基于5單片機的計算器設(shè)計

1、目錄第一章 引言31.1 簡述簡易計算器.31.2 本設(shè)計主要任務(wù).31.3 系統(tǒng)主要功能.4第二章 系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計.42.1 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成及功能.4 2.2 鍵盤電路設(shè)計.5 2.3 顯示電路設(shè)計.6第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計.73.1 計算器的軟件規(guī)劃.7 3.2 鍵盤掃描的程序設(shè)計.7 3.3 顯示模塊的程序設(shè)計.8 3.4 主程序的設(shè)計.9 3.5 軟件的可靠性設(shè)計.9第四章 調(diào)試.9第五章 結(jié)束語.10參考文獻.11附錄源程序.11第一章 引言1.1 簡述簡易計算器近幾年單片機技術(shù)的發(fā)展很快，其中電子產(chǎn)品的更新速度迅猛。計算器是日常生活中比較的常見的電子產(chǎn)品之一。如何才能使計算器技

2、術(shù)更加的成熟，充分利用已有的軟件和硬件條件，設(shè)計出更出色的計算器呢?本設(shè)計是以AT89S52單片機為核心的計算器模擬系統(tǒng)設(shè)計，輸入采用4×6矩陣鍵盤，可以進行加、減、乘、除9位帶符號數(shù)字運算，并在LCD1602上顯示操作過程?？萍嫉倪M步告別了以前復(fù)雜的模擬電路，一塊幾厘米平方的單片機可以省去很多繁瑣的電路。現(xiàn)在應(yīng)用較廣泛的是科學(xué)計算器，與我們?nèi)粘Ｋ玫暮唵斡嬎闫饔休^大差別，除了能進行加減乘除，科學(xué)計算器還可以進行正數(shù)的四則運算和乘方、開方運算，具有指數(shù)、對數(shù)、三角函數(shù)、反三角函數(shù)及存儲等計算功能。計算器的未來是小型化和輕便化,現(xiàn)在市面上出現(xiàn)的使用太陽能電池的計算器,使用ASIC設(shè)計的

3、計算器,如使用純軟件實現(xiàn)的計算器等，未來的智能化計算器將是我們的發(fā)展方向，更希望成為應(yīng)用廣泛的計算工具。1.2 本設(shè)計主要任務(wù)以下是初步設(shè)定的矩陣鍵盤簡易計算器的功能：1.擴展4*6鍵盤，其中10個數(shù)字，5個功能鍵，1個清零2.強化對于電路的焊接3.使用五位數(shù)碼管接口電路4. 完成十進制的四則運算（加、減、乘、除）； 5. 實現(xiàn)結(jié)果低于五位的連續(xù)運算；6. 使用keil 軟件編寫程序，使用匯編語言； 7. 最后用ptoteus模擬仿真;8.學(xué)會對電路的調(diào)試1.3 系統(tǒng)主要功能本設(shè)計是一個實現(xiàn)加減乘除的計算器，它的硬件主要由四部分構(gòu)成，一個8051單片機芯

4、片，兩個八段共陰極數(shù)碼管，一個4*4鍵盤，它可以實現(xiàn)一位數(shù)的加減乘除運算。顯示部分：采用LED動態(tài)顯示。按鍵部分：采用4*4鍵盤。采用軟件識別鍵值，并執(zhí)行相應(yīng)的操作。第二章 系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計2.1 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成及功能主要用到的硬件：AT89S52 LCD液晶顯示屏 編碼鍵盤 硬件分配：1、P0、P3口：做為輸出口，控制LCD液晶顯示屏顯示數(shù)據(jù)的結(jié)果。2、P1口：做為輸入口，與鍵盤連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入。3、LCD液晶顯示屏顯示輸出。為了更好的實現(xiàn)系統(tǒng)得功能，硬件電路的設(shè)計應(yīng)該遵循以下原則：1、優(yōu)化硬件電路采用軟件設(shè)計與硬件設(shè)計相結(jié)合的方法；盡管采用軟件來實現(xiàn)硬件系統(tǒng)的功能時，也許響應(yīng)時間會

