进行整除，无小数）
注：
本设计不能进行连续运算，只能进行当次运算，且只能进行单行显示。
进行除法时会自动取整，无小数。
显示器上不会显示加减乘除等运算符号，只有操作数和操作结果。
三、硬件设计：
器件
件数
LPC2106
1个
LED
1个
KEYPAD
1个
电源
若干
电源地
若干
电线
若干
3.1元件清单：
注：
无实物，以电路设计图为依准。
3.2键盘接口电路：
计算器输入数字和其他功能按键要用到很多按键，如果采用独立按键的方式，在这种情况下，编程会很简单，但是会占用大量的I/O口资源，因此在很多情况下都不采用这种方式，而是采用矩阵键盘的方案。
矩阵键盘采用四条I/O线作为行线，四条I/O线作为列线组成键盘，在行线和列线的每个交叉点上设置一个按键。
这样键盘上按键的个数就为4×4个。
这种行列式键盘结构能有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。
矩阵键盘的工作原理：
计算器的键盘布局如图2.1所示：
一般有16个键组成，在单片机中正好可以用一个P口实现16个按键功能，这种形式在单片机系统中也最常用。
图2.1矩阵键盘布局图
电路中采用4*4键盘作为输入电路模块的话，电路连线会比较简单，而且这种行列式键盘结构能有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。
但是在硬件电路设计的过程中，实验室没有提供矩阵键盘，所以我们将4*4的矩阵键盘换成了16个独立按键。
采用独立按键的方式的话，会占用大量的I/O口资源，但是在这种情况下，编程会很简单。
矩阵键盘内部电路图如图2.2所示。
图2.2矩阵键盘内部电路图
3.3显示模块:
本设计采用LCD1液晶显示屏来显示输出数据。
通过D0-D7引脚向LCD1写指令字或写数据以使LCD1实现不同的功能或显示相应数据。
LCD1管脚图如图2.3所示。
图2.3LCD1管脚图
3.4各模块的特性与作用:
3.4.1LPC2106的特性及引脚功能：
✧LPC2106是基于一个支持实时仿真和跟踪的32位ARMCPU的微处理器，并带有256kB嵌入的高速Flash存储器。
128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够最大时钟速率下运行，并具有广泛应用。
含向量中断控制器,多个串行接口,两个三十二位定时器,片内晶振的操作频率范围：
10MHZ-25MHZ,两个低功耗模式：
空闲和掉电.
CPU操作电压范围：
1.65V-1.95V
图2.4LPC2106管脚图
管脚说明：
V3、V18：
供电电压
Vss、DBGSEL:
接地
XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
来自反向振荡器的输出。
P0.0-P0.14作为GPIO接口，P0.15作为EINT2接口。
3.4.2LCD的特性：
✧LCD显示屏可以采用字符显示，当使用字符显示方式时，可以直接用外码作为输入数据，由显示屏自动给出显示字模数据，而无需由微处理器提供字模。
3.4.3数字式键盘的特性：
✧数字式键盘的实质仍是行列式键盘，4根行线和4根列线通过下拉电阻接地，在其表面贴有标示对应按键的膜，使得易于观察和操作，更加贴近使用者的需求。
3.4.4MM74C922的特性及其引脚功能：
MM74C922具有功耗低，电压为3-5V，三态门输出，与LPTTL兼容，输出锁存按下最后的键，用一个电容器就可以消除键盘抖动，两键轮回，行具有上拉功能，具有芯片内或芯片外时钟，最大开关电阻为管脚说明：
A-D为行键扫描电平输出端，1-4为列键输入读取端；
OSC为振荡器的外接引线端，可用外部的输入脉冲或电容器；
OE为数据输出端，低电平有效；DAV为数据输出有效，高电平有效；VCC为电源端，接3-5V；GND为接地端。
✧本设计中选用LPC2106的P0.0～P0.10与LCD显示屏相连，它们所输出信号控制显示屏上的显示，其中P0.0～P0.7分别接显示屏的D0～D7，P0.8～P0.10分别接显示屏的RS、RW、E接口；选用LPC2106的P0.11～P0.14连续4个IO口与芯片MM74C922和计算器键盘相连，可通过反转法检测到按下按键的键码，再通过查键盘对应的字符编码使LCD显示，其中A～D依次接键盘的4根行线，1～4依次接键盘的4根列线。
管脚说明：
A-D为行键扫描电平输出端，1-4为列键输入读取端；
OSC为振荡器的外接引线端，可用外部的输入脉冲或电容器；
OE为数据输出端，低电平有效；DAV为数据输出有效，高电平有效；VCC为电源端，接3-5V；GND为接地端。
✧本设计中选用LPC2106的P0.0～P0.10与LCD显示屏相连，它们所输出信号控制显示屏上的显示，其中P0.0～P0.7分别接显示屏的D0～D7，P0.8～P0.10分别接显示屏的RS、RW、E接口；选用LPC2106的P0.11～P0.14连续4个IO口与芯片MM74C922和计算器键盘相连，可通过反转法检测到按下按键的键码，再通过查键盘对应的字符编码使LCD显示，其中A～D依次接键盘的4根行线，1～4依次接键盘的4根列线。
