專業(yè)綜合應用與工程能力實踐訓練課程設計電子計算器設計

1、 專業(yè)綜合應用與工程能力實踐訓練 課程設計 電 子 計 算 器 院 部： 電氣與信息工程學院 學生姓名： 李 旭 指導教師： 戴佳陽 職稱 講師 專 業(yè)： 自動化 班 級： 自本1001 完成時間： 2013年12月 摘 要在我們的學習生活中，常會遇到一些繁雜的計算，耗費我們的時間，而且，有些計算過程復雜，通過筆算，難以得到正確的答案，比如說ln、sin、cos、tan等，就此我們設計了一款科學計算器，便于我們平時的計算使用。我們設計的這款計算器，是具有多功能的，它除了包括了四則運算、三角函數(shù)運算、開根號、ln、階乘、求冪、十進制與八進制轉換、十進制與十六進制轉換外，還添加了溫度計功能，實現(xiàn)了

2、多功能合與一體的設計。伴隨電子行業(yè)的發(fā)展，單片機在我們的生活中占有舉重輕重的地位，而這個計算器正是基于單片機來設計的，所以這次的設計真正的達到了學以致用效果，也很具有現(xiàn)實意義。關鍵字：計算器；溫度計；單片機abstractwe always meet some multifarious computation in our school life which take lots of our time. whats more, some calculation process, such as ln, sin, cos, tan and so on, is so complicated tha

3、t through the manual computation, we get low efficiency and probability. thus, we design a calculator to facilitate our usual calculation. the calculator is of multiple function and realizes multi function in one, which adds the thermometer function, as well as the stopwatch function, except for the

4、 four operations, the operation of trigonometric function, open radical sign, ln, factorial, exponentiation, decimal and octal, decimal and hexadecimal conversion. with the development of electronics industry, single chip computer (scm) plays a more and more important role in our life. the design of

5、 this calculator is based on scm. that is to say, this design put what we learn into practice, and also it has practical significance. key words: calculator；thermometer；single chip computer目 錄1 計算器任務、功能要求說明及總體方案介紹1 1.1 計算器任務1 1.2 功能要求說明1 1.3 計算器設計總體方案介紹及工作原理說明12 計算器硬件系統(tǒng)的設計2 2.1 計算器硬件系統(tǒng)各模塊的簡要介紹2 2.1.

6、1 計算器鍵盤輸入模塊2 2.1.2 計算器lcd1602顯示輸出模塊2 2.1.3 溫度計模塊3 2.1.4 at89s52單片機模塊42.2 電路原理圖、pcb圖、元器件布局圖42.3 設計課題元器件清單53 計算器軟件系統(tǒng)的設計6 3.1 計算器使用單片機資源的情況6 3.2 設計課題軟件系統(tǒng)各模塊功能簡要介紹6 3.3 流程框圖7 3.4 程序清單74 仿真結果、設計結論84.1 計算器模塊的仿真8 4.1.1 按鍵輸入并計算計算器基本運算加減乘除：8 4.1.2 按鍵輸入并計算基本運算三角函數(shù)sin，cos，tan：8 4.1.3 按鍵輸入并計算基本運算開根號9 4.1.4 按鍵輸入

7、并轉化八進制，十六進制94.2 溫度計模塊的仿真94.3 計算器的使用說明94.4 設計心得10結束語11致 謝12參考文獻13附錄a 電路原理圖14附錄b pcb圖15附錄c 元器件布局圖16附錄e 程序清單18附錄f 實物圖34附錄g protues仿真圖341 計算器任務、功能要求說明及總體方案介紹1.1 計算器任務 設計一個具有特定功能的計算器。該計算器上電或按鍵復位后能自動顯示系統(tǒng)提示符“p.”，進入準備工作狀態(tài)。能實現(xiàn)（1）基本的加、減、乘、除、平方、開方；（2）三角函數(shù)運算；（3）十進制、十六進制轉換運算；（4）溫度計1.2 功能要求說明能夠正確無誤的進行基本的四則運算、平方、開

