基于單片機的整數(shù)的加減乘除運算計算器設計畢業(yè)論文

畢業(yè)設計課題基于單片機的整數(shù)的加減乘除運算計算器設計學生姓名學號專業(yè)機電一體化班級院（系）機械與電子信息工程學院指導教師職稱2014目錄摘要1Abstract1設計要求21方案22系統(tǒng)和主要功能2計算器的硬件設計31.1位數(shù)碼管動態(tài)顯電路31.2LED數(shù)碼顯示器41.38255接口芯片41.4數(shù)碼管顯示模塊51.5按鍵模塊61.64×4矩陣鍵盤識別處理電路7計算器的軟件設計72.1主程序流程及模塊設計82.2總程序模塊9調(diào)試結果及分析10參考文獻11附錄一：總體原理圖12附錄二：總程序13致謝14PAGE摘要近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機的應用正在不斷深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測技術日益更新。在實時檢測和自動控制的單片機應用系統(tǒng)中，單片機往往作為一個核心部件來使用，但僅單片機方面的知識是不夠的，還應根據(jù)具體硬件結構、軟硬件結合，來加以完善。因此，單片機的應用已經(jīng)越來越貼近生活，用單片機來實現(xiàn)一些電子設計也變得容易起來。計算器在人們的日常中是比較的常見的電子產(chǎn)品之一?？墒撬€在發(fā)展之中，以后必將出現(xiàn)功能更加強大的計算器，基于這樣的理念，本次設計是用單片機來設計的計算器。該設計系統(tǒng)是以AT89C51為單片機，P0口作為輸入端，外接4X4的鍵盤。通過鍵盤掃描來對輸入數(shù)的控制，在P1口、P2口接了驅動電路，用來保證LED的工作正常。計算器將完成的功能有加，減，乘，除等功能。關鍵詞:計算器，單片機，LCD，矩陣鍵盤Abstract

Withtherapiddevelopmentofscienceandtechnologyinrecentyears,theapplicationofSCMisthedeepeningandpromotethetraditionalcontrollingdetectiontechnologiesthatareincreasinglyupdated.Inreal-timedetectionandautomaticcontrolofmicrocomputerapplicationsystem,themicrocontrollerisoftenusedasacorecomponenttouse,butonlytheknowledgeofthemicrocontrollerisnotenough,andshouldbebasedonthespecifichardwarearchitecture,hardwareandsoftwarecombinationtomakeitThedesignsystemisbasedonAT89C51microcontroller,P0portasinput,external4X4keyboard.InP1,P2mouthisconnectedwiththedrivecircuittoensurethenormalworkofLED.Thecalculatorwillcompleteadd,subtract,multiply,divideandotherfunction.

KEYWORDS:calculator,MCU,LCD,Matrixkeyboard設計要求該計算器4*4矩陣鍵盤的16個按鍵分別代表不同的功能，包括0到9這10個數(shù)字和加，減，乘，除，等于，復位這6個功能鍵。開機啟動，第四位數(shù)碼管小數(shù)點亮，8位數(shù)碼管的前四位顯示前面輸入的加數(shù)，被減數(shù)，被除數(shù)，乘數(shù)，后四位用于顯示后輸入的加數(shù)，減數(shù)，乘數(shù)，除數(shù)，復位鍵用于計算器恢復初始化，當輸入加數(shù)和被加數(shù)時，顯示器上顯示的數(shù)字像平時用的計算器輸入一樣，即：每輸入一個數(shù)字，原來顯示的數(shù)字要往左移，當輸入出錯時（例如除數(shù)為零），調(diào)用報錯子程序，數(shù)碼管顯示“ERROR”。方案操作顯示設備顯示設備采用八片七段共陰極LED顯示器，共設臵16個鍵，其中數(shù)字鍵0～9共十個，接下來依次是加號鍵、減號鍵、乘號、除號、等于號、復位鍵?！扒宄I”表示程序初始化，為下次輸入準備。程序實現(xiàn)功能a.十進制加減乘除計算：輸入范圍為（1~999），結果可以顯示7位，計算結果可以精確到小數(shù)點后4位；b.計算機復位功能：復位均為清零重啟，任何時候按下復位將重新開c.報錯子程序是當系統(tǒng)計算出錯時候，控制數(shù)碼管自動顯示“ERROR”，然后系統(tǒng)自動復位。系統(tǒng)的主要功能該系統(tǒng)使用了1塊STC89C52RC單片機，主要性能有：１.４ＫＢｙｔｅ程序存儲器，存儲量更大２.