簡(jiǎn)易計(jì)算器設(shè)計(jì)

1、 廣東海洋大學(xué)寸金學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)課程設(shè)計(jì) 論文題目： 簡(jiǎn)易計(jì)算器設(shè)計(jì) 系 別： 信息技術(shù)系 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 電氣工程及其自動(dòng)化4班 姓 名： 李澤輝 林卓環(huán) 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)老師： 葉偉慧 職 稱： 講師 日 期： 2015年1月4日 廣東海洋大學(xué)寸金學(xué)院教務(wù)處制目錄1 設(shè)計(jì)任務(wù)01.1 設(shè)計(jì)目的和意義01.2設(shè)計(jì)任務(wù)與要求02 系統(tǒng)設(shè)計(jì)12.1 總體方案設(shè)計(jì)12.2 芯片選型與具體電路設(shè)計(jì)12.2.1 單片機(jī)的選型12.2.2 振蕩電路的設(shè)計(jì)3復(fù)位電路的設(shè)計(jì)4矩陣鍵盤電路與運(yùn)算法則指示電路的設(shè)計(jì)4LED顯示電路的設(shè)計(jì)42.3系統(tǒng)總體電路52.4 系統(tǒng)所用元器件63. 軟件系

2、統(tǒng)設(shè)計(jì)73.1 軟件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案73.2 軟件系統(tǒng)流程圖73.2.1 主程序流程圖73.2.2 按鍵掃描子程序設(shè)計(jì)84 系統(tǒng)調(diào)試94.1系統(tǒng)初始狀態(tài)的調(diào)試94.2鍵盤輸入功能的調(diào)試104.3系統(tǒng)運(yùn)算功能的調(diào)試12課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)：14附錄：簡(jiǎn)易計(jì)算器設(shè)計(jì)的源程序清單151 設(shè)計(jì)任務(wù)1.1 設(shè)計(jì)目的和意義當(dāng)今社會(huì)，隨著人們物質(zhì)生活的不斷提高，電子產(chǎn)品已經(jīng)走進(jìn)了家家戶戶，無論是生活或?qū)W習(xí)，還是娛樂和消遣幾乎樣樣都離不開電子產(chǎn)品，大型復(fù)雜的計(jì)算能力是人腦所不能勝任的，而且比較容易出錯(cuò)。計(jì)算器作為一種快速通用的計(jì)算工具方便了用戶的使用。計(jì)算器可謂是我們最親密的電子伙伴之一。本設(shè)計(jì)著重在于分析計(jì)算器

3、軟件和開發(fā)過程中的環(huán)節(jié)和步驟，并從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)出發(fā)對(duì)計(jì)算器設(shè)計(jì)做了詳細(xì)的分析和研究。單片機(jī)由于其微小的體積和極低的成本，廣泛的應(yīng)用于家用電器、工業(yè)控制等領(lǐng)域中。在工業(yè)生產(chǎn)中。單片微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，也是頗具生命力的機(jī)種。單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。本系統(tǒng)采用AT89C51設(shè)計(jì)計(jì)算器控制器，實(shí)現(xiàn)了能根據(jù)實(shí)際輸入值顯示，簡(jiǎn)單運(yùn)算的功能。1.2設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1、設(shè)計(jì)4*4的鍵盤，其中10個(gè)數(shù)字鍵09，其余6個(gè)鍵為“+”、“-”“*”、“/”、“=”和“C”鍵；2、設(shè)計(jì)2位LED接口電路；3、實(shí)現(xiàn)1位數(shù)的簡(jiǎn)單運(yùn)算。2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 總體方案設(shè)計(jì) 根據(jù)

4、系統(tǒng)的要求，確定系統(tǒng)的總體方案如圖1所示。圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案2.2 芯片選型與具體電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)的選型 系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)，該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，所以是一種高效微控制器。 主要有以下特性：1、與MCS-51 兼容 2、4K字節(jié)可編程FLASH存儲(chǔ)器 3、全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz 4、128×8位內(nèi)部RAM 5、32可編程I/O線 6、兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 7、5個(gè)中斷源 8、片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 各管腳說明如下：VCC：供電電壓。

