4位數(shù)計(jì)算器的設(shè)計(jì)

1、目錄摘要01 總體任務(wù)11.1設(shè)計(jì)目的11.2設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求11.3 設(shè)計(jì)思路12 設(shè)計(jì)原理分析22.1 計(jì)算器的工作原理2計(jì)算器的工作流程2編程實(shí)現(xiàn)控制22.1.3 功能拓展22.2 單片機(jī)計(jì)算器的基本構(gòu)成及原理23硬件電路的設(shè)計(jì)43.1系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成及原理43.2硬件電路的部分組成元器件的簡(jiǎn)介4單片機(jī)43.2.2 八段LED數(shù)碼管43.2.3 矩陣鍵盤63.3 元器件清單73.4 電路原理圖74 系統(tǒng)程序的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)84.1 程序方框圖84.2 計(jì)算器程序85 系統(tǒng)的仿真調(diào)試156 課程設(shè)計(jì)總結(jié)16參考文獻(xiàn)17摘要 本文論述了單片機(jī)4位數(shù)加法計(jì)算器的設(shè)計(jì)，從對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)的分析到畫電原理圖到

2、編程和最后的仿真調(diào)試，都進(jìn)行了一個(gè)簡(jiǎn)單的描述。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用Keil軟件編寫源程序，用Protues 7 professional的ISIS 7 professional軟件畫電原理圖并且仿真，通過(guò)對(duì)編程時(shí)的編譯和對(duì)仿真結(jié)果現(xiàn)象的觀察，不斷地對(duì)源程序以及電原理圖的修改，最后成功設(shè)計(jì)出了一個(gè)能夠進(jìn)行4位數(shù)加法運(yùn)算的計(jì)算器。該計(jì)算器通過(guò)4×4的矩陣鍵盤輸入數(shù)字及運(yùn)算符，若運(yùn)算結(jié)果超過(guò)4位十進(jìn)制數(shù)，則顯示為E；另外，也能進(jìn)行減法、乘法以及除法的運(yùn)算，在進(jìn)行減法運(yùn)算時(shí)，若運(yùn)算結(jié)果小于零，則顯示其絕對(duì)值；進(jìn)行除法運(yùn)算時(shí)，若除數(shù)等于零，則顯示E。關(guān)鍵詞：計(jì)算器;單片機(jī);數(shù)碼管;矩陣鍵盤1 總

3、體任務(wù)1.1設(shè)計(jì)目的 1.通過(guò)單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，熟練掌握c語(yǔ)言的編程方法，將理論聯(lián)系到實(shí)踐中去，提高我們的動(dòng)腦和動(dòng)手的能力。 2.通過(guò)4位數(shù)加法計(jì)算器的設(shè)計(jì)，掌握c語(yǔ)言編程的基本語(yǔ)法，和簡(jiǎn)單程序的編寫，最終提高我們的邏輯抽象能力。1.2設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求 內(nèi)容：設(shè)計(jì)一個(gè)4位數(shù)加法計(jì)算器要求：該計(jì)算器通過(guò)4×4的矩陣鍵盤輸入數(shù)字和運(yùn)算符，能進(jìn)行4位十進(jìn)制以內(nèi)的正數(shù)的加、減、乘、除的運(yùn)算，如果運(yùn)算結(jié)果超過(guò)4位十進(jìn)制數(shù)，4位數(shù)碼管全部顯示為E。1.3 設(shè)計(jì)思路 1.先熟悉實(shí)驗(yàn)原理，了解計(jì)算器的工作過(guò)程及其顯示，了解計(jì)算器電原理圖的組成元器件。2.了解各元器件的工作原理。3.在keil軟件里編寫程

4、序，用Protues 7 professional的ISIS 7 professional軟件繪制電原理圖，并進(jìn)行仿真，通過(guò)對(duì)仿真現(xiàn)象的觀察，修改原理圖或程序，直到滿足設(shè)計(jì)要求為止。2 設(shè)計(jì)原理分析2.1 計(jì)算器的工作原理2.1.1 計(jì)算器的工作流程 計(jì)算器是對(duì)鍵盤輸入的數(shù)字及運(yùn)算符等信號(hào)進(jìn)行分析和處理，最后通過(guò)數(shù)碼管顯示出結(jié)果的計(jì)算工具。當(dāng)然，在輸入數(shù)字的同時(shí)，數(shù)碼管也是會(huì)顯示出輸入的數(shù)字的，其整個(gè)工作流程圖如圖2.1所示。外界輸入數(shù)字或運(yùn)算符 微處理器處理并運(yùn)算 顯示器顯示結(jié)果 圖2.1 計(jì)算器的工作流程圖2.1.2 編程實(shí)現(xiàn)控制 通過(guò)編寫程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的識(shí)別、輸入數(shù)字的顯示以及運(yùn)算

