計算器電子競賽

1、電子設(shè)計大賽論文計算器組長：姓名： 組員：姓名： 姓名： 姓名：聯(lián)系方式：一、設(shè)計內(nèi)容本設(shè)計是基于52系列單片機來進(jìn)行的數(shù)字計算器系統(tǒng)設(shè)計，可以完成計算器的鍵盤輸入，進(jìn)行加、減、乘、除基本四則運算，并在LCD上顯示相應(yīng)的結(jié)果；設(shè)計電路采用STC89C52單片機為主要控制電路，利用MM74C922作為計算器4*4鍵盤的掃描IC讀取鍵盤上的輸入；顯示采用字符LCD靜態(tài)顯示；軟件方面使用C語言編程，并用PROTUES仿真，具體設(shè)計如下：（1）由于設(shè)計的計算器要進(jìn)行四則運算，為了得到較好的顯示效果，經(jīng)綜合分析后，最后采用LCD 顯示數(shù)據(jù)和結(jié)果。（2）采用鍵盤輸入方式，鍵盤包括數(shù)字鍵（09）、符號鍵（+

2、、-、×、÷）、清除鍵(onc)和等號鍵（=），故只需要16 個按鍵即可，設(shè)計中采用矩陣鍵盤。（3）在執(zhí)行過程中，開機顯示零，等待鍵入數(shù)值，當(dāng)鍵入數(shù)字，通過LCD顯示出來，當(dāng)鍵入+、-、*、/運算符，計算器在內(nèi)部執(zhí)行數(shù)值轉(zhuǎn)換和存儲，并等待再次鍵入數(shù)值，當(dāng)再鍵入數(shù)值后將顯示鍵入的數(shù)值，按等號就會在LCD上輸出運算結(jié)果。（4）錯誤提示：當(dāng)計算器執(zhí)行過程中有錯誤時，會在LCD上顯示相應(yīng)的提示,如：當(dāng)輸入的數(shù)值或計算得到的結(jié)果大于計算器的表示范圍時，計算器會在LCD上提示overflow；當(dāng)除數(shù)為0時，計算器會在LCD上提示error。二、總體框圖（1）系統(tǒng)模塊圖：（2）算術(shù)運算程

3、序流程圖：（3）系統(tǒng)總流程圖：三、功能模塊（一）、總體硬件設(shè)計：本設(shè)計選用STC89C52單片機為主控單元； 顯示部分：采用LCD靜態(tài)顯示；按鍵部分：采用4*4鍵盤；用MM74C922為4*4鍵盤掃描IC，讀取輸入的鍵值?？傮w設(shè)計效果如下圖：（二）、單片機接口電路說明：1、手動上電復(fù)位電路：當(dāng)VCC上電時，C充電，在10K電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機復(fù)位；幾個毫秒后，C充滿，10K電阻上電流降為0，電壓也為0，使得單片機進(jìn)入工作狀態(tài)。工作期間，按下S，C放電。S松手，C又充電，在10K電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機復(fù)位。幾個毫秒后，單片機進(jìn)入工作狀態(tài)。2、內(nèi)部時鐘模式電路：當(dāng)單片機工作于內(nèi)部時鐘模式

4、的時候，只需在XTAL1和XTAL2引腳連接一個晶體振蕩器或者陶瓷振蕩器，并接兩個電容后接地即可，在使用時對于電容的選擇有一定的要求：當(dāng)外接晶體振蕩器的時候，電容值一般選擇C1=C2=30+10pF或30-10pF；當(dāng)外接陶瓷振蕩器的時候，電容值一般選擇C1=C2=40+10pF或40-10pF；3、單片機與復(fù)位、時鐘電路連接電路圖：（三）、鍵盤接口電路：計算器輸入數(shù)字和其他功能按鍵要用到很多按鍵，如果采用獨立按鍵的方式，在這種情況下，編程會很簡單，但是會占用大量的I/O 口資源，因此在很多情況下都不采用這種方式，而是采用矩陣鍵盤的方案。矩陣鍵盤采用四條I/O 線作為行線，四條I/O 線作為列

5、線組成鍵盤，在行線和列線的每個交叉點上設(shè)置一個按鍵。這樣鍵盤上按鍵的個數(shù)就為4×4個。這種行列式鍵盤結(jié)構(gòu)能有效地提高單片機系統(tǒng)中I/O 口的利用率。矩陣鍵盤的工作原理：計算器的鍵盤布局如圖1所示：一般有16個鍵組成，在單片機中正好可以用一個P口實現(xiàn)16個按鍵功能，這種形式在單片機系統(tǒng)中也最常用。圖 1 矩陣鍵盤布局圖矩陣鍵盤內(nèi)部電路圖如圖2所示： 圖 2為了進(jìn)一步節(jié)省單片機I/O口資源，我們在設(shè)計中使用了MM74C922芯片。MM74C922是一款4*4鍵盤掃描IC，它可檢測到與之相連的4*4鍵盤的按鍵輸入，并通過數(shù)據(jù)輸出口將按鍵相應(yīng)的編碼輸出。其引腳圖如圖3所示：圖3 MM94C2

