基于msc51單片機實現(xiàn)的四位4乘4矩陣鍵盤計算器的C語言程序和PROTUES電路和仿真課程設(shè)計報告

1、單片機原理與接口技術(shù)課程設(shè)計報告設(shè)計題目： 計算器設(shè)計 信息與電氣工程學(xué)院二零一三年七月20 / 20計算器設(shè)計單片機體積小，功耗小，價格低，用途靈活，無處不在，屬專用計算機。是一種特殊器件，需經(jīng)過專門學(xué)習(xí)方能掌握應(yīng)用，應(yīng)用中要設(shè)計專用的硬件和軟件。近年來，單片機以其體積小、價格廉、面向控制等獨特優(yōu)點，在各種工業(yè)控制、儀器儀表、設(shè)備、產(chǎn)品的自動化、智能化方面獲得了廣泛的應(yīng)用。與此同時，單片機應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性成為人們越來越關(guān)注的重要課題。影響可靠性的因素是多方面的，如構(gòu)成系統(tǒng)的元器件本身的可靠性、系統(tǒng)本身各部分之間的相互耦合因素等。其中系統(tǒng)的抗干擾性能是系統(tǒng)可靠性的重要指標。數(shù)學(xué)是科技進步的重要

2、工具，數(shù)據(jù)的運算也隨著科技的進步越發(fā)變得繁瑣復(fù)雜，計算器的出現(xiàn)可以大大解放人在設(shè)計計算過程中的工作量，使計算的精度、速度得到改善，通過msc51單片機，矩陣鍵盤和LED數(shù)碼管可以實現(xiàn)簡單的四位數(shù)的四則運算和顯示，并當(dāng)運算結(jié)果超出圍時予以報錯。注：這一部分主要描述題目的背景和意義，對設(shè)計所采取的主要方法做一下簡要描述。字數(shù)不要太多，300-500字。另注：本文要當(dāng)做模板使用，不要隨意更改字體、字號、行間距等，學(xué)會使用格式刷。文中給出的各項容都要在大家的報告中體現(xiàn)，可采用填空的方式使用本模板。1. 設(shè)計任務(wù)結(jié)合實際情況，基于AT89C51單片機設(shè)計一個計算器。該系統(tǒng)應(yīng)滿足的功能要求為：(1) 實現(xiàn)

3、簡單的四位十進制數(shù)字的四則運算；(2) 按鍵輸入數(shù)字，運算法則；(3) LED數(shù)碼管移位顯示每次輸入的數(shù)據(jù)和運算結(jié)果；(4) 當(dāng)運算結(jié)果超出圍時實現(xiàn)報錯。 主要硬件設(shè)備：AT89C51單片機、LED數(shù)碼管、矩陣鍵盤。注：這一部分需要寫明系統(tǒng)功能需求，用到的主要硬件（參考實驗箱的說明書）。2. 整體方案設(shè)計計算器以AT89C51單片機作為整個系統(tǒng)的控制核心，應(yīng)用其強大的I/O功能和計算速度，構(gòu)成整個計算器。通過矩陣鍵盤輸入運算數(shù)據(jù)和符號，送入單片機進行數(shù)據(jù)處理。經(jīng)單片機運算后判斷是否超出要求的運算圍，控制LED數(shù)碼管的輸出原理圖如圖2-1所示。圖2-1 基于單片機的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)原理圖本系

4、統(tǒng)硬件主要由矩陣鍵盤、I/O輸入輸出、顯示系統(tǒng)等幾部分組成。各模塊的主要功能如下：(1)矩陣鍵盤將十六進制編碼的數(shù)字傳入單片機。(2) 單片機掃描鍵盤信號并接收，對輸入的鍵盤信號進行處理(3) LED以動態(tài)掃描的方式移位顯示每次輸入的數(shù)據(jù)和最后的運算結(jié)果。系統(tǒng)的整體設(shè)計方案設(shè)計圖如圖2-2所示。圖2-2 系統(tǒng)的整體方案設(shè)計圖注：文中出現(xiàn)的所有框圖、流程圖都要用VISIO畫，不允許從文檔中裁剪然后粘貼。要注意圖的格式，圖中的文字大小不要大于正文，圖題用五號宋體，居中。3. 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計3.1 時鐘電路本設(shè)計采用外部時鐘方式，使用外部振蕩器產(chǎn)生脈沖信號，采用12MHz的石英晶體振蕩器，結(jié)構(gòu)如圖