5、結(jié)果的顯示。2.1.3 功能拓展 在進(jìn)行減法運(yùn)算時(shí)，若運(yùn)算結(jié)果小于0，數(shù)碼管顯示其絕對(duì)值；在進(jìn)行除法運(yùn)算時(shí)，若除數(shù)等于0，數(shù)碼管顯示EEEE。2.2 單片機(jī)計(jì)算器的基本構(gòu)成及原理 AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。它能進(jìn)行簡(jiǎn)單的運(yùn)算，通過(guò)編寫程序，可以讓它完成對(duì)輸入信號(hào)的識(shí)別、處理以及顯示等功能。它完全能滿足4位加法計(jì)算器的要求，能夠完成對(duì)鍵盤輸入信號(hào)的識(shí)別、處理等功能。 據(jù)此，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)以單片機(jī)位核心，連接成

6、最小系統(tǒng)，由鍵盤輸入模塊和4位數(shù)碼管輸出模塊等組成，系統(tǒng)放入總體方框圖如圖2.2所示。 鍵盤輸入最小系統(tǒng)外圍接口電路 單片機(jī) 數(shù)碼管顯示 圖2.2系統(tǒng)的總體方框圖 鍵盤作為整個(gè)系統(tǒng)的輸入端口，單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，兼有識(shí)別信號(hào)和處理等功能，而數(shù)碼管是整個(gè)系統(tǒng)的輸出部分，用于顯示輸入的數(shù)字和運(yùn)算后的結(jié)果。3硬件電路的設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成及原理 實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)要求的具體功能，可以選用AT89C51單片機(jī)及外圍器件構(gòu)成最小控制系統(tǒng)，4×4的矩陣鍵盤和4位共陽(yáng)極的數(shù)碼管組成。其中4×4的矩陣鍵盤是用來(lái)輸入信號(hào)的，而4位共陽(yáng)極的數(shù)碼管是用來(lái)顯示輸入的數(shù)字及運(yùn)算結(jié)果的。3.2硬件

7、電路的部分組成元器件的簡(jiǎn)介AT89C51單片機(jī) AT89C51單片機(jī)是80C51類型中的一種，其基本型包含CPU系統(tǒng)、存儲(chǔ)器系統(tǒng)和I/O口及其他功能單元。單片機(jī)的最小控制系統(tǒng)如圖3.1所示。圖3.1 單片機(jī)及其最小控制系統(tǒng)3.2.2 八段LED數(shù)碼管LED顯示屏作為大型顯示設(shè)備的一種，具有亮度高、價(jià)格低、壽命長(zhǎng)、維護(hù)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，分為七段和八段兩種形式，也有共陽(yáng)極和共陰極之分。以八段共陽(yáng)管為例，它有8個(gè)發(fā)光二極管(比七段多一個(gè)發(fā)光二極管，用來(lái)顯示sP，即點(diǎn))，每個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起。這樣，一個(gè)LED數(shù)碼管就有I根位選線和8根段選線，要想顯示一個(gè)數(shù)值，就要分別對(duì)它們的

8、高低電平來(lái)加以控制。為方便起見(jiàn)，本文主要討論共陽(yáng)極八段LED數(shù)碼顯示管，其他類形的顯示管與其類似。圖3.2即為八段數(shù)碼管，下面的引腳從左至右一次為a,b,c,d,e,f,g,dp和位選引腳。圖3.2 LED數(shù)碼管 數(shù)碼管的顯示原理：通過(guò)同名管腳上所加電平的高低來(lái)控制發(fā)光二極管是否點(diǎn)亮而顯示不同的字形，如a,b,c,d,e,f,g全亮是顯示為8，其中共陽(yáng)極連接的數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)代碼如表3.1所示。表3.1 共陽(yáng)極數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)代碼顯示數(shù)值dp g f e d c b a驅(qū)動(dòng)代碼（16進(jìn)制）01 1 0 0 0 0 0 0 C011 1 1 1 1 0 0 1F921 0 1 0 0 0 1 0A431