6、2硬件圖MM74C922引腳說明：(1) Y1Y4（腳1腳4）：4*4鍵盤第一列至第四。(2) X1X4（腳11、10、8、7）：4*4鍵盤第一行至第四行。(3) DOA DOD（Dataout AD，腳1417）：按鍵之BCD碼輸出，其中DOA為LSB，DOD為MSB。(4) VCC（腳18）：電源腳，+3V+15V。ab126計算公式大全(5) GND（腳9）：接地管腳。新藝圖庫(6) OSC（Oscillator，腳5）：鍵盤掃描電路之頻率所需外加電容的連引腳。(7) KBM（Keyboard Mask，腳6）：內(nèi)部消除開關(guān)彈跳電路所外加電容的引腳。(8) OE（Output Enabl

7、e，腳13）：芯片使能腳，接低電位可使芯片使能。(9) DA（Data Available，腳12）：數(shù)據(jù)有效輸出腳。任一按鍵按下時，此腳位會輸出高電位，按鍵釋放后此腳又會恢復(fù)為低電位。如下圖4所示，在本設(shè)計中，計算器輸入鍵盤的4條行線、列線分別連接到MM74C922的X1-X4、Y1-Y4引腳，MM74C922的數(shù)據(jù)輸出口與單片機的P2口相連，MM74C922的DA引腳經(jīng)過一個非門連接到單片機的/INT0腳，當(dāng)MM74C922檢測到鍵盤輸入時，DA產(chǎn)生高電平，與之相連的/INT0檢測到低電平，給單片機一個中斷，單片機從P2口的低四位讀入鍵盤上按下的鍵的值。圖4 鍵盤接口電路圖 （四）、LCD

8、顯示模塊：本設(shè)計采用LCD液晶顯示器來顯示輸出數(shù)據(jù)。通過D0-D7引腳向LCD寫指令字或?qū)憯?shù)據(jù)以使LCD實現(xiàn)不同的功能或顯示相應(yīng)數(shù)據(jù)。圖5 LCD 模塊（五）運算模塊（單片機控制）：STC89C52 單片機是在一塊芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定時器/計數(shù)器和多功能I/O等一臺計算機所需要的基本功能部件。如果按功能劃分，它由如下功能部件組成，即微處理器（CPU）、數(shù)據(jù)存儲器（RAM）、程序存儲器（ROM/EPROM）、并行I/O 口、串行口、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器（SFR）。單片機是靠程序運行的，并且可以修改。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨特的一些功能，通

9、過使用單片機編寫的程序可以實現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性！因此我們采用單片機作為計算器的主要功能部件，可以很快地實現(xiàn)運算功能。四、軟件編程：1、主函數(shù)設(shè)計：/*函數(shù)聲明*/#include<reg52.h>#include<math.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intchar translate(int keycode);void arithmetic();void init_LCM();void write_data(char ddata);void write_com(char comman

10、d);void check_BF();void clearLCD();void display(long a);void dealerror(); void dataoverflow();/*定義變量和數(shù)組*/long x=0,y=0,num=0;int operators,input,iny=0;char key;char error5="error"char overflow8="overflow"sbit EN=P34;sbit R_W=P35;sbit RS=P36;/*主函數(shù)*/main()EA=1;EX0=1;IT0=1;P2=0xff;di

11、splay(0);init_LCM();write_data(0x30);while(1)2、分塊程序設(shè)計：（1）、鍵盤輸入檢測程序設(shè)計：有鍵按下時，單片機響應(yīng)外部中斷0，轉(zhuǎn)入外部中斷0中斷處理函數(shù)，在中斷處理函數(shù)中完成對按鍵的判斷，以進(jìn)行下一步的程序處理。/*鍵值轉(zhuǎn)化為鍵盤上按鍵值函數(shù)*/char translate(int keycode)switch(keycode)case 0:return '7'break;case 1:return '4'break;case 2:return '1'break;case 3:return '

12、c'break;case 4:return '8'break;case 5:return '5'break;case 6:return '2'break;case 7:return '0'break;case 8:return '9'break;case 9:return '6'break;case 10:return '3'break;case 11:return '='break;case 12:return '/'break;case 1