8、方、三角函數(shù)、十進制、十六進制等運算，并且能夠進行溫度的測量。1.3 計算器設計總體方案介紹及工作原理說明 以單片機作為總體核心部件，以 lcd1602液晶顯示屏為輸出部分以及自行設計的2*14鍵盤、18b20為溫度測試芯片等為外圍電路為輔助部分進行本次課題的設計。 從鍵盤進行數(shù)據(jù)的編輯輸入到單片機中，以設計好的軟件進行相應的運算，然后再從單片機中輸出到lcd1602液晶顯示屏芯片中，運算結果進行顯示；對于溫度模塊而言，以18b20芯片對環(huán)境溫度進行測量，然后通過外圍電路輸送到單片機進行處理，再送給lcd1602液晶顯示芯片進行輸出。如下圖所示： 18b20溫度測量 鍵盤輸入 at89s52單

9、片機 1602輸出 圖1 原理框圖2 計算器硬件系統(tǒng)的設計2.1 計算器硬件系統(tǒng)各模塊的簡要介紹2.1.1 計算器鍵盤輸入模塊由于計算器設計中計算器要實現(xiàn)sin,cos,tan等功能的計算，按傳統(tǒng)4*4鍵盤按鍵不能達到本次的設計要求，所以利用8-3編碼器74ls148來實現(xiàn)2*14鍵盤的應用。2.1.2 計算器lcd1602顯示輸出模塊液晶屏lcd1602接線是利用10k排阻將d0d8腳與電源正極連接，在單片機p00p07口無輸出時將無輸出的引腳電頻置“1”，以實現(xiàn)lcd的顯示功能。lcd1602共有16個引腳，其功能如表1所示。圖2 lcd1602顯示屏表1 lcd1602引腳功能表2.1.

10、3 溫度計模塊溫度計模塊用的是溫度傳感器ds18b20利用溫度傳感器溫度感知送入單片機at89s52的p3.7口（第17引腳），通過編程把結果輸出到顯示屏lcd1602中。如下圖所示圖3 ds18b202.1.4 at89s52單片機模塊 at89s52單片機工作原理與引腳與我們所學的at89c51基本相同，只是at89s52的存儲空間比at89c51大了一倍,變成了8k。其引腳圖如下所示：圖4 at89s52引腳圖2.2 電路原理圖、pcb圖、元器件布局圖 原理圖見附錄a、pcb圖見附錄b、元器件布局圖見附錄c2.3 設計課題元器件清單表2 元件清單at89s52芯片1個ds18b20傳感器

11、1個lcd1602液晶顯示屏1個按鍵開關29個74ls00芯片3個10k電阻14個排阻1個200歐電阻1個74ls148芯片2個20uf極性電容1個22pf電容2個晶振片1個3 計算器軟件系統(tǒng)的設計3.1 計算器使用單片機資源的情況本次計算器的設計中，單片機的p1口和p2.0口以及p2.1口被用作了鍵盤的掃描和輸入所占用。p0口和p2.5、p2.6以及p2.7口連接lcd1602作為信息的輸出，p3.2口用作外部中斷信號的輸入，xtal1與xtal2接外部晶振電路，rst接復位電路。3.2 設計課題軟件系統(tǒng)各模塊功能簡要介紹 （1）void delayms(uint n) ，為毫秒延時子程序，

12、可以達到延時的功能，其中的uint n，為延時所設定的延時時間，單位為ms。 （2）void delayus(uchar us) 、void tmpdelay(int u)，為微秒延時子程序，可以達到延時的功能，其中的uint us，為延時所設定的延時時間，單位為us。 （3）uchar read_lcd_state()，為讀lcd的子程序，將單片機的信息通過lcd1602顯示輸出。 （4）void lcd_busy_wait()，為lcd1602的等待子程序。 （5）void write_lcd_data(uchar dat)，為lcd1602寫的子程序，將單片機的輸出信息，寫入到lcd的寄