5、比單純使用硬件時長，而且還要占用微處理器(MCU)的時間；但是，用軟件實現(xiàn)硬件的功能可以簡化硬件結(jié)構(gòu)，提高電路的可靠性。所以，在設(shè)計本系統(tǒng)得時候，在滿足可靠性和實時性的前提下，盡可能的通過軟件來實現(xiàn)硬件功能。2、可靠性及抗干擾設(shè)計根據(jù)可靠性設(shè)計理論，系統(tǒng)所用芯片數(shù)量越少，系統(tǒng)的平均無故障時間越長。而且，所用芯片數(shù)量越少，地址和數(shù)據(jù)總線在電路板上受干擾的可能性也就越小。因此，系統(tǒng)的設(shè)計思想是在滿足功能的情況下力爭使用較少數(shù)量的芯片。3、靈活的功能擴展功能擴展是否靈活是衡量一個系統(tǒng)優(yōu)劣的重要指標。一次設(shè)計往往不能完全考慮到系統(tǒng)的各個方面，系統(tǒng)需要不斷完善以及進行功能升級。進行功能擴展時，應(yīng)該在原有

6、設(shè)計的基礎(chǔ)上，通過修改軟件程序和少量硬件完成。對于本系統(tǒng)而言，就是要求在系統(tǒng)硬件不變的情況下，能夠通過修改軟件程序，完成功能的升級和擴展。根據(jù)第提出的系統(tǒng)設(shè)計方案，結(jié)合以上三條原則，確定了系統(tǒng)硬件的設(shè)計。計算器主要由以下一些功能模塊構(gòu)成：非編碼鍵盤模塊、LCD液晶顯示屏模塊等。該系統(tǒng)的硬件設(shè)計采用了模塊化的設(shè)計方法。AT89S52 單片機與LCD液晶顯示屏顯示電路是整個電路的核心，它們實現(xiàn)系統(tǒng)的功能要求。簡易計算器主要包括：鍵盤電路，顯示電路。下圖為總體硬件結(jié)構(gòu)。（如圖2-1 所示為整個系統(tǒng)的原理圖）圖2-1 計算器原理圖前面敘述了該系統(tǒng)的設(shè)計說明，系統(tǒng)采用了比較簡單的設(shè)計方案，所以該系統(tǒng)的硬

7、件設(shè)計的總外圍電路不會產(chǎn)生過多的干擾。在下面的闡述中，對系統(tǒng)的外圍電路分別予以介紹。鍵盤部分采用編碼鍵盤，顯示部分采用LCD液晶顯示屏完全能夠很好的實現(xiàn)顯示方面的要求。2.2 鍵盤電路的設(shè)計鍵盤可分為兩類：編碼鍵盤和非編碼鍵盤。編碼鍵盤是較多按鍵（20個以上）和專用驅(qū)動芯片的組合，當按下某個按鍵時，它能夠處理按鍵抖動、連擊等問題，直接輸出按鍵的編碼，無需系統(tǒng)軟件干預(yù)。通用計算機使用的標準鍵盤就是編碼鍵盤。在智能儀器中，使用并行接口芯片8279或串行接口芯片HD7279均可以組成編碼鍵盤，同時還可以兼顧數(shù)碼管的顯示驅(qū)動，其相關(guān)的接口電路和接口軟件均可在芯片資料中得到。當系統(tǒng)功能比較復(fù)雜，按鍵數(shù)量

8、很多時，采用編碼鍵盤可以簡化軟件設(shè)計。非編碼鍵盤成本低廉。 從成本角度出發(fā)，本設(shè)計選用的是非編碼鍵盤。如圖2-2圖2-2 編碼鍵盤電路2.3 顯示電路的設(shè)計當系統(tǒng)需要顯示少量數(shù)據(jù)時，采用LCD液晶顯示屏進行顯示是一種經(jīng)濟實用的方法。P0口作為液晶顯示的數(shù)據(jù)端口，P3.5-P3.7口作為其控制端口，控制LCD液晶顯示屏顯示輸出數(shù)據(jù)。最終電路如圖2.3所示： 圖2.3 LCD液晶顯示屏顯示第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計3.1計算器的軟件規(guī)劃簡易計算器的程序主要包括以下功能模塊： 1、定時查鍵模塊，分為讀鍵程序、判鍵程序段、運算操作子程序等部分； 2、基于LCD液晶顯示屏的顯示模塊； 3、主模塊，為系統(tǒng)的初始