工作頻率從靜態(tài)到３３ＭＨｚ，更加靈活３.３２根ＩＯ端口，方便使用４.內(nèi)臵兩個１６位定時計數(shù)器，利用單片機周期工作，方便控制且可靠性高５.包含了全雙工串行接口，方便與電腦或其它終端通信６.內(nèi)臵看門狗，防止程序跑丟，在外界環(huán)境突變時可自行復位繼續(xù)工作第一章計算器的硬件設計1.1位數(shù)碼管動態(tài)顯示電路硬件電路如下圖所示：1.2LED數(shù)碼顯示器LED數(shù)碼管的g~a七個發(fā)光二極管因加正電壓而發(fā)亮，因加零電壓如上圖，a,b,c,d,e,f,g,h控制數(shù)碼管的段，1，2，3，4，5，6，7，而不以發(fā)亮，不同亮暗的組合就能形成不同的字形，這種組合稱之為字行碼，字行碼見下表：動態(tài)掃描方法動態(tài)接口采用各數(shù)碼管循環(huán)輪流顯示的方法，當循環(huán)顯示頻率較高時，利用人眼的暫留特性，看不出閃爍顯示現(xiàn)象，這種顯示需要一個接口完成字形碼的輸出（字形選擇），另一接口完成各數(shù)碼管的輪流點亮（數(shù)位選擇）。（1）在進行數(shù)碼顯示的時候，要對顯示單元開辟8個顯示緩沖區(qū)，每個顯示緩沖區(qū)裝有顯示的不同數(shù)據(jù)即可。（2）對于顯示的字形碼數(shù)據(jù)我們采用查表方法來完成。系統(tǒng)板上硬件連線（1）把“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的P2.0－P2.7用8芯排線連接到“動態(tài)數(shù)碼顯示”區(qū)域中的a－h(huán)端口上；（2）把“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的P1.7－P1.0用8芯排線連接到“動態(tài)數(shù)碼顯示”區(qū)域中的1－8端口上；1.34×4矩陣鍵盤識別處理電路每個按鍵有它的行值和列值，行值和列值的組合就是這個按鍵的碼。矩陣的行線和列線分別通過兩并行接口和CPU通信。每個按鍵的狀態(tài)同樣需變成數(shù)字量“0”和“1”，開關的一端（列線）通過電阻接VCC，而接地是通過程序輸出數(shù)字“0”實現(xiàn)的。鍵盤處理程序的任務是：確定有無鍵按下，判斷哪一個鍵按下，鍵的功能是什么；還要消除按鍵在閉合或斷開時的抖動。兩個并行口中，一個輸出掃描碼，使按鍵逐行動態(tài)接地，另一個并行口輸入按鍵狀態(tài)，由行掃描值和回饋信號共同形成鍵編碼而識別按鍵，通過軟件查表，查出該鍵的功能。鍵盤功能表如圖鍵盤硬件電路如下：如圖所示鍵盤硬件電路，用排線將行的1~4和單片的P0.0~P0.3連起來，列的5~8和單片機的P0.4~P0.7連接。：第二章?lián)尨鹌鞯能浖O計2.1總體系統(tǒng)流程圖如下：2.2模塊介紹該計程計價系統(tǒng)的軟件設計分為以下幾個模塊：(1)主程序模塊主程序主要完成初始化、檢查有無按鍵按下、計算求答、以及調(diào)用顯示等等。(主程序如電子版文檔所示)(2)鍵盤掃描及識別子程序鍵盤采用查詢的方式，放在主程序中，當沒有按鍵按下的時候，單片機循環(huán)主程序，一旦有按鍵按下，便轉向相應的子程序處理，處理結束再返回。（3)顯示子程序采用動態(tài)顯示，一位一位的輪流顯示各顯示管。，所以只須用P2口控制段，P1口的低位控制其位。（4)計算程序根據(jù)輸入的符號采取不同的算法，當然也是本程序的關鍵所在。對應輸入數(shù)值，計算出輸入量，供顯示子程序使用，而對符號量則根據(jù)前次和后次的數(shù)值計算其結果。（5）報錯子程序當系統(tǒng)計算出錯時候，控制數(shù)碼管自動顯示“ERROR”，然后系統(tǒng)自動復位。2．2總程序模塊#include<reg52.h>#include<intrins.h>#defineLintlongint#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharsbitled=P2^3;sbitSCK_595=P2^0;sbitDS_595=P2^1;sbitRCK_595=P2^2;ucharcodetable[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};//數(shù)碼管段碼表/****************定義全局變量*******************/Lintstore[2]={0};//存取按鍵值和結果的數(shù)組ucharflag_op=0;//+,-,*,/操作符標志符ucharflag_order=0;//輸入數(shù)的順序標志符ucharflag_equal=0;//等于號標志符ucharkey=16;//按鍵值/*****************延時函數(shù)*********************/voiddelay(uintx){uinti,j;for(i=x;i>0;i--)for(j=110;j>0;j--);/