5、 GND：接地。 P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P0口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電

6、阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸

7、入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引

8、腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 振蕩

9、電路的設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采取12MHz晶振為振蕩源，為單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)，其電路如圖2所示。圖2 振蕩電路設(shè)計(jì)2.2.3復(fù)位電路的設(shè)計(jì)系統(tǒng)復(fù)位電路設(shè)計(jì)如圖3所示。圖3 復(fù)位電路設(shè)計(jì)2.2.4 矩陣鍵盤電路與運(yùn)算法則指示電路的設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用了KEYPAD-SMALLCALC型4*4計(jì)算器專用鍵盤，包含行線和列線各4根，分別接于P1.0P1.3和P1.4P1.7。可輸入數(shù)字09，進(jìn)行“+”、“-”、“*”、“/”簡(jiǎn)單運(yùn)算，并具有復(fù)位功能；運(yùn)算法則指示電路采用了4只黃色LED-BIRY，并將其共地，另一端分別接至單片機(jī)的4個(gè)管腳，當(dāng)執(zhí)行某種運(yùn)算法則時(shí)，其對(duì)應(yīng)的LED亮，運(yùn)算完成后，LED滅。系統(tǒng)矩陣鍵盤電路

10、與運(yùn)算法則指示電路如圖4所示。圖4 矩陣鍵盤與運(yùn)算法則指示電路設(shè)計(jì)2.2.5 LED顯示電路的設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)采用了2個(gè)7SEG-COM-CATHODE型7位LED顯示器，分別接于單片機(jī)P0口和P2口得低7位，并分別接上拉排阻RP1和RP2，顯示輸入數(shù)據(jù)和運(yùn)算結(jié)果。當(dāng)顯示數(shù)據(jù)為一位數(shù)時(shí)，高位顯示“0”，低位顯示需要顯示的數(shù)字。LED顯示電路設(shè)計(jì)如圖5所示。圖5 LED顯示電路設(shè)計(jì)2.3 系統(tǒng)總體電路系統(tǒng)總體上分為單片機(jī)、振蕩電路、復(fù)位電路、LED顯示電路、矩陣鍵盤電路、運(yùn)算法則指示電路六個(gè)部分。單片機(jī)為系統(tǒng)的中央處理器，完成數(shù)據(jù)的采集、運(yùn)算、數(shù)據(jù)輸出等功能；振蕩電路采用12MHz的晶振，

11、為單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)；復(fù)位電路為單片機(jī)提供復(fù)位功能；LED顯示電路采用2只7位LED顯示器，實(shí)現(xiàn)2位輸入輸出數(shù)據(jù)的顯示；運(yùn)算法則指示電路通過4只LED顯示系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)算法則。系統(tǒng)總體電路如圖6所示。圖6 系統(tǒng)總體電路設(shè)計(jì)2.4 系統(tǒng)所用元器件 本系統(tǒng)所用的元器件清單如表1所示。表1 本系統(tǒng)所用的元器件元器件名稱數(shù)量單片機(jī)AT89C5117位LED顯示器7SEG-COM-CATHODE2電容CAP2極性電容CAP-ELEC1晶振CRYSTAL1計(jì)算器鍵盤KEYPAD-SMALLCALC1LED-BIRY4電阻RES1排阻RESPACK-82電源VCC1導(dǎo)線若干3. 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 軟件系統(tǒng)總

