4位數(shù)加法計(jì)算器

1、安慶師范大學(xué)2014級(jí)單片機(jī)原理與應(yīng)用課程設(shè)計(jì)報(bào)告課題名稱(chēng)4位數(shù)加法計(jì)算器的設(shè)計(jì)吳昊天、伍浩然、王鵬、萬(wàn)吉070814018 070814008 070814005 070814001院、系、部計(jì)算機(jī)學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)工程物聯(lián)網(wǎng)工程汪文明指導(dǎo)教師2016 年6月6日 21 一、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求: 設(shè)計(jì)任務(wù)：12顯示34、通過(guò)4*4矩陣鍵盤(pán)輸入數(shù)字及運(yùn)算符；、可以進(jìn)行4位十進(jìn)制數(shù)以?xún)?nèi)的加法預(yù)算。如果計(jì)算結(jié)果超出四位數(shù)，則全部 “E；、可以進(jìn)行加減乘除所有運(yùn)算；、添加其他功能。要求：首先進(jìn)行預(yù)設(shè)計(jì)，根據(jù)設(shè)計(jì)的任務(wù)要求，先確定設(shè)計(jì)的硬件電路方案，然后進(jìn)行 硬件電路的初步設(shè)計(jì)，在計(jì)算機(jī)上畫(huà)出硬件電路圖，在老師的

2、指導(dǎo)下進(jìn)行修正硬件電 路圖，并對(duì)所涉及的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。在確定硬件的基礎(chǔ)上，要進(jìn)行軟件的總體設(shè)計(jì)，包括軟件主流程的設(shè)計(jì)以及各子 程序的設(shè)計(jì)，同時(shí)，要寫(xiě)出詳細(xì)的操作說(shuō)明，如時(shí)間的調(diào)整方法，顯示窗口的時(shí)間切 換等，以配合軟件的設(shè)計(jì)。然后進(jìn)入硬件的調(diào)試及編程工作，設(shè)計(jì)組內(nèi)的同學(xué)可根據(jù)任務(wù)分工，有調(diào)試硬件 各功能模塊的，如鍵盤(pán)子程序、顯示子程序等，有進(jìn)行整體程序的編制的，各模塊的 編制過(guò)程中要注意資源的銜接。最后進(jìn)入聯(lián)機(jī)調(diào)試，聯(lián)機(jī)調(diào)試的原則也要采用分步走的原則，各個(gè)功能模塊要逐 步套入，通過(guò)一個(gè)再增加一項(xiàng)功能，從而達(dá)到設(shè)計(jì)的總體要求，不要上來(lái)編制個(gè)最大 的程序，最后無(wú)法查找錯(cuò)誤。最后寫(xiě)出設(shè)計(jì)報(bào)告。指導(dǎo)教

3、師簽名：三、成績(jī)2016年6月6日指導(dǎo)教師簽名：年 月曰、緒言二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)任務(wù)2.2方案比較與論證2.2.1系統(tǒng)整體流程圖2.2.2單片機(jī)的選擇方案論證2.2.3鍵盤(pán)選擇方案論證2.2.4顯示模塊的選擇方案論證2.2.5蜂鳴器的選擇方案論證三、硬件電路設(shè)計(jì)3.1計(jì)算器的控制電路圖3.2矩陣鍵盤(pán)的設(shè)計(jì)33.3 LCD1602顯示電路的設(shè)計(jì)33.4蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)43.5主要元器件選擇4四、程序流程圖五、c語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)六、計(jì)算器的仿真196.1 Keil 調(diào)試196.2 Proteus 調(diào)試七、結(jié)束語(yǔ)八、參考文獻(xiàn)1920、緒言近年來(lái)隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，

4、同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制 檢測(cè)日新月異更新。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個(gè) 核心部件來(lái)使用，僅單片機(jī)方面知識(shí)是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對(duì)具體應(yīng)用對(duì)象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，加以完善。電子時(shí)鐘是現(xiàn)代社會(huì)中的主要計(jì)時(shí)工具之一，廣泛應(yīng) 用于手機(jī)，電腦，汽車(chē)等社會(huì)生活需要的各個(gè)方面，及對(duì)時(shí)間有要求的場(chǎng)合。本設(shè)計(jì)采用碼頭、AT89C52單片機(jī)作為主要核心部件，附以上電復(fù)位電路，時(shí)鐘電路及按鍵調(diào)時(shí)電路組成。 數(shù)字鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪校罕夭豢缮俚谋匦杵罚?廣泛用于個(gè)人家庭以及車(chē)站、由于數(shù)字劇場(chǎng)、辦公室等公共場(chǎng)所，給人們的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂(lè)帶來(lái)極大的方便。集成電路技術(shù)的發(fā)展和采