*****************595寫函數(shù)********************/voidwrite_595(ucharwrdat)uchari;SCK_595=0;RCK_595=0;for(i=0;i<8;i++){DS_595=wrdat&0x80;wrdat<<=1;SCK_595=0;_nop_();_nop_();SCK_595=1;_nop_();_nop_();SCK_595=0;}RCK_595=0;_nop_();_nop_();RCK_595=1;_nop_();_nop_();RCK_595=0;}/****************顯示函數(shù)*********************/voiddisplay(Linttemp){uintbuf1,buf2,i=0;buf1=temp/10000000;if(buf1>=10||temp<-9999999)//數(shù)據(jù)溢出，顯示錯誤00000000{led=0;P2=(P2&0x0f)|0x80;for(i=0;i<8;i++){write_595(table[14]);P2=P2+0x10;}}elseif(temp<0&&temp>=-99999999)//顯示負數(shù){led=1;P2=0x70;do{buf2=temp%10;P2=P2+0x10;write_595(table[buf2]);delay(4);temp=temp/10;}while(temp!=0)switch(flag_op){case1://加法運算store[0]=store[0]+store[1];flag_op=0;flag_order=0;store[1]=0;//輸入的第二個數(shù)清零break;case2://減法運算store[0]=store[0]-store[1];flag_op=0;flag_order=0;store[1]=0;//輸入的第二個數(shù)清零break;case3://乘法運算store[0]=store[0]*store[1];flag_op=0;flag_order=0;store[1]=0;//輸入的第二個數(shù)清零break;case4://除法運算store[0]=store[0]/store[1];//計算結果,存入第一個數(shù)flag_op=0;//操作符清零flag_order=0;//輸入順序標識符清零,顯示結果store[1]=0;//輸入的第二個數(shù)清零break;}flag_equal=0;}}/*****************主函數(shù)*****************/voidmain(){while(1){key=KeyScan();//鍵盤掃描if(key>=0&&key<=9)//如果key在0到9之間，證明鍵盤按下的是數(shù)值{if(store[flag_order]<10000000){store[flag_order]=store[flag_order]*10+key;}key=16;}if(key==14)//如果key為14時，證明鍵盤按下的是CE鍵{P2=(P2&0x0f)|0x80;write_595(table[0]);store[0]=0;//數(shù)據(jù)清零store[1]=0;flag_op=0;flag_order=0;flag_equal=0;key=16;}YunSuan();display(store[flag_order]);}}第三章調(diào)試結果及分析本設計主要是在編寫的程序編譯通過后，用下載軟件將編寫的程序下載到實驗開發(fā)板上，驗證結果是否滿足設計要求。主要通過按鍵部分進行控制，通過數(shù)碼管和LED燈部分進行觀察。經(jīng)驗證，開機啟動后，第四位數(shù)碼管小數(shù)點亮，8位數(shù)碼管的前四位顯示前面輸入的加數(shù)，被減數(shù)，被除數(shù)，乘數(shù)，后四位用于顯示后輸入的加數(shù)，減數(shù)，乘數(shù)，除數(shù)，復位鍵用于計算器恢復初始化，當輸入加數(shù)和被加數(shù)時，顯示器上顯示的，只有開始按下數(shù)字后才有效，能夠準確的對整數(shù)進行計算，滿足設計要求。參考文獻[1]何立民.《MCS-51系列單片機應用系統(tǒng)設計》,北航版,1991年2月[2]謝嘉奎.《電子線路（非線性部分第四版）》，高等教育出版社，2008年6月[3]劉桂敏.單片機系統(tǒng)中復合鍵和一鍵多功能的設計[J],遼寧科技大學學報,2011年3月[4]胡漢才.《單片機原理及其接口設計》，清華大學出版社，1997年6月[5]劉杰,梁華國.矩陣式靜態(tài)編碼鍵盤及其接口電路[J],阜陽師范學院學報(自然科學版),2004年4月[6]張紅,于平,程文播.基于單片機控制的LED點陣顯示屏系統(tǒng)[J],微計算機信息，2009年6月[7]徐瑋.51單片機綜合學習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