9、化。 3.2 鍵盤掃描的程序設(shè)計鍵盤掃描子程序，首先讀出P1的低四位，然后讀出P1口的高四位。然后鍵值并顯示緩存。然后將鍵如的值轉(zhuǎn)換為ASCII碼然后就可以軟件來設(shè)置硬件按鍵各個鍵代表的內(nèi)容。 讀鍵程序使用的是反轉(zhuǎn)法讀鍵，不管鍵盤矩陣的規(guī)模大小，均進行兩次讀鍵。第一次所有行線均輸出低電平，從所有讀入鍵盤信息（列信息）；第二次所有列線均輸出低電平，從所有行線讀入鍵盤信息（行信息）。數(shù)字鍵按下則將相應(yīng)的數(shù)字送入緩存區(qū)，功能鍵按下則執(zhí)行相應(yīng)的程序。 3.3 顯示模塊的程序設(shè)計顯示模塊程序首先要對顯示模塊進行初始化；然后控制光標的位置；定義液晶顯示的控制端口，用SBIT指令完成；然后設(shè)置清屏、關(guān)閉顯示

10、、歸位、開顯示、顯示位置的首地址等等。顯示模塊的流程圖如圖3.3所示：延時程序開始檢測LED是否在忙掃描鍵盤Y N加減乘除運算子程序液晶顯示結(jié)束圖5.3模塊的流程圖3.4 主程序的設(shè)計 主程序主要是用來對LCD液晶顯示屏進行初始化的。3.5 軟件的可靠性設(shè)計 提高本儀器其可靠性措施主要有： 1、為防止程序跑飛，軟件中設(shè)置了軟件陷阱。 2、為防止程序死循環(huán)，軟件中使用了看門狗技術(shù)。第四章 調(diào)試Keil調(diào)試與仿真KEIL C51標準 C編譯器是眾多單片機應(yīng)用開發(fā)的優(yōu)秀軟件之一，它集編輯、編譯、仿真于一體，支持匯編、PLM 語言和 C 語言的程序設(shè)計。1. 啟動 KEIL C51 進入編輯界面 建立

11、一個新工程：單擊Project菜單，在彈出的下拉菜單中選中 New Project選項。選擇保存路徑,輸入工程文件名。2. 工程文件保存完畢之后，提示選擇單片機的型號。KEIL支持近乎所有51核的單片機。單擊 File菜單，選擇New。3.文件保存：使用匯編編寫，文件后綴名為.asm或 a51。完成后，單擊“保存”按鈕保存文件。4.在Source Group 上單擊右鍵，找到剛才保存的源文件 ，然后添加ADD 5. 在編輯完成之后，需要進行程序的編譯。點開Project選項，單擊 Build target；或是利用快捷鍵 F7。 6. 在程序調(diào)試的時候，點擊Debug 選項，選擇 Start/

12、Stop Debug Session。 7. 以上是使用 KEIL建立一個完整工程文件的過程。下載到單片機之中，則需要 生 成 HEX 文 件 。 單 擊 “Project” 菜 單 ， 再 在 下 拉 菜 單 中 單 擊出現(xiàn)選項對話框。在選項對話框的“Output”頁面對話框中，單擊“Create HEX File” 選項，使程序編譯后產(chǎn)生 HEX 代碼，供下載器軟件使用。 4.2.調(diào)試過程 在Debug調(diào)試下，如有錯誤時，下面窗口將有提示說明錯誤個數(shù)和具體哪一行有錯，還有對于錯誤的說明，大多數(shù)格式使用不當，此時在那一行前后仔細檢查，要考慮格式，語法等基本性錯誤。 即使調(diào)試沒錯時，程序也不是

13、代表完全正確，需要結(jié)合硬件來確定改程序的功能是否完全實現(xiàn)了。圖4-1keil調(diào)試圖 圖4-1keil調(diào)試圖第五章 結(jié)束語 選擇這個課題的時候，完全是由于興趣，因為覺得這個課題比較的有意思，比較貼近生活。參考了一些范文和參考書后，作出了這篇設(shè)計報告。在期間，感覺自己的視野和對于單片機的應(yīng)用都有了新的認識和拓展。 在硬件的制作過程中我走了好多的彎路，主要是在系統(tǒng)還沒有設(shè)計很有把握就開始動手制作了。后來發(fā)現(xiàn)與設(shè)計的要求還有偏差，反復(fù)的改過了幾次，浪費了大量的時間和體力。感受到設(shè)計人員要有耐心，要認真的從要求開始研究。軟件的編寫過程中費了很大的力氣，因為軟件的編寫要求很高，要很細心，一不小心就會調(diào)用錯