5、用了先進(jìn)的石英技術(shù)，使數(shù)字鐘具有走時(shí)準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、攜帶 方便等優(yōu)點(diǎn)，它還用于計(jì)時(shí)、自動(dòng)報(bào)時(shí)及自動(dòng)控制等各個(gè)領(lǐng)域。系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)任務(wù)12342.2方案比較與論證、通過(guò)4*4矩陣鍵盤(pán)輸入數(shù)字及運(yùn)算符；、可以進(jìn)行4位十進(jìn)制數(shù)以?xún)?nèi)的加法預(yù)算。如果計(jì)算結(jié)果超出四位數(shù)，則全部顯示“E” 、可以進(jìn)行加減乘除所有運(yùn)算；、添加其他功能。2.2.1系統(tǒng)整體流程圖鍵盤(pán)接口圖1系統(tǒng)整體流程圖2.2.2計(jì)算器的控制方案論證用4*4的矩陣鍵盤(pán)組成0-9數(shù)字鍵及加、減、乘、除、等于、清零按鍵，LCD屏幕實(shí)時(shí)顯 示輸入的數(shù)字和運(yùn)算符號(hào)，每按下一個(gè)按鍵都有蜂鳴器發(fā)出的響聲。從矩陣鍵盤(pán)輸入一個(gè)號(hào)，數(shù)字，選擇運(yùn)算符，再輸入一

6、個(gè)數(shù)字，然后按下“等于”鍵，最后的計(jì)算結(jié)果會(huì)呈現(xiàn)在LCD屏幕上。223單片機(jī)的選擇方案論證方案一：采用可編程邏輯期間CPLD作為控制器。CPL可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能、 規(guī)模大、密度高、體積小、穩(wěn)定性高、I/O資源豐富、易于進(jìn)行功能擴(kuò)展。采用并行的輸入 輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)?？刂葡到y(tǒng)的控制核心。但本系統(tǒng)不需 要復(fù)雜的邏輯功能，對(duì)數(shù)據(jù)的處理速度的要求也不是非常高，且從使用及經(jīng)濟(jì)的角度考慮我們放棄了此方案方案二：采用Atmel公司的AT89C5單片機(jī)作為控制器。AT89C5是一個(gè)低功耗，高性能 的51內(nèi)核的CMOS位單片機(jī)，片內(nèi)含8k空間的可反復(fù)擦些1000次的Flash

7、只讀存儲(chǔ)器，具有256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAMI，32個(gè)雙向I/O 口，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器。綜合考慮，選擇方案二，采用Atmel公司的AT89C5單片機(jī)作為控制器。2.2.4鍵盤(pán)選擇方案論證方案一：采用獨(dú)立式鍵盤(pán)。由于各鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接一根輸入線(xiàn)，通過(guò)檢測(cè) 輸入線(xiàn)的電平狀態(tài)可以很容易的判斷哪個(gè)按鍵被按下。此種鍵盤(pán)適用于按鍵較少或操作速 度較高的場(chǎng)合。但本題發(fā)揮部分要求16個(gè)功能鍵，按鍵數(shù)目較多，這就需要較多的輸入口 線(xiàn)，而且電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜。故此方案不可取。方案二：采用矩陣鍵盤(pán)。它由行和列組成，按鍵位于行列的交叉點(diǎn)上，行線(xiàn)信號(hào)和列線(xiàn)信號(hào)分別通過(guò)兩個(gè)接口和 CPU相連

8、，通過(guò)行列掃描法判定按鍵的位置，此方案適用于按鍵較多的場(chǎng)合。通過(guò)對(duì)4位數(shù)加法計(jì)算器題目的分析，采用4*4行列式鍵盤(pán)。2.2.5顯示模塊的選擇方案論證方案一：采用帶字庫(kù)LCD模塊顯示。能顯示復(fù)雜的信息，具有質(zhì)量輕，體積小，功耗 低，指令功能強(qiáng)，接口簡(jiǎn)單，可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，顯示內(nèi)容豐富，圖形美觀，易于人機(jī)交流。但是價(jià)格昂貴。方案二：采用LED數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管能顯示數(shù)字和符號(hào)，但是占用I/O 口資源較多, 對(duì)于簡(jiǎn)單的電路可以選用此方案。計(jì)算器，需要較為強(qiáng)大的人機(jī)交互界面，故選用方案一，顯示所需信息。2.2.6蜂鳴器的選擇方案論證方案一：采用有源蜂鳴器。有源蜂鳴器內(nèi)部帶震蕩源，只要一通電就會(huì)發(fā)出響聲。