12、體設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)通過矩陣鍵盤輸入數(shù)據(jù)，單片機(jī)對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將處理結(jié)果輸出，通過LED顯示電路和運(yùn)算法則指示電路顯示處理結(jié)果。軟件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案如圖7所示。圖7 軟件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案3.2 軟件系統(tǒng)流程圖3.2.1 主程序流程圖主程序流程圖如圖8所示。圖8 主程序流程圖3.2.2 按鍵掃描子程序設(shè)計(jì) （小四宋體加粗）由于矩陣鍵盤的行線和列線分別接于P1口得高4位和低4位，通過線反轉(zhuǎn)法檢測(cè)鍵盤按鍵狀態(tài)，根據(jù)所得值向單片機(jī)反饋相應(yīng)數(shù)據(jù)。按鍵掃描流程圖如圖9所示。圖9 按鍵掃描流程圖4 系統(tǒng)調(diào)試4.1系統(tǒng)初始狀態(tài)的調(diào)試 系統(tǒng)初始狀態(tài)時(shí)，2個(gè)LED顯示器顯示“0”，運(yùn)算法則指示燈全滅。調(diào)試結(jié)果如

13、圖10所示。圖10 系統(tǒng)初始狀態(tài)調(diào)試結(jié)果4.2鍵盤輸入功能的調(diào)試通過鍵盤分別輸入“8”、“*”、“9”，LED顯示電路和運(yùn)算法則指示電路分別顯示相應(yīng)的結(jié)果。調(diào)試結(jié)果如圖11所示。(a)輸入“8”(b)輸入“*”(c)輸入“9”圖11 鍵盤輸入功能調(diào)試結(jié)果4.3系統(tǒng)運(yùn)算功能的調(diào)試當(dāng)輸入“8”、“*”、“9”后，點(diǎn)擊“=”可得到運(yùn)算結(jié)果“72”，并通過LED顯示電路顯示。調(diào)試結(jié)果如圖12所示。圖12 系統(tǒng)運(yùn)算功能調(diào)試結(jié)果課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)：通過這次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，我們深感自己動(dòng)手操作的重要性。我們?cè)谡n堂上接觸到的多半是蒼白的理論，在實(shí)踐層面上只有一定的指導(dǎo)作用。但是真正在實(shí)際運(yùn)用過程中，我們?nèi)绻狈?/p>

14、必要的及時(shí)鍛煉，那將會(huì)感覺到力不從心。工科本來就是一門集思維和動(dòng)手能力于一體的學(xué)科，要想真正掌握好，思考、假設(shè)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證都是必不可少的。在通過很多的理論學(xué)習(xí)之后，我們通過課程設(shè)計(jì)和相關(guān)的實(shí)驗(yàn)把書本上的理論知識(shí)在實(shí)際運(yùn)用中加以利用，鞏固了理論知識(shí)的同時(shí)也增強(qiáng)了我們的動(dòng)手能力。通過實(shí)習(xí)，我才真正領(lǐng)略到“艱苦奮斗”這一詞的真正含義，我才意識(shí)到老一輩電子設(shè)計(jì)為我們的社會(huì)付出。我們學(xué)習(xí)理論知識(shí)的最終目的還是要走向?qū)嶋H運(yùn)用， 通過這種模擬式的學(xué)習(xí)，我們加深認(rèn)識(shí)到理論與實(shí)踐的差異。通過這個(gè)課程設(shè)計(jì)，我們大家把整個(gè)學(xué)習(xí)階段的各種學(xué)科知識(shí)竄聯(lián)在一起，更好地認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)是一個(gè)系統(tǒng)工程。我們的每一個(gè)環(huán)節(jié)都是

15、在為以后的實(shí)踐環(huán)節(jié)做鋪墊，我們的每一個(gè)環(huán)節(jié)都是要有所掌握才可以順利完成任務(wù)。通過這樣的實(shí)踐活動(dòng)，我們都深感動(dòng)手起來遇到的各種問題都要親自去解決是一件很不容易的事情，同時(shí)我們也在實(shí)踐過程中修復(fù)了以往學(xué)習(xí)的很多漏洞。我們也得到了不同程度的完善和提升。希望以后能多舉行多參與這類型的實(shí)踐活動(dòng)。把理論知識(shí)結(jié)合到實(shí)踐層面去，理論結(jié)合實(shí)際學(xué)習(xí)才會(huì)更有聲有色。要把我們學(xué)到理論知識(shí)的真正利用到生產(chǎn)實(shí)際中還需要大量的實(shí)踐和運(yùn)用。我們忘不了自己在這一過程中的努力與收獲，我們也相信付出與收獲成正比，我們付出的越多，相應(yīng)地收獲也就越多，學(xué)習(xí)的過程中，我們要不斷地改進(jìn)和學(xué)習(xí)，多多交流才能更好更輕松地學(xué)習(xí)。這次課程設(shè)計(jì)終于