13、存器中。 （6）void lcd_init()，為lcd的初始化子程序，用于開機及復位lcd的初始化。 （7）void set_lcd_pos(uchar p)，為lcd的位置設置子程序。 （8）void lcd_string(uchar p,uchar *s)，為lcd的寫程序自程序。 （9）void initial()、void inter0() interrupt 0為開中斷子程序。 （10）uint keyscan()，為鍵盤掃描子程序，對鍵盤進行數(shù)據(jù)的輸入。 （11）void abc(uint t)，為操作子線程。 （12）void jsq_init()，為計算器初始化子程序。 （1

14、3）void out()，為計算器輸出子程序。 （14）void init_ds18b20()，為18b20的初始化子程序。 （15）void readtemp()，為溫度讀取子程序。 （16）void tem_bcd()，為溫度轉換bcd子程序。 （17）void use()，為功能選擇子程序。 （18）void main()，為主程序。3.3 流程框圖 見附錄d所示。3.4 程序清單見附錄e所示。4 仿真結果、設計結論4.1 計算器模塊的仿真在打開計算器之后或按功能復位鍵后將直接進入功能選則提示0or1，待提示信息消失，按鍵“0”+“=”進入計算器功能。4.1.1 按鍵輸入并計算計算器基本

15、運算加減乘除： 圖5 （注：+加法；-：減法；*：乘法；/：除法）4.1.2 按鍵輸入并計算基本運算三角函數(shù)sin，cos，tan： 圖6 （s：sin函數(shù)；c：con函數(shù)；t：tan函數(shù)）4.1.3 按鍵輸入并計算基本運算開根號，階乘,x的y次方，ln等運圖7 （注：屏幕上顯示#：開根號；$：階乘；y：x的y次方；k：以e為底的對數(shù)；）4.1.4 按鍵輸入并轉化八進制，十六進制圖8 （x：八進制轉換；x：十六進制轉換）4.2 溫度計模塊的仿真在打開計算器之后火按功能復位后將直接進入功能選擇提示0or1，按鍵“1”+“=”進入計算器功能。如下圖所示：圖9 溫度模塊4.3 計算器的使用說明首先，

16、將電源的總開關打開，然后顯示屏就會有如下圖所示： 圖10 然后就會顯示功能選擇提示，如下圖所示：圖110 是計算器模塊，1是溫度計模塊，等到清屏后，由用戶自己選擇輸入0或者1，以“=”為確認建，如下圖所示：圖12就分別進入了相對應的功能模塊中去了，然后便可以進行相應的運算或溫度檢測了。4.4 設計心得通過本次課程設計，我們懂得了要完成一個電路的設計，理論基礎是根基，實踐操作是完成事物的重要部分，而創(chuàng)新能力則決定了一個電路的價值，因為設計一個電路，絕不是簡單的按課本的電路圖進行焊接成型，我們要進行電路各個元件參數(shù)的計算，這個涉及我們所掌握的理論知識，元件的計算是設計中較為重要的一部分，計算準了，

17、則設計出來的電路誤差不大，否則，設計出來的電路性能指標根要求相差甚遠。最困難的是當電路出現(xiàn)問題時如何檢測出錯誤之處，如何排除錯誤，它考驗了我們如何運用理論知識和實際的調試的能力，另外，通過這次課程設計，我掌握了常用元件的識別和測試，熟悉了常用的儀器，了解了電路的連接，焊接方法，鞏固了基礎，提高了實際操作技能，并養(yǎng)成注重設計，追求創(chuàng)新的思維習慣?？偠灾?，這次課程設計極大的提高我們在電子電路方面的各項能力。 結束語 課程設計結束了，但是從中學到的知識會讓我終身受益。設計過程，好比是我們人類成長的歷程，常有一些不如意，能免回遇到各種各樣的問題。在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學過的知識

18、理解得不夠深刻，掌握的不夠廖谷。我們通過查閱大量有關資料，并在小組中互相討論，交流經驗和自學，若遇到是在搞不明白的問題就會及時請教老師，了解自身存在的不足之處，雖然感覺理論上已經掌握，但在運用到實踐的過程中仍有意想不到的困后，經過一番努力才得以解決。這也激發(fā)了我今后努力學習的興趣，我想著將對我以后的學習產生積極的影響。通過這次課程設計，我也懂得了學習的重要性，了解到理論知識與實踐相結合的重要意義，學會了堅持、耐心、和努力，這將為自己今后的學習和工作做出了最好的榜樣。致 謝 大學兩年半，這次課程設計是我們這大學期間干的最有意義的事之一。從最初的選題，到寫課程設計直到完成課程設計。其間，查找資料，