9、方案二：采用無(wú)源蜂鳴器。無(wú)源蜂鳴器內(nèi)部不帶震蕩源，所以用直流信號(hào)無(wú)法令其鳴叫,必須用2K5K的方波去驅(qū)動(dòng)它。綜合考慮，為了程序控制的方便,選用了方案一。硬件電路設(shè)計(jì)3.1計(jì)算器控制電路圖BEEPiLJZZERIU143-XTAL1FOQ；AOOPO KADIPOKTALSPO 引AD3PO 町ADdP0 5；AD5PQ 削AO6丄R3TPO 7；AD7P2 0/A?P2 1HA9P2 2fAiOEEPSEMP2.1fA11ALEP?4fAl2EaP2.S/AliP2.訓(xùn) 14P2.7/A15亠L(fēng)O 1口 1 nmPT. Artjyri；U 2PITsLI urIz pi i/T；exRJAVr

10、VdJP41/rxD* H ?P124 L3 4Cm qC-1 j.rr-. iT 1i H 5* Tf tHidF14K_J jrrJ 1 1FQAm亠 Lu ti 1 cpa CiTi:LE 71 r厶H I 0 F16Ki.DJ 1 11 L7 3P17P3.T/RCAT39CS23H1521. iqts 耳嘩npi遙I111313Q1R1IkLLCD16O2LMO16LT1- I2II I505-II L AC j=O o=I TJoJI / II T 二-JOC+II Jo oL AII. L A圖2計(jì)算器控制線(xiàn)路圖3.2矩陣式鍵盤(pán)的設(shè)計(jì)鍵盤(pán)電路如圖3所示。設(shè)計(jì)數(shù)字鍵09的鍵號(hào)依次為

11、09,運(yùn)算符號(hào)分別為“ +”“-”、“*，以及“=”和清零“ C,通過(guò)逐行掃描函數(shù)來(lái)確定按下的鍵位。嚴(yán)9ii II Q OX G；o o-*-C III OQEXTnJI_Oa3.3 LCD1602顯示電路的設(shè)計(jì)LCD1602液晶屏采用LM016L型號(hào)元件，其電路如圖3所示。000OO_|P a口LCD1602LM016L-1L/ 丨-_|圖4 LCD1602顯示電路3.4蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)采用PNL極管來(lái)驅(qū)動(dòng)，低電平有效。其電路如圖 5所示。BEE PQ1Ps ZZERU1-XTAL1PO.O/ADOP0.1/AD1P0.2/AD2 XTAL2P0.3/AD3P0.4/AC4P

12、0.5/AD5P0.6/AD6RSTP0.7ZAD7P2.0/A8P 2.1/A9P2.2/A10PSENP2.3/A11圖5蜂鳴器電路圖22 1231 -rR I L 膽 9 8t_-b5-4 3-i 13 3-3-33-3 3-丄 2主要元器件選用型號(hào)和數(shù)量如表1所示:3.5主要元器件選擇序號(hào)材料名稱(chēng)規(guī)格型號(hào)數(shù)量元件代號(hào)1單片機(jī)AT89C521U12晶振12MHz1X13三級(jí)管MJE3501Q14鍵盤(pán)4*4165LCD1602LM016L1LCD16026蜂鳴器1BEE P7電阻1k1R1表1主要元器件清單四、程序流程圖開(kāi)始初始化單片機(jī)蜂鳴器發(fā)掃描鍵盤(pán)TS數(shù)出響聲寧宇數(shù)字計(jì)算LCD液晶屏顯

13、示五C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)#in elude #in elude vintrin s.h#defi ne uehar un sig ned charII定義E 口II定義RS 口II定義蜂鳴器#defi ne uint un sig ned int sbit lcden=P 2人1; sbit ledrs=PiO; sbit beep=P 2人2;II創(chuàng)建鍵位數(shù)組,數(shù)字，運(yùn)算符號(hào)，等于號(hào)，清零（小數(shù)點(diǎn)）uehar code table=0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,+,-T*,7,=,Tuchar key,flag1,js,k1,k2;uchar a20,b20;float jieguo=0