9、0 1 0 0 0 0 B041 0 0 1 1 0 0 19951 0 0 1 0 0 1 09261 0 0 0 0 0 1 0 8271 1 1 1 1 0 0 0 F881 0 0 0 0 0 0 08091 0 0 1 0 0 0 0 90 4位八段數(shù)碼顯示管是由4個(gè)數(shù)碼管組成，如圖3.3所示，其左側(cè)的a,b,c,d,e,f,g,dp為數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)引腳，右側(cè)的1,2,3,4為數(shù)碼管的位選引腳。圖3.3 4位數(shù)碼顯示管 4位數(shù)碼管顯示計(jì)算數(shù)據(jù)的過(guò)程：如輸入數(shù)字4136，當(dāng)從鍵盤上輸入4時(shí)，4位數(shù)碼管第4位顯示4，其他三位不亮；再次輸入1時(shí)，數(shù)碼管第3位顯示4，同時(shí)第4位顯示1，其他兩位

10、不亮；再次輸入3時(shí)，數(shù)碼管第2位顯示4，同時(shí)第3位顯示1，第2位顯示3，第一位不亮；再次輸入6時(shí)，數(shù)碼管第1位顯示4，同時(shí)第2位顯示1，第3位顯示3，第4位顯示6。3.2.3 矩陣鍵盤 矩陣鍵盤是由16個(gè)按鈕組成的， 16個(gè)按鈕按4行4列的順序排列構(gòu)成4×4的矩陣鍵盤，如圖3.4所示，圖3.4所示的鍵盤是Protues 7 professional的ISIS 7 professional軟件中的一個(gè)元器件，其原理就是16個(gè)按鈕按4行4列排列構(gòu)成的。圖3.4 矩陣鍵盤 在4位計(jì)算器的設(shè)計(jì)中，單片機(jī)識(shí)別矩陣鍵盤是通過(guò)按列掃描的方式進(jìn)行的。其具體過(guò)程如下：對(duì)所有的列加以高電平，對(duì)第一行（A

11、行）加以低電平，掃描列的電平變化，如列有高電平變?yōu)榈碗娖?，則能確定按下的鍵是哪一個(gè)；如第一列沒(méi)有電平變化，依次對(duì)第二行（B行）、第三行（C行）和第四行（D行）加以低電平，分別對(duì)列進(jìn)行掃描，看列的電平變化，來(lái)確定按下的鍵。3.3 元器件清單 4位加法計(jì)算器的硬件電路圖主要由表3.2所示的元器件組成 表3.2元器件列表器件說(shuō)明AT89C51單片機(jī)核心器件晶體51單片機(jī)工作的振蕩源電阻對(duì)電流大小進(jìn)行限制電容51單片機(jī)復(fù)位和振蕩源工作的輔助器件矩陣鍵盤用于輸入數(shù)字和運(yùn)算符4位8段數(shù)碼管用于顯示輸入的數(shù)字及運(yùn)算結(jié)果3.4 電路原理圖圖3.5 系統(tǒng)電路原理圖4 系統(tǒng)程序的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)4.1 程序方框圖開(kāi)始初始

12、化顯示0取第一個(gè)數(shù)取運(yùn)算符取第二個(gè)數(shù)取等于號(hào)計(jì)算并顯示結(jié)果結(jié)束圖4.1 計(jì)算器程序流程圖4.2 計(jì)算器程序#include <reg51.h>sbit P3_0=P30;sbit P3_1=P31;sbit P3_2=P32;sbit P3_3=P33;unsigned char sz12,xs14,xs24,xs34,xs44,sj;int i,cs,bb,t1,t2,fh,s1,s2,k;void chushihua() /*初始化程序*/bb=1;xs10=10;xs11=10;xs12=10;xs13=10;xs20=10;xs21=10;xs22=10;xs23=10;x

13、s30=11;xs31=11;xs32=11;xs33=11;xs40=0;xs41=10;xs42=10;xs43=10;t1=0;t2=0;s1=s2=0;fh=0;cs=1;void xianshi(unsigned char xs4) /*顯示程序*/int i,j;unsigned char zy;zy=0xf1;for (i=0;i<4;i+)P2=(0xff-zy); P1=szxsi;zy=(zy>>1);for (j=0;j<100;j+);return;unsigned char saomiao() /*鍵盤掃描程序*/int i;unsigned

14、char pp;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+);return 7;if (P3_1=0) P3=0x0f;pp=P3;while (P3_1=0);for (i=0;i<1000;i+);return 8;if (P3_2=0) P3=0x0f;pp=P3;while (P3_2=0);for (i=0;i<1000;i+);return 9;if (P3_3=0) P3=0x0f;pp=P3;whi

15、le (P3_3=0);for (i=0;i<1000;i+);return 11;P0=0xfd;P3=0x0f;pp=P3;if (P3_0=0) P3=0x0f;pp=P3;while (P3_0=0);for (i=0;i<1000;i+);return 4;if (P3_1=0) P3=0x0f;pp=P3;while (P3_1=0);for (i=0;i<1000;i+);return 5;if (P3_2=0) P3=0x0f;pp=P3;while (P3_2=0);for (i=0;i<1000;i+);return 6;if (P3_3=0) P3