19、老師指導，與同學交流，反復修改設計，每一個過程都是對自己能力的一次檢驗獲很多，比如學會了查找相關資料相關標準，分析數(shù)據(jù)，提高了自己的制作能力。開始著手計算器設計的制作，一步一步的做下來。等做好設計的時候才發(fā)現(xiàn)這是個美好的過程，也不枉費我們對這次設計花的時間和精力。其實這么一次的鍛煉可以學到書本里許多學不到的知識，堅韌、獨立、思考等。 但是課程設計也暴露出我專業(yè)基礎的很多不足之處。比如缺乏綜合應用專業(yè)知識的能力，對材料的不了解等等。這次實踐是對單片機及數(shù)電，模電知識所學和充實。通過這次實踐，我們了解了計算器工作原理，熟悉了計算器的設計步驟，鍛煉了設計實踐能力，培養(yǎng)了我的設計能力。此設計是對我們專

20、業(yè)知識和專業(yè)基礎知識一次實際檢驗和鞏固。 感謝所有支持和幫助過我的同學和老師！謝謝你們的關照與寬容，與你們一起走過的繽紛時代，將會是我一生最珍貴的回憶。 此外，我還要感謝在我們的課程設計中所有被援引過的文獻的作者們，他們是我們的知識之源！ 最后，再次向所有給予我們幫助和鼓勵的同學和老師致以最誠摯的謝意！參考文獻1馬忠梅，籍順心，張凱，馬巖.單片機的c語言應用程序設計m.北京：北京航空航天大學出版社，2006ma zhongmei,j, zhang kai, mayan. mcu c language program design m .beijing: beijing aerospace un

21、iversity press, 20062李廣弟，朱月秀，冷祖祁.單片機基礎m.北京：北京航空航天大學出版社，2007 li guangdi, zhuyuexiu, leng zuqi. microcontroller m .beijing: beijing university of aeronautics and press, 2007 3李光飛.單片機課程設計實例指導m.北京：北京航空航天大學出版社，2004.9 li guangfei. this course design example guide m .beijing: beijing university of aeronaut

22、ics and press, 2004.9 4邢增平.protel 99 se設計專家指導m.北京：中國鐵道出版社,2004 xing zengping. protel 99 se design expert guidance m .beijing:china railway publishing house, 2004 附錄a 電路原理圖附錄b pcb圖圖14 pcb頂層圖15 pcb底層附錄c 元器件布局圖圖16 pcb頂層絲印層附錄d 程序流程框圖 開始 附錄e 程序清單#include #include #include #include #define _nop() _nop_()

23、/定義空指令#define uchar unsigned char /宏定義無符號型字符變量#define uint unsigned int /宏定義無符號整形變量sbit dq =p37; /ds18b20溫度sbit rs =p26; /1602寄存器sbit rw =p25; /1602讀/寫sbit en =p27; /1602使能sbit spk=p24; /蜂鳴器sbit ff=p20; sbit gg=p21;code uchar mayuan28=1,2,3,c,4,5,6,s,7,8,9,t,n,0,.,=,+,-,*,/,#,y,x,x,%,!,$,k;uchar cod

24、e keycode28=0x78,0xb8,0x47,0x87,0x70,0xb0,0x46,0x86,0x68,0xa8,0x45,0x85,0x60,0xa0,0x44,0x84,0x58,0x98,0x43,0x83,0x50,0x90,0x42,0x82,0x48,0x88,0x81,0x41;/ /鍵盤編碼值()uchar code mcuexp= 51_mcu exp ;uchar code welcome= welcome! ;/*定義全局變量*/bit flag;int j,t,zz=0;float c=0;char m,g=0,f=0,i,e=0,d=0,k=0,z=0;ch