14、;void delay(uchar z) / 延遲函數(shù) uchar x,y; for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);void write_cmd(uchar cmd) / 寫(xiě)命令函數(shù)lcdrs=0;P1=cmd; delay(5);Icden=1; delay(4); lcden=0;void write_data(uchar date) / 寫(xiě)數(shù)據(jù)函數(shù)lcdrs=1; P仁date; delay(5); Icden=1; delay(5); lcden=0;void init()/LCD初始化函數(shù)lcde n=0;write_cmd(0 x38); / 設(shè)置 16x2

15、 顯示，8 位數(shù)據(jù)接口 write_cmd(0 x0c); /設(shè)置開(kāi)顯示，不顯示光標(biāo)(關(guān)顯示是 0 x08) write_cmd(0 x06); /寫(xiě)一個(gè)字符后地址指針加1write_cmd(0 x01); / 清屏void keysca n()uchar temp,uu=0 xf7;uint i;for(i=0;i4;i+)uu=_crol_(uu,1); / 左移P 3=uu;tem p=P3;temp=temp&0 x0f;if(te mp !=0 x0f) delay(10);te mp=P3;te mp=te mp&0 x0f; if(tem p!=0 x0f)temp=P 3; s

16、witch(te mp) 延遲200響聲case 0 xee:key=1;bee p=0;delay(200);bee p=1;break;case 0 xde:key=2;bee p=0;delay(200);bee p=1;break;case 0 xbe:key=3;bee p=0;delay(200);bee p=1;break;case 0 x7e:key=10;bee p=0;delay(200);bee p=1;break;case 0 xed:key=4;bee p=0;delay(200);bee p=1;break;case 0 xdd:key=5;bee p=0;dela

17、y(200);bee p=1;break;case 0 xbd:key=6;bee p=0;delay(200);bee p=1;break;case 0 x7d:key=11;bee p=0;delay(200);bee p=1;break;case 0 xeb:key=7;bee p=0;delay(200);bee p=1;break;case 0 xdb:key=8;bee p=0;delay(200);bee p=1;break;case 0 xbb:key=9;bee p=0;delay(200);bee p=1;break;case 0 x7b:key=12;bee p=0;de

18、lay(200);bee p=1;break;case 0 xe7:key=0;bee p=0;delay(200);bee p=1;break;case 0 xd7:key=15;bee p=0;delay(200);bee p=1;長(zhǎng)響聲/清零bee p=0;delay(200);bee p=1;bee p=0;delay(200);bee p=1;break;case 0 xb7:key=13;bee p=0;delay(200);bee p=1;break;case 0 x77:key=14;bee p=0;delay(180);bee p=1;delay(100);bee p=0;d

19、elay(180);bee p=1;break;/ 等于按鍵兩聲短響，中間較短間隔 while(te mp !=0 x0f)tem p=P3;temp=te mp&0 x0f; flag1=1;void jscl() /計(jì)算顯示函數(shù)uchar i,j, n;float s,te mp2;long int s1,s2,a1,b1,c1,te mp1; a1=1;b1=1;s1=0;s2=0;s=0;if(k2!=0)/存放第一操作數(shù)for(j=0;jk1+1;j+)for(i=0;ik1-j;i+) a1=a1*10;s1=s1+aj*a1;a1=1;for(j=k1+1;jk2+1;j+) /

20、 存放第二操作數(shù)for(i=0;i9999|s=9999) wnte_data(E);/運(yùn)算結(jié)果小數(shù)的處理elsec1=(lo ng in t)(s*1000)%10; if(c1=5)s=s+0.01;temp 1=(lo ng in t)(s);temp 2=s-te mp1;n=0;while(tem p1)b n=te mp 1%10;temp 1=te mp 1/10;n+;b n=te mp 2*10;b n+1=(uchar)(te mp 2*100)%10; for(i=n; i0;i-)write_data(tablebi-1);if(jieguo1)write_data(t

21、able0); write_data(table15); write_data(tableb n); write_data(tableb n+1);elsewrite_data(table15); write_data(tableb n); write_data(tableb n+1);void mai n()uchar i,j;in it();write_cmd(0 x80); /將液晶指針定位在第一行第一個(gè)單元 key=15;i=0;flag1=O;while(1)keysca n(); if(flag1=1) if(key=15)wnte_cmd(OxO1);i=0;for(j=0;j2