5、3-1。圖3-1 時鐘電路和復(fù)位電路3.2 復(fù)位電路 本設(shè)計采用按鍵手動電平復(fù)位電路，通過RST端經(jīng)電阻與電源Vcc接通而實現(xiàn)，結(jié)構(gòu)如圖3-1。3.3 數(shù)碼管顯示電路本設(shè)計所用數(shù)碼管顯示電路采用4位紅色共陰極數(shù)碼管接上拉電阻實現(xiàn)，其結(jié)構(gòu)如圖3-2。圖3-2數(shù)碼管顯示電路 3.4 鍵盤輸入電路本設(shè)計采用4*4矩陣鍵盤實現(xiàn)數(shù)據(jù)和運算法則的輸入。按鍵設(shè)置在行、列線的交點上，行列線分別連接的按鍵開關(guān)的兩端，并通過上來電阻街道+5V上。無按鍵按下時，行、列線均處于高電平，當(dāng)有按鍵按下是，相對應(yīng)的行和列電平為低電平。此特點也用于單片機I/O口對矩陣鍵盤的掃描。矩陣鍵盤和單片機的連接如圖3-2所示。圖3-2

6、 矩陣鍵盤與單片機的連接圖注：以上各部分按照電路功能模塊化介紹器件選型、器件特性、電路設(shè)計思路、電路功能等，要注意與第2小節(jié)中的整體方案設(shè)計圖相對應(yīng)。文中出現(xiàn)的電路原理圖同樣不能從資料中裁剪，可從自己設(shè)計的Proteus圖中拷貝。4. 系統(tǒng)程序設(shè)計4.1 主程序流程圖單片機控制I/O口循環(huán)掃描鍵盤狀態(tài)，當(dāng)檢測到有按鍵按下時，將按鍵信號輸入單片機，處理并輸出顯示，若無按鍵按下，則保持前一個數(shù)據(jù)的顯示狀態(tài)。系統(tǒng)主程序流程圖如圖4-1所示。圖4-1 主程序流程圖4.2 鍵盤掃描子程序流程圖先檢測是否有按鍵按下，當(dāng)有按鍵按下時，逐行檢測每一行的列狀態(tài)，將準確的鍵盤信號輸入單片機。鍵盤掃描流程圖如圖4-

7、2所示。圖4-2 鍵盤掃描流程圖4.3 按鍵處理輸出顯示子程序流程圖輸出的子程序包括運算數(shù)的輸出和結(jié)果輸出，當(dāng)有數(shù)字鍵按下，之前的數(shù)字左移一位，最新按下的數(shù)字顯示在第一位，當(dāng)有符號鍵按下，屏幕清零，當(dāng)有等號鍵按下，判斷運算結(jié)果是否符合要求，若符合要求，輸出結(jié)果，不符合要求，輸出報錯提示。輸出顯示子程序流程圖如圖4-3所示。圖4-3按鍵處理顯示輸出子程序流程圖5. 系統(tǒng)調(diào)試這一部分分為Proteus軟件仿真調(diào)試和硬件調(diào)試兩部分，分別給出調(diào)試過程、調(diào)試時應(yīng)注意的問題，分析遇到的問題與問題的解決方法，Proteus調(diào)試可截屏運行結(jié)果圖形并加以分析。5.1 Proteus軟件仿真調(diào)試5.2 硬件調(diào)試6

8、. 程序清單#include <reg51.h> #include <math.h> #include <absacc.h> #include <string.h> #include<stdio.h> unsigned char key_scan(); void delay10ms(); unsigned char key_free(); void display(); void display1(unsigned int number1); void display2(unsigned int number2); void disp

9、lay3(unsigned int number3); void display4(unsigned int number4); void display_result(); void delay(unsigned int time); void key_deal(); void display_error(); void caculate(); void put_offleds(); unsigned char numbertable=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6d,0x7D,0x07,0x7f,0x6f;/1至9的共陰顯示段碼 unsigned char err

10、ortable=0x86;/報錯時使用的段碼 unsigned char weitable=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7; /共陰數(shù)碼管位選 unsigned int temp,temp1,temp2,number1,number2,number3,number4,a1,a2,a3,a4,b1,b2,b3,b4,c1,c2,c3,c4,way,k,k1,waytest,result_test; unsigned int Result;result1,result2,result3,result4,E_test; unsigned char key; void main() while

11、(1) key_scan(); key_free(); key_deal(); /新的顯示函數(shù) void display() display1(number1); delay(6); display2(number2); delay(6); display3(number3); delay(6); display4(number4); delay(6); void display1(unsigned int number1) P2= weitable3;P1=numbertablenumber1; void display2(unsigned int number2) P2= weitable

12、2;P1=numbertablenumber2; void display3(unsigned int number3) P2= weitable1;P1=numbertablenumber3; void display4(unsigned int number4) P2= weitable0;P1=numbertablenumber4; /結(jié)果顯示程序 void display_result() display1(result1); delay(6); display2(result2); delay(6); display3(result3); delay(6); display4(res