25、ar date115; /要操作的數(shù) /計算器輸出值的各位/* 延時函數(shù)*/void delayms(uint n) /毫秒延時子函數(shù) uint i=0,j=0; /付循環(huán)初始值 for (i=n;i0;i-) /循環(huán)嵌套延時 for (j=246;j0;j-); void delayus(uchar us) /微秒延時子函數(shù)while(us-); /*/* lcd1602程序模塊 */*/uchar read_lcd_state() /讀lcd狀態(tài)uchar state; rs=0; /關閉1602的寄存器 rw=1; /將1602的讀/寫端置1，進行讀操作en=1; /打開1602的使能端

26、delayms(1); /延時1毫秒state=p0; /將p0口的狀態(tài)輸入到lcden=0; /關閉1602的使能delayms(1); /延時1毫秒return state;void lcd_busy_wait() /忙則等待while(read_lcd_state()&0x80)=0x80); /判斷是否忙delayms(5); /延時5毫秒void write_lcd_data(uchar dat) /lcd寫數(shù)據(jù)子函數(shù)lcd_busy_wait(); /判斷l(xiāng)cd是否忙，忙則等rs=1; /打開1602的寄存器 rw=0; /打開1602的寫 en=0; /關閉使能端 p0=dat;

27、 /將數(shù)據(jù)寫出en=1; /開使能端delayms(1); /延時1毫秒en=0; /關使能端void write_lcd_com(uchar i) /lcd寫指令lcd_busy_wait(); /判斷l(xiāng)cd是否忙，忙則等rs=0; /關閉1602寄存器rw=0; /打開1602的寫en=0; /關閉使能端p0=i; /將數(shù)據(jù)輸出en=1; /打開使能端delayms(1); /延時1毫秒en=0; /關閉使能端 void lcd_init() /lcd初始化 write_lcd_com(0x38); /顯示模式設置 delayms(1); /延時1毫秒 write_lcd_com(0x38

28、); /顯示模式設置 delayms(1); /延時1毫秒 write_lcd_com(0x08); /顯示關閉 delayms(1); /延時1毫秒 write_lcd_com(0x01); /顯示清屏 delayms(1); /延時1毫秒 write_lcd_com(0x06); /顯示光標移動設置 delayms(1); /延時1毫秒 write_lcd_com(0x0c); /顯示開及光標設置void set_lcd_pos(uchar p) /*設置lcd位置*/write_lcd_com(p|0x80); /清屏void lcd_string(uchar p,uchar *s) /

29、*lcd寫程序*/uchar i; set_lcd_pos(p); /*設置lcd位置*/for(i=0;i16;i+) /循環(huán)寫入數(shù)據(jù)write_lcd_data(si);delayms(5); /延時5毫秒void initial() /*開中斷*/ea=1; /總開關 ex0=1; /中斷方式0開啟it0=0; / /設置中段方式為電平觸發(fā)方式uint keyscan() uint i;uchar temp;ff=1;gg=0;delayms(10); /延時if(p1!=0x40) /有鍵按下temp=p1; /保存鍵盤此刻的鍵植delayms(10); /延時while(p1!=0x

30、40); /松手檢測ff=0;gg=1;delayms(10); /延時if(p1!=0x80) /有鍵按下temp=p1;delayms(5); /延時5毫秒while(p1!=0x80); /松手檢測 for(i=0;i0)write_lcd_com(0x10); /屏幕后退一位 z-; /數(shù)組減一位if(mayuant!=n&mayuant!=&mayuant!=%&mayuant!=!)date1z+=mayuant; /把輸入的數(shù)放在數(shù)組中write_lcd_data(mayuant); /把輸入的數(shù)顯示在lcd上if(z14)lcd_string(0x40,error); /提示輸

31、入太多void inter0() interrupt 0 /*中斷函數(shù)*/uint n;delayms(10); /延時if(int0=0) /有鍵按下n=keyscan();ff=0; /中段前提條件gg=0;abc(n); /調用操作子程序void jsq_init() /*計算器初始化*/ uint s;en=1; /開使能端lcd_init(); /對lcd進行初始化 e=0; d=0; m=0;z=0;c=0; for(s=0;s15;s+) date1s=0;double fun3(int a) /*求階層函數(shù)*/int sum=1,i;double dd;for(i=1;i=a;