16、=0x0f;pp=P3;while (P3_3=0);for (i=0;i<1000;i+);return 12;P0=0xfb;P3=0x0f;pp=P3;if (P3_0=0) P3=0x0f;pp=P3;while (P3_0=0);for (i=0;i<1000;i+);return 1;if (P3_1=0) P3=0x0f;pp=P3;while (P3_1=0);for (i=0;i<1000;i+);return 2;if (P3_2=0) P3=0x0f;pp=P3;while (P3_2=0);for (i=0;i<1000;i+);return 3

17、;if (P3_3=0) P3=0x0f;pp=P3;while (P3_3=0);for (i=0;i<1000;i+);return 13;P0=0xf7;P3=0x0f;pp=P3;if (P3_0=0) P3=0x0f;pp=P3;while (P3_0=0);for (i=0;i<1000;i+);return 16;if (P3_1=0) P3=0x0f;pp=P3;while (P3_1=0);for (i=0;i<1000;i+);return 0;if (P3_2=0) P3=0x0f;pp=P3;while (P3_2=0);for (i=0;i<1

18、000;i+);return 15;if (P3_3=0) P3=0x0f;pp=P3;while (P3_3=0);for (i=0;i<1000;i+);return 14;return 10;void chuli(unsigned char x)/*運(yùn)算程序*/int i;if (x=16)cs=0;k=2;return ;if (x>=0 && x<10) k=0;if (bb=1)if (s1=4) cs=0;return ;elsefor (i=3;i>0;i-)xs1i=xs1i-1;xs10=x;s1+;t1=t1*10+x;if (bb

19、=2)if (s2=4) cs=0;return ;elsefor (i=3;i>0;i-)xs2i=xs2i-1;xs20=x;s2+;t2=t2*10+x;if (x>10)if (bb=1) fh=x;bb=2;return;if (bb=2) if(fh=11&&t2=0)t1=10000;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<0) t1=-t1;if (t1>=10000) cs=0;k=1;return;els

20、e if (t1>=0 && t1<10) xs10=t1;xs11=10;xs12=10;xs13=10; if (t1>=10 && t1<100) xs10=t1%10;xs11=t1/10;xs12=10;xs13=10;if (t1>=100 && t1<1000) xs10=t1%10;xs11=(t1-(t1/100)*100)/10;xs12=t1/100;xs13=10;if (t1>=1000 && t1<10000) xs10=t1%10;xs11=t1%100

21、/10;xs12=(t1-(t1/1000)*1000)/100;xs13=t1/1000;bb=2;s2=0;t2=0;xs20=10;xs21=10;xs22=10;xs23=10;fh=x;void main() /*主程序*/ sz0=0xc0;sz1=0xf9;sz2=0xa4;sz3=0xb0;sz4=0x99;sz5=0x92;sz6=0x82;sz7=0xf8;sz8=0x80;sz9=0x90;sz10=0xff;sz11=0x86; cs=0;k=2;for (;)if (cs=0) chushihua();if (cs=1) sj=saomiao();if (cs=1 &

22、amp;& sj!=10) chuli(sj);if (cs=1 &&(bb=1 | bb=2 && s2=0) xianshi(xs1);if (cs=1 &&(bb=2 && s2!=0) xianshi(xs2);if(k=1)xianshi(xs3);if(cs=1&&k=2)xianshi(xs4);5 系統(tǒng)的仿真調(diào)試進(jìn)行110+600+9500的加法運(yùn)算時(shí)，在進(jìn)行前一部分的加法，即110+600是的結(jié)果顯示如圖5.1所示。在其結(jié)果上再加上9500時(shí)，結(jié)果超出了計(jì)算器的范圍，計(jì)算器顯示錯(cuò)誤，數(shù)碼管的顯示如圖5.2所示。圖5.1 110+600的結(jié)果顯示圖圖5.2 超出計(jì)算范圍顯示錯(cuò)誤6 課程設(shè)計(jì)總結(jié)經(jīng)過(guò)兩周的努力，4位加法計(jì)算器終于設(shè)計(jì)成功，達(dá)到了要求的目標(biāo)。這兩周的課程設(shè)計(jì)，我過(guò)的忙碌且充實(shí)著，從上課后對(duì)單片機(jī)的懵懵懂懂，到現(xiàn)在熟練運(yùn)用，我都覺(jué)得受益頗多。同學(xué)們?cè)谶@為期兩