14、誤，很深刻的體會到作為軟件編程人員是絕不能粗心大意的。一個程序的完成的速度和質(zhì)量高低與細心與否有著很大聯(lián)系。編程時，我充分使用了結(jié)構(gòu)化的思想。這樣因為語句較少，程序調(diào)試比較方便，功能模塊可以逐一的調(diào)試，充分體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)化編程的優(yōu)勢。當每個模塊都完成時，將其功能加到一起就完成了整體的設(shè)計。參考文獻【1】張靖武,周靈杉.單片機系統(tǒng)的PROTEUS設(shè)計與仿真M.北京：北京電子工業(yè)出版社【2】靳達.求是科技.單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)實例導(dǎo)航M.：人民郵電出版社,2006【3】劉守義. 單片機應(yīng)用技術(shù)M.：西安電子科技大學(xué)出版社,2001【4】林志琦.基于PROTEUS的單片機可視化軟硬件仿真M.北京：北京航空

15、航天大學(xué)出版社,2006【5】胡漢才.單片機原理及接口技術(shù).清華大學(xué)出版社,1996【6】徐江海.單片機實用教程M.北京：機械工業(yè)出版社，2007.【7】肖洪兵. 跟我學(xué)用單片機. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2002.8【8】夏繼強. 單片機實驗與實踐教程. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社, 2001【9】譚浩強. C語言程序設(shè)計M.北京：清華大學(xué)出版社，2000.【11】張磊. C語言程序設(shè)計M.北京：高等教育出版社，2005.【12】嚴桂蘭. C語言程序設(shè)計M.廈門：廈門大學(xué)出版社，2006附錄 源程序/*- 名稱：液晶顯示計算器 日期：2012.11.30 內(nèi)容：整數(shù)之間運算，沒有小數(shù)

16、所有除法得出的結(jié)果不正確，有負號運算，-*/#include<reg52.h> /包含頭文件，一般情況不需要改動，頭文件包含特殊功能寄存器的定義#include<stdio.h>#define KeyPort P1#define DataPort P0 /定義數(shù)據(jù)端口 程序中遇到DataPort 則用P0 替換sbit LATCH1=P22;/定義鎖存使能端口 段鎖存sbit LATCH2=P23;/ 位鎖存unsigned char code dofly_DuanMa10=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6

17、f;/ 顯示段碼值09unsigned char code dofly_WeiMa=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f;/分別對應(yīng)相應(yīng)的數(shù)碼管點亮,即位碼unsigned char TempData8; /存儲顯示值的全局變量extern unsigned char TempData8; /存儲顯示值的全局變量extern unsigned char code dofly_DuanMa10;/*- 顯示函數(shù)，用于動態(tài)掃描數(shù)碼管 輸入?yún)?shù) FirstBit 表示需要顯示的第一位，如賦值2表示從第三個數(shù)碼管開始顯示 如輸入0表示從第一個顯示。 Num表示

18、需要顯示的位數(shù)，如需要顯示99兩位數(shù)值則該值輸入2-*/*-按鍵掃描函數(shù)，返回掃描鍵值-*/unsigned char KeyScan(void); /鍵盤掃描函數(shù)，使用行列反轉(zhuǎn)掃描法/*-按鍵值處理函數(shù)，返回掃鍵值-*/unsigned char KeyPro(void);void Display(unsigned char FirstBit,unsigned char Num);/*- 定時器初始化子程序-*/void Init_Timer0(void);/*- uS延時函數(shù)，含有輸入?yún)?shù) unsigned char t，無返回值 unsigned char 是定義無符號字符變量，其值的范

19、圍是 0255 這里使用晶振12M，精確延時請使用匯編,大致延時 長度如下 T=tx2+5 uS -*/void DelayUs2x(unsigned char t);/*- mS延時函數(shù)，含有輸入?yún)?shù) unsigned char t，無返回值 unsigned char 是定義無符號字符變量，其值的范圍是 0255 這里使用晶振12M，精確延時請使用匯編-*/void DelayMs(unsigned char t);/*- 主程序-*/main() unsigned char num,i,sign; unsigned char temp8; /最大輸入8個 bit firstflag; i

20、nt a=0,b=0; unsigned char s; Init_Timer0(); /初始化定時器0while (1) /主循環(huán) num=KeyPro(); /掃描鍵盤 if(num!=0xff) /如果掃描是按鍵有效值則進行處理 if(i=0) /輸入是第一個字符的時候需要把改行清空，方便觀看 for(s=0;s<8;s+) /賦值完成后把緩沖區(qū)清零，防止下次輸入影響結(jié)果 TempDatas=0; if('+'=num)| (i=8) | ('-'=num) | ('x'=num)| ('/'=num) | ('