32、i+)sum*=i;dd=(double)sum; /將snm轉化成小數(shù)形式return (dd);void fun2(double p) /*16進制轉換函數(shù)*/char a15,j;int i=0;long h;h=(long)p; /對p進行強制轉化if(h=0) /判斷要轉換的數(shù)是否為0a0=0+48; /將0的bcd碼存入數(shù)組set_lcd_pos(0x40); /lcd屏幕的輸出位置設置write_lcd_data(a0);/將數(shù)據(jù)（要輸出的字符）寫到lcd的寄存器中while(h!=0) /對不為0的轉化j=h%16; /將被轉化數(shù)，除以16取余h=h/16; /將被除數(shù)除以16

33、（短除法相同）if(j9) /判斷轉換后的數(shù)據(jù)是否大于10 ai=j+55; /將轉化后的數(shù)據(jù)轉換成字符型i+;set_lcd_pos(0x40); /lcd輸出位置設置while(i0) write_lcd_data(a-i); /將數(shù)據(jù)寫入到lcd的寄存器中zz+;void fun1(double p) / *8進制轉換函數(shù)*/char a15,i=0;long h;h=(long)p;if(h=0) /判斷要轉換的數(shù)據(jù)是否為0a0=0+48; /為0則，將0的字符型存入數(shù)組set_lcd_pos(0x40); /lcd輸出位置設置write_lcd_data(a0); /將數(shù)據(jù)寫入到lc

34、d的寄存器中 while(h!=0) /對不為0的轉化ai=h%8+48; /將轉化后的數(shù)據(jù)轉換成字符型h=h/8; /將被除數(shù)除以8（和短除法相同）i+;set_lcd_pos(0x40); /lcd輸出位置設置while(i0)write_lcd_data(a-i); /將數(shù)據(jù)寫入到lcd的寄存器中zz+;void def() /*算術函數(shù)*/int s;uchar *q,*p,i;char e=0,g,t=1;double f,a=0,b=0,j; /*f為小數(shù)位*/p=date1;if(date10=-) /判斷是否為負 t=0-1;p+; /指向下一位for(q=p;*q=0;q+)

35、 /*計算a的值*/a=a*10+(*q-48); /將轉化后的數(shù)據(jù)轉換成字符型 if(*q=.)q+;for(;*q=0;q+) /計算a的小數(shù)部分e+;f=(*q-48);for(g=0;g=0&*q=9;q+) /*計算b的整數(shù)部分值*/b=b*10+(*q-48);e=0;if(*q=.) /第二個數(shù)帶小數(shù)點q+;for(;*q=0;q+) /計算第二個數(shù)小數(shù)部分e+;f=(*q-48);for(g=0;ge;g+)f=f/10;b=b+f;for(i=0;i15;i+) /把存放輸入數(shù)的數(shù)組請0date1i=0;j=a/180*(3.1415); /把a的值轉換成弧度，方便三角函數(shù)運

36、用s=(int)a; /把a的值強制轉換成整形 switch (m) /判斷具體要操作的步驟，并進行相關操作case c : c=cos(j); break; /進行cos運算case s : c=sin(j); break; /進行sin運算case t : c=tan(j); break; /進行tan運算case + : c=a+b; break; /進行加法運算case - : c=a-b; break; /進行減法運算case * : c=a*b; break; /進行乘法運算case / : c=a/b; break; /進行除法運算case # : c=sqrt(a); brea

37、k; /進行開根號運算case y : c=pow(a,b); break; /求x的y次方case x : fun1(a); break; /進行8進制轉換case x : fun2(a); break; /進行16進制轉換case k : c=log(a); break; /ln計算case $ : c=fun3(s); break; /階乘運算default : write_lcd_com(0x01); /把lcd顯示屏清屏lcd_string(0x00,error); /沒有相關操作，提示錯誤void out() /計算器輸出操作函數(shù)*/double b,j,m;char z=0,i,g,p,k=0;char l15,