22、0;j+)aj=0;bj=0;k1=0;k2=0;else if(key10)write_data(tablekey); ai=key;i+;else if(key!1p凸a工 LiD3ignd rutMl1 He-iinr niot unjigmEd incHE-I Alt JxiienrPJTfBtiQte lcdra-F2-0;心忌文歸二*1 -JCtui c 込 匚 dilc|-n, 1,“刨崔es頁(yè)SIS. Ey. -w可寸，尊干m：HT :那itatiDJ _HPlljci ktyj fldli耳E h kZ;n? CtUl i：2artl2O-ht114VDljd clsia/l

23、ucJiBr z? F丞遲iZi做n&d 1|itlu占hWE* 略Fl：HT皿1產(chǎn)11：*丁0州-1 JTvld Jiite end Juebar okII /f 寫(xiě)自涉sEIfREZ?lodia-0B；Pl-aid:i2i 1沖 rGtl耶1舸WyUnCT*led曲.Q出 vnLd viitc- ditn l-ucJinr flace? r.樂(lè)無(wú)|i|11胡：!:w aJTarn IP da iwrtCiPUplSTARTlJP.ABIhlld ：LE評(píng)t iaU.3np FUIIUT. h31_ _jpurcE. c.linkup.Pnu. daxE： SkaK.Q uni/znn? b

24、 f lIm Era.0)nlr:-D EEZcrlBb D Hu=j.zq|:i*.6.2 P roteus 調(diào)試 3 uhlDT -1* Prulm/ikMuJVin Ldrt IqLr吋 pLibrwy fpmpUlp14*1匸ri 護(hù) Ua：-： *哼b k踣ft MX匸 n:t- 1-1. 3 3 uhlDT -1* Prulm/ikMuJVin Ldrt IqLr吋 pLibrwy fpmpUlp14*1匸ri 護(hù) Ua：-： *哼b k踣ft MX匸 n:t- 1-1. 3 ITun llVIlW- 用、BEE PLilHXT4L1XT*.?RSIKiltjhPOEAC4 Fm

25、I 沁、 poiwffi poawj POJtZM PO5W0 w卻 g7gPIOIM P3 11*=- P2iC P23r P哪I； PP&uu* P?詐WP7T/：!rP3 1lTO pj afnr =-J14TTT 訊勿 用知IPJTJRCLCD15CE lmOiclLq：亠.亠塞：亠：亠V、.卡5一BBSS各BSa7結(jié)束語(yǔ)通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，使我們得到了一次用專(zhuān)業(yè)知識(shí)和專(zhuān)業(yè)技能去分析問(wèn)題、解決問(wèn)題C語(yǔ)言全面系統(tǒng)的鍛煉。使我們?cè)趩纹瑱C(jī)的基本原理、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程，以及用 設(shè)計(jì)程序的思路技巧等方面都能向前邁了一大步，為我們?nèi)蘸蟪蔀楹细竦膽?yīng)用型人才打下良好的基礎(chǔ)。8參考文獻(xiàn)期刊類(lèi)【格式】

26、序號(hào)作者.篇名J.刊名，出版年份，卷號(hào)（期號(hào)）：起止頁(yè)碼 【舉例】1王海粟.淺議會(huì)計(jì)信息披露模式J.財(cái)政研究，2004,21(1) : 56-58.2夏魯惠.高等學(xué)校畢業(yè)論文教學(xué)情況調(diào)研報(bào)告J.高等理科教育，2004(1):46-52.Heider, E.R.& D.C.Oliver. The structure of color sp ace in naming and memory of two Ian guages J. Foreig n Lan guage Teachi ng and Research, 1999, (3): 62 - 67.專(zhuān)著類(lèi)【格式】序號(hào)作者.書(shū)名M.出版地：出版社，出版年份：起止頁(yè)碼.【舉例】4葛家澍，林志軍.現(xiàn)代西方財(cái)務(wù)會(huì)計(jì)理論M.廈門(mén)：廈門(mén)大學(xué)出版社，2001:42. Gill, R. Masteri ng En glish Literature M. Lo ndon: Macmilla n, 1985: 42-45.報(bào)紙類(lèi)【格式】序號(hào)作者.篇名N.報(bào)紙名,出版日期(版次)【舉例】 李大倫.經(jīng)濟(jì)全球化的重要性N.光明日?qǐng)?bào)，1998-12-27(3).7French,W. Between Silences:A Voice from China