四、调试：
4.1GPIO:
LPC2000系列ARM的GPIO具有如下特性：
a、可以独立控制每个GPIO口的方向（输入/输出模式）；
b、可以独立设置每个GPIO的输出状态（高/低电平）；
c、所有GPIO口在复位后默认为输入状态。
每个作为GPIO功能的引脚受到四个寄存器控制，分别为控制方向的IOxDIR、控制输出电平状态的IOxSET和IOxCLR、反映引脚电平状态的IOxPIN。
这四个寄存器构成一组，而一组寄存器控制着一个端口（P0、P1、P2或P3）。
注意事项：
引脚设置为输出方式时，输出状态由IOxSET和IOxCLR中最后操作的寄存器决定。
LPC2000系列ARM大部分的I/O引脚为推挽方式输出，但是具有
总线功能的I/O引脚为开漏输出（P0.2/3和P0.11/14）。
使用这些开漏输出的引脚作为GPIO功能，并用于高电平输出或者引脚状态输入时，要接上拉电阻才能正常使用。
推挽输出的I/O引脚正常拉出/灌入电流均为4mA，短时间极限值为40mA。
复位后，大部分引脚默认作为GPIO功能，并且均为输入状态。
但是，有部分引脚在复位后默认作为第二功能（如：
P0.27～P0.30在复位后默认为A/D输入引脚）。
4.2硬件和程序原理:
在键盘按键后，产生一个中断，mcu对键盘进行扫描，确定按下的键，如果不是等号，就把按下的字符依次存入数组，并在lcd显示表达式，如果是等号，就计算出数组中存入的表达式的值，并显示在lcd中。
计算表达式值的方法：
把表达式中的表示数值的字符转成数值存入一个数值数组，把表达式中的表示运算符的字符存入运算符数组；
关于四则运算优先级算法：
依次检索运算符数组，当遇到*号或者/号的时候，就先计算乘法或除法，算出结果后存入数值数组相应位置，然后删除此运算符和多余的数值，再重复检索，直到数值数组中只有一个数值为止，这个数值即是运算结果。
调用stdio.h库里的sprintf函数，把数值转化成字符数组，然后显示到lcd中。
五、测试与分析：
5.1ADS1.2新建工程:
5.2Proteus实时仿真:
六、总结：
对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。
挫折是一份财富，经历是一份拥有。
这次实习必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。
附件：
代码：
#include"config.h"
#include"math.h"
//宏定义
#defineLCD_RS1<<0
#defineLCD_RW1<<1
#defineLCD_E1<<2
#defineD71<<10//判断LCD忙碌
//函数声明
voidsystem_init（void）;
voidLCDInit（void）;
void__irqIRQ_EINT2（void）;
intucKeyScan（void）;
chartranslate（）;
voidarithmetic（longx,longy）;
chartxt1[]="error!
",
txt2[]="dataoverflow",
txt3[]="";
//全局变量定义
longadd1=0,add2=0;
intoperators=0,iny=0;
uint8num=0,x,y,sign=0,count=0,k=0,repeat=0,flag=0;
unsignedintcode[4]={0x0E00000,0x0D00000,0x0B00000,0x0700000};//列线扫描电压，分为第1，2，3，4根列线
unsignedintucRow,ucLine;//行号，列号。
/***********************************************************************
*名称：
DelayNS（）
*功能：
长软件延时
*入口参数：
dly延时参数，值越大，延时越久
*出口参数：
无
************************************************************************
voidDelayNS（uint32dly）
{uint32i;
for（;dly>0;dly--）
{
for（i=0;i<500;i++）;
}
}
/***********************************************************************
*名称：
Busy（）
*功能：
LCD是否忙碌
************************************************************************
voidBusy（）
{
while
（1）
{
IOCLR=LCD_RS;
IOSET=LCD_RW;
if（!