21、;='=num)/輸入數(shù)字最大值8，輸入符號表示輸入結(jié)束 i=0; /計數(shù)器復(fù)位 if(firstflag=0) /如果是輸入的第一個數(shù)據(jù)，賦值給a，并把標志位置1，到下一個數(shù)據(jù)輸入時可以跳轉(zhuǎn)賦值給b sscanf(temp,"%d",&a);/從一個字符串輸入到變量 firstflag=1; else sscanf(temp,"%d",&b); for(s=0;s<8;s+) /賦值完成后把緩沖區(qū)清零，防止下次輸入影響結(jié)果 temps=0; if(num!='=') /判斷當前符號位并做相應(yīng)處理 sign=

22、num; /如果不是等號記下標志位 else firstflag=0; /檢測到輸入=號，判斷上次讀入的符合 switch(sign) case '+':a=a+b;break;case '-':a=a-b;break;case 'x':a=a*b;break;case '/':a=a/b;break;default:break; sprintf(temp,"%d",a); /打印十進制到臨時緩沖區(qū) for(s=0;s<8;s+) /由于打印的是ASCII碼值 if(temps=0) /所以需要轉(zhuǎn)換，如果

23、為0表示null 數(shù)碼管上則不能顯示，所以賦值0 TempDatas=0;else if(temps=0x2d)/表示負號，數(shù)碼管顯示負號 0x40 TempDatas=0x40; else TempDatas=dofly_DuanMatemps-'0'/其他0-9負號則進行ASCII 到 數(shù)字處理，如當前是'3'，用'3'-'0'=3 /'3'的16進制是0x33,'0'的16進制是0x30 sign=0;a=b=0; /用完后所有數(shù)據(jù)清零 for(s=0;s<8;s+) temps=0;

24、elseif(i<16) tempi=num+'0' TempDatai=dofly_DuanManum;/輸出數(shù)據(jù) i+; /輸入數(shù)值累加 /*-按鍵掃描函數(shù)，返回掃描鍵值-*/unsigned char KeyScan(void) /鍵盤掃描函數(shù)，使用行列反轉(zhuǎn)掃描法 unsigned char cord_h,cord_l;/行列值中間變量 KeyPort=0x0f; /行線輸出全為0 cord_h=KeyPort&0x0f; /讀入列線值 if(cord_h!=0x0f) /先檢測有無按鍵按下 DelayMs(10); /去抖 if(KeyPort&0

25、x0f)!=0x0f) cord_h=KeyPort&0x0f; /讀入列線值 KeyPort=cord_h|0xf0; /輸出當前列線值 cord_l=KeyPort&0xf0; /讀入行線值 while(KeyPort&0xf0)!=0xf0);/等待松開并輸出 return(cord_h+cord_l);/鍵盤最后組合碼值 return(0xff); /返回該值/*- 按鍵值處理函數(shù)，返回掃鍵值 可以根據(jù)需要改變返回值 | 1 | 2 | 3 | + | | 4 | 5 | 6 | - | | 7 | 8 | 9 | * | | 0 | . | = | / | -

26、*/unsigned char KeyPro(void) switch(KeyScan() case 0x7e:return 1 ;break;/0 按下相應(yīng)的鍵顯示相對應(yīng)的碼值 case 0x7d:return 2 ;break;/1 case 0x7b:return 3 ;break;/2 case 0x77:return '+'break;/3 case 0xbe:return 4 ;break;/4 case 0xbd:return 5 ;break;/5 case 0xbb:return 6 ;break;/6 case 0xb7:return '-'

27、break;/7 case 0xde:return 7 ;break;/8 case 0xdd:return 8 ;break;/9 case 0xdb:return 9 ;break;/a case 0xd7:return 'x'break;/b case 0xee:return 0 ;break;/c case 0xed:return '.'break;/d case 0xeb:return '='break;/e case 0xe7:return '/'break;/f default:return 0xff;break; /*- 顯示函數(shù)，用于動態(tài)掃描數(shù)碼管 輸入?yún)?shù) FirstBit 表示需要顯示的第一位，如賦值2表示從第三個數(shù)碼管開始顯示 如輸入0表示從第一個顯示。 Num表示需要顯示的位數(shù)，如需要顯示99兩