13、3:return '*'break;case 14:return '-'break;case 15:return '+'break; /*外部中斷0處理函數(shù)*/void INT_0(void) interrupt 0 using 0key=translate(P2&0x0f);if(key<='9'&&key>='0') /判斷按下的鍵是否為數(shù)值num=num*10+(key-'0');if (operators>0)y=num;iny=1;elsex=nu

14、m;if(num<134217728&&num>-134217728) /當(dāng)前數(shù)值是否超出限定范圍display(num);elsedataoverflow();elseswitch(key)case 'c':x=0;y=0;num=0;iny=0;operators=0;display(num);break;case '=':arithmetic();iny=0;operators=0;num=0;break;case '+': if (operators)arithmetic();operators=1;num=0

15、;break;case '-': if (operators)arithmetic();operators=2;num=0;break;case '*': if (operators)arithmetic();operators=3;num=0;break;case '/':if (operators)arithmetic();operators=4;num=0;break;（2）、算術(shù)運算程序設(shè)計：/*算術(shù)運算函數(shù)*/void arithmetic()if (iny)switch(operators)case 1:x=x+y;num=x;if(

16、num<134217728&&num>-134217728)display(num);elsedataoverflow();break;case 2:x=x-y;num=x;if(num<134217728&&num>-134217728)display(num);elsedataoverflow();break;case 3:x=x*y;num=x;if(num<134217728&&num>-134217728)display(num);elsedataoverflow();break;case 4:if

17、(y=0)dealerror();elsex=x/y;num=x; if(num<134217728&&num>-134217728)display(num);elsedataoverflow();break;y=0;（3）、LCD顯示程序設(shè)計：利用LCD靜態(tài)顯示，通過程序向LCD寫指令字或數(shù)據(jù)使LCD完成不同功能或顯示相應(yīng)數(shù)據(jù)。/*LCD初始化函數(shù)*/void init_LCM()write_com(0x30);write_com(0x30);write_com(0x30);write_com(0x38);write_com(0x08);write_com(0x0

18、1);write_com(0x06);write_com(0x0e);/*LCD寫數(shù)據(jù)函數(shù)*/void write_data(char ddata)RS=1;/*寫指令*/R_W=0;EN=1;/*使能信號開*/P1=ddata;/*將數(shù)據(jù)送入p1口*/EN=0;/*使能信號關(guān)*/check_BF();/*LCD寫指令函數(shù)*/void write_com(char command)RS=0;/*寫指令*/R_W=0;EN=1;/*使能信號開*/P1=command;/*將數(shù)據(jù)送入p1口*/EN=0;/*使能信號關(guān)*/check_BF();/*LCD檢查忙碌函數(shù)*/void check_BF()

19、char i,x=0x80;P1=0xff;while(x&0x80)RS=0;R_W=1;EN=1;x=P1;EN=0;for (i=0;i<10;i+);EN=0;/*關(guān)閉使能信號*/*LCD清屏函數(shù)*/void clearLCD()write_com(0x01);/*LCD顯示函數(shù)*/void display(long a)long temp,b,c=-1;int lenth=1,i,j;clearLCD();if(a<0)a=a*c;write_data('-'); temp=a;while(temp=temp/10)!=0)lenth+;for(i

20、=lenth;i>0;i-)b=1;for(j=0;j<i-1;j+)b=b*10;write_data(0x30+a/b);a=a%b;（4）、錯誤處理及提示程序設(shè)計：/*除數(shù)為處理函數(shù)*/void dealerror()int i=0;clearLCD();for(i=0;i<5;i+)write_data(errori);/*數(shù)值溢出處理函數(shù)*/void dataoverflow()int i=0;clearLCD();for(i=0;i<8;i+)write_data(overflowi);五、聯(lián)機調(diào)試：在聯(lián)機調(diào)試的過程中，由于一開始設(shè)的液晶顯示器的電壓過高，使得屏幕太亮，所以沒有數(shù)字顯示。在我們的耐心調(diào)試之下，發(fā)現(xiàn)電壓在1.5一2V是液晶顯示器正常工作電壓。修改后，LCD顯示正確。六、心得體會這是我們進(jìn)入大學(xué)來的第三個關(guān)于設(shè)計類的課題。第一個是C語言，第二個是電子科技競賽。這次與前兩次的不同在于這個留給我的更多的是抽象與糾結(jié)。在這次長通杯競賽中，我學(xué)到了好多東西，有些甚至是課本上面所沒有的。1、我們對proteus仿真軟件有了初步的了解和認(rèn)識。通過使用proteus仿真軟件，可以讓我們在虛擬的環(huán)境中進(jìn)行實驗，可以先通過它來檢驗電路的正確性和可行性，而不需要真實