（IOPIN&D7））break;
}
}
/***********************************************************************
*名称：
Command（）
*功能：
LCD命令
************************************************************************
voidCommand（charcom）
{
Busy（）;
IOCLR=0x0FFF;
IOCLR=LCD_RS;
IOCLR=LCD_RW;
IOSET=LCD_E;
IOSET=com<<3;
IOCLR=LCD_E;
}
/***********************************************************************
*名称：
LCDInit（）
*功能：
LCD初始化
*入口参数：
*出口参数：
无
************************************************************************
voidLCDInit（）
{
Command（0x0C）;//显示开/关控制命令
Command（0x38）;//功能设置命令：
数据线长度为8位
//Command（0x80）;//地址命令
Command（0x06）;//输入方式设置
}
/***********************************************************************
*名称：
write（）
*功能：
LCD写数据
************************************************************************
voidwrite（chardata）
{
Busy（）;
IOCLR=0x0FFF;
IOSET=LCD_RS;
IOCLR=LCD_RW;
IOSET=LCD_E;
IOSET=data<<3;
DelayNS
（1）;
IOCLR=LCD_E;
}
/***********************************************************************
*名称：
display（）
*功能：
LCD显示
************************************************************************
voiddisplay（longa）
{
longtemp,b,c=-1;
uint8lenth=1,i,j;
//Command（0x01）;
if（a<0）
{
a=a*c;
write（'-'）;
}
temp=a;
while（（temp=temp/10）!
=0）lenth++;
for（i=lenth;i>0;i--）
{
b=1;
for（j=0;jwrite（0x30+a/b）;
a=a%b;
}
}//为低电平，其他为高电平。
//主函数
intmain（）
{
system_init（）;
LCDInit（）;
while
（1）
ucKeyScan（）;
return（0）;
}
/***********************************************************************
*名称：
system_init（）
*功能：
system初始化函数
************************************************************************
voidsystem_init（）
{
//引脚功能选择
PINSEL0=0x80000000;//设置P0.15为EINT2,其余为GPIO
PINSEL1=0x00000000;//设置P0.15~P0.31为GPIO
IODIR=0x0f007ff;//设置P0.0-P0.10,P0.20-P0.23为输出,其余为输入
IOCLR=0x80000000;
//向量中断初始化
VICIntSelect=0x00;//设置P0.15为IRQ中断
VICVectAddr0=（uint32）IRQ_EINT2;
VICVectCntl0=0x30;
VICIntEnable=1<<16;//使能EINT2
//外部中断初始化
EXTMODE=1<<2;//设置为EINT2下降沿触发
EXTPOLAR=0;
EXTINT=1<<2;//清除EINT2中断标志
}
/***********************************************************************
*名称：
ucKeyScan（）
*功能：
键盘扫描函数当有外部中断2时调用此函数，使用列扫描的方式获取键码，键码
由2位数字组成。
高位为行号低位为列号。
************************************************************************
intucKeyScan（）
{
unsignedintucTemp=0;//扫描状态暂存。
for（ucLine=0;ucLine<4;ucLine++）//行扫描
{
IOSET=code[ucLine];//输出扫描电位。
IOCLR=（~code[ucLine]）&0xF00000;
//ucTemp=IOPIN>>24;
if（ucTemp!
=0x0F）//判断该列是否有按键按下。
continue;
}//返回按键编码。
格式为2位数，高位为列号，低位为行号。
}
/***********************************************************************
*名称：
IRQ_EINT2（）
*功能：
EINT2中断服务程序
************************************************************************
void__irqIRQ_EINT2（void）
{
unsignedintucTemp2=0,a;
ucTemp2=IOPIN>>24;
switch（ucTemp2）
{
case0x0E:
ucRow=00;break;//判断列号。
case0x0D:
ucRow=10;break;
case0x0B:
ucRow=20;break;
case0x07:
ucRow=30;break;
default:
ucRow=40;break;
}
num=ucRow+ucLine;
if（repeat==1&num!
=23&x!
=3）//计算结束后，若输入数字，在输入前清屏
{
Command（0x01）;
add1=add2=sign=0;
count=0;
repeat=0;
DelayNS（10）;//延时让LCD反应
}
switch（num）
{
case00:
write（'7'）;k=8;break;
case01:
write（'4'）;k=5;break;
case02:
write（'1'）;k=2;break;
case03:
Command（0x01）;k=0;add1=add2=sign=0;break;
case10:
write（'8'）;k=9;break;
case11:
write（'5'）;k=6;break;
case12:
write（'2'）;k=3;break;
case13:
write（'0'）;k=1;break;
case20:
write（'9'）;k=10;break;
case21:
write（'6'）;k=7;break;
case22:
write（'3'）;k=4;break;
case23:
if（repeat==0）//是否重复
{
write（'='）;
count=1;
repeat=1;
arithmetic（add1,add2）;
}
elsecount=0;
break;
case30:
if（sign==0）
{
write（'/'）;
sign=1;
}
break;
case31:
if（sign==0）
{
write（'X'）;
sign=2;
}
break;
case32:
if（sign==0）
{
write（'-'）;
sign=3;
}
break;
case33:
if（sign==0）
{
write
升级会员 