13、ult4); delay(6); /定義延時程序 void delay(unsigned int time) unsigned int i,j;for(i=time;i>0;i-) for(j=112;j>0;j-); /按鍵掃描子程序 unsigned char key_scan() P0=0x0f; /對所有行置高電平，列全為低電平/P0=0xff;temp1=P0;if(temp1!=0x0f) /如果有按鍵按下 /put_offleds(); /delay(3);temp1=P0; /延時消抖if(temp1!=0x0f) P0=0xf0; /翻轉(zhuǎn)掃描列狀態(tài) /P0=0xf

14、f; temp2=P0; if(temp1=0x0e) /若第一行有按鍵按下 k=0; /鍵盤按下動作標記 switch(temp2) case 0xe0: /第一列有人按下 key=7;break; case 0xd0: /第二列有人按下 key=8;break; case 0xb0: /若第三列有人按下 key=9;break; case 0x70: /若第四列有人按下 key='/'break; else if (temp1=0x0d) /若第二行有按鍵按下 k=0; /鍵盤按下動作標記 switch(temp2) case 0xe0: /第一列有人按下 key=4;br

15、eak; case 0xd0: /第二列有人按下 key=5;break; case 0xb0: /若第三列有人按下 key=6;break; case 0x70: /若第四列有人按下 key='*'break; else if(temp1=0x0b) /若第三行有按鍵按下 k=0;/鍵盤按下動作標記 switch(temp2) case 0xe0: /第一列有人按下 key=1;break; case 0xd0: /第二列有人按下 key=2;break; case 0xb0: /若第三列有人按下 key=3;break; case 0x70: /若第四列有人按下 key=&

16、#39;-'break; else if (temp1=0x07) /若第4行有按鍵按下 k=0; /鍵盤按下動作標記 switch(temp2) case 0xe0: /第一列有人按下 key='.'break; case 0xd0: /第二列有人按下 key=0;break; case 0xb0: /若第三列有人按下 key='='break; case 0x70: /若第四列有人按下 key='+'break; k+=1;return key; /延時程序 void delay10ms() unsigned char i,j; fo

17、r(i=0;i<25;i+) for(j=0;j<80;j+) /延時1ms /等待按鍵釋放 unsigned char key_free() key=key_scan(); P0=0x0F; /所有行置高電平 /P0=0xff; temp=P0;while(temp!=0x0F) /如果仍有鍵按下 temp=P0; ; return(key);/返回鍵值/按鍵處理程序void key_deal() /對按下次數(shù)初始化 if(key='.') /如果是清零符號 number1=0; number2=0; number3=0; number4=0; /k=0; dis

18、play(); waytest=0; result_test=0; E_test=0; /嵌入顯示程序 if(key!='+'&&key!='-'&&key!='*'&&key!='/'&&key!='.'&&key!='=') /如果key是數(shù)字 /*if(E_test=1) number1=0; number2=0; number3=0; number4=0; E_test=0; */ if(k=1) number4

19、=number3; number3=number2; /移位顯示 number2=number1;/number1=key; /k1=k; number1=key; /*if(k=5) display_error(); */ display(); /嵌入顯示程序 if(key='+'|key='-'|key='*'|key='/') /如果key是運算符 way=key; if(waytest!=1) a1=number1; a2=number2; a3=number3; a4=number4; waytest=1; number

20、1=0; number2=0; number3=0; number4=0; display(); /k=0; /記錄運算法則 /合成第一個運算數(shù)字賦值給number1并對number清零 if(key='=') E_test=1; / k=0; if(waytest=1)/對第二個數(shù)進行賦值并對number清零 b1=number1; b2=number2; b3=number3; b4=number4; caculate(); /調(diào)用運算程序if(Result!=0x79) display_result();else display_error(); void display

21、_error() /定義報錯顯示程序 P2=weitable1; P1=0x79; /新的運算子程序 void caculate() unsigned int Number1,Number2; Number1=a1+(a2*10)+(a3*100)+(a4*1000); Number2=b1+(b2*10)+(b3*100)+(b4*1000); switch(way) case '+': /加號運算 Result=Number1+Number2; if(a4+b4>9) /報錯標記 Result=0x79; break;case '-': /減法運算 R

22、esult=Number1-Number2; if(Number1<Number2) Result=0x79; /報錯標記 break;/考慮溢出設(shè)計case '*': /乘法運算 Result=Number1*Number2; if(a4*b4!=0|a3*b3!=0) /報錯標記 Result=0x79; break;case '/':/除法運算 Result=Number1/Number2; if(Number1<Number2) Result=0x79; /報錯標記break; default:Result=Number1;break; result4=Result/1000