16、順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多專業(yè)知識(shí)問題，最后在老師的辛勤指導(dǎo)下，終于順利完成。同時(shí)，在老師的身上我們學(xué)也到很多實(shí)用的知識(shí)，在次我們表示感謝！同時(shí)，對(duì)給過我?guī)椭乃型瑢W(xué)和各位指導(dǎo)老師再次表示忠心的感謝！ 成績(jī)： 評(píng)閱老師： 日期：附錄：簡(jiǎn)易計(jì)算器設(shè)計(jì)的源程序清單#include <reg52.h>#include <intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit Jia =P34; /加法標(biāo)志sbit Jian =P35; /減法標(biāo)志sbit Cheng=P36; /乘法標(biāo)志sbi

17、t Chu =P37; /除法標(biāo)志int a=0,b=0,c=0;int flag=0; /輸入數(shù)據(jù)標(biāo)志位int flag1=0; /運(yùn)算法則標(biāo)志位uchar code KeyCodeTable= 0x11,0x12,0x14,0x18,0x21,0x22,0x24,0x28,0x41,0x42,0x44,0x48,0x81,0x82,0x84,0x88; /按鍵掃描碼表unsigned char const table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;/0-F /L

18、ED共陰極字碼表 void Delay_ms(unsigned int t) /延時(shí)函數(shù)unsigned int i;while(t-)for(i=0;i<560; i+);void JiSuan() /運(yùn)算函數(shù) if(flag1=0) c=a+b; /加運(yùn)算 else if(flag1=1) c=a-b; /減運(yùn)算 else if(flag1=2) c=a*b; /乘運(yùn)算 else if(flag1=3) c=a/b; /除運(yùn)算 flag1=0; Jia=0; Jian=0; Cheng=0; Chu=0; if(c>9) a=c/10; b=c%10; P0=tablea; P

19、2=tableb; else P0=table0; P2=tablec; uchar Keys_Scan() /按鍵掃描函數(shù) uchar sCode,kCode,k;P1 = 0xf0;if(P1&0xf0)!=0xf0) Delay_ms(30);if(P1&0xf0)!=0xf0) sCode = 0xfe;Delay_ms(20);for(k=0;k<4;k+) P1 = sCode;if(P1&0xf0)!=0xf0) kCode = P1;if(kCode = KeyCodeTable0) return 0;if(kCode = KeyCodeTable

20、1) return 1;if(kCode = KeyCodeTable2) return 2;if(kCode = KeyCodeTable3) return 3;if(kCode = KeyCodeTable4) return 4;if(kCode = KeyCodeTable5) return 5;if(kCode = KeyCodeTable6) return 6;if(kCode = KeyCodeTable7) return 7;if(kCode = KeyCodeTable8) return 8;if(kCode = KeyCodeTable9) return 9;if(kCode

21、 = KeyCodeTable10) return 10;if(kCode = KeyCodeTable11) return 11;if(kCode = KeyCodeTable12) return 12;if(kCode = KeyCodeTable13) return 13;if(kCode = KeyCodeTable14) return 14;if(kCode = KeyCodeTable15) return 15;else sCode = _crol_(sCode,1);return -1;void main() /主函數(shù)unsigned char key; P0=table0;P2=table0;flag1=0; Jia=0;Jian=0;Cheng=0;Chu=0;while (1) key = Keys_Scan(); /鍵盤掃描結(jié)果switch(key)case 0: /第一行 if(flag=0) / c=a+b; c=a*b; c=a-b; c=a/ba=7;flag=1;else b=7;flag=0;P2 = tableb;break;case 1: if(flag=0)a=8;flag=1;else b=8;flag=0; P2 = table8; break; case 2: P2 = table9