基于单片机简易计算器的设计Word文件下载.docx
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本系统就是充分利用了8051芯片的I/O引脚。
系统以采用MCS-51系列单片机Intel8051为中心器件来设计计算器控制器,实现了能根据实际输入值显示并存储的功能,计算程序则是参照教材。
至于位数和功能,如果有需要可以通过设计扩充原系统来实现。
具体设计如下:
1、由于要设计的是简单的计算器,可以进行四则运算,为了得到教好的显示效果,采用LCD显示数据和结果。
2、另外键盘包括数字键(0-9)、符号键(+、-、*、/)、等号键,故只需要16个按键即可,设计中采用手焊接的4*4矩阵键盘。
3、执行程序:
开机显示零,等待键入数值,当键入数字,通过LCD显示出来,当键入+、-、*、/运算符,计算器在内部执行数值转换和存储,并等待再次键入数值后将显示键入的数值,按等号就会在LCD上输出运算结果。
本计算器是以MCS-51系列8051单片机为核心构成的简易计算器系统。
该系统通过单片机控制,实现对4*4键盘扫描进行实时的按键检测,并把检测数据存储下来。
整个计算器系统的工作过程为:
首先存储单元初始化,显示初始值和键盘扫描,判断按键位置,查表得出按键值,单片机则对数据进行储存与相应处理转换,之后送入LED显示器动态显示。
整个系统可分为三个主要功能模块:
功能模块一,实时键盘扫描;
功能模块二,数据转换成显示器显示;
功能模块三,显示器动态显示。
1.2任务分析
在本次课程设计中,主要完成如下方面的设计任务:
1、简要阐述单片机技术发展的国内外现状及LED动态显示和矩阵键盘基本原理;
2、掌握51系列某种产品的最小电路及外围扩展电路的设计方法;
3、了解单片机数据转换功能及工作过程;
4、完成主要功能模块的硬件电路设计及必要的参数确定;
5、用proteus软件完成原理电路图的绘制;
通过本次课题设计,应用《单片机应用基础》、《计算机应用基础》等所学相关知识及查阅资料,完成简易计算器的设计,以达到理论与实践更好的结合、进一步提高综合运用所学知识和设计的能力的目的。
2.简易计算器设计基本原理
根据功能和指示要求,本系统选用以MCS-51单片机为主控机。
通过扩展必要的外围接口电路,实现对计算器的设计。
2.189c51系列单片机简介
89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低电压、高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的89C51是一种高效微控制器,89C2051是它的一种精简版本。
89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
STC89c51的引脚说明:
MCS-51系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装的双列直插DIP结构,下图是它们的引脚配置,40个引脚中,正电源和地线两根,外置石英振荡器的时钟线两根,4组8位共32个I/O口,中断口线与P3口线复用。
现在对这些引脚的功能加以说明:
如图2.3所示。
图2.1双列直插式封装引脚图
Pin9:
RESET/Vpc复位信号复用脚,当8051通电,时钟电路开始工作,在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平,系统即初始复位。
初始化后,程序计数器PC指向0000H,P0-P3输出口全部为高电平,堆栈指针写入07H,其它专用寄存器被清“0”。
RESET由高电平下降为低电平后,系统即从0000H地址开始执行程序。
然而,初始复位不改变RAM(包括工作寄存器R0-R7)的状态,8051的初始态。
8051的复位方式可以是自动复位,也可以是手动复位。
此外,RESET/Vpd还是一复用脚,Vcc掉电其间,此脚可接上备用电源,以保证单片机内部RAM的数据不丢失。
见下图2.4为两种复位方式和两种时钟方式:
上电自动复位手动复位电路
内部时钟方式外部时钟方式
图2.2复位方式和时钟方式图
硬件系统是指构成微机系统的实体和装置,通常由运算器、控制器、存储器、输入接口电路和输入设备、输出接口电路和输出设备等组成。
单片机实质上是一个硬件的芯片,在实际应用中,通常很难直接和被控对象进行电气连接,必须外加各种扩展接口电路、外部设备、被控对象等硬件和软件,才能构成一个单片机应用系统。
本设计选用以AT89S51单片机为主控单元。
显示部分:
采用LCD静态显示。
按键部分,采用4*4键盘。
硬件电路原理图如图3.1所示:
2.2LCD显示模块
本设计采用LCD液晶显示器来显示输出数据。
LCD的特性有:
1、+5V电压,对比可调度;
2、内含复位电路;
3、提供各种控制命令,如:
清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能;
4、有80字节显示数据存储器DDRAM;
5、内建有160个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM;
6、8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM。
本设计通过D0-D7引脚向LCD写指令字或写数据以使LCD实现不同的功能或显示相应的数据。
其接口电路如图3.3所示。
图2.31602LCD引脚图
表2.4LCD的引脚说明
符号
引脚说明
VSS
电源地
DB4
DataI/O
VDD
电源正极(+5V)
DB5
V0
液晶显示偏压输入
DB6
RS
数据/命令选择端(H/L)
DB7
R/W
读写控制信号(H/L)
E
使能信号
DB0
RST
复位端(H:
正常工作,L:
复位)
DB1
VEE
负电源输出(-10V)
DB2
BLA
背光源正极(+4.2)
DB3
BLK
背光源正极
2.3运算模块
MCS-51单片机是在一块芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多功能I/O等计算机所需要的基本功能部件。
如果按功能划分,它由以下功能部件组成,即微处理器(CPU),数据存储器(RAM),程序存储器(ROM/EPROM),并行I/O口,串行口,定时器/计数器,中断系统及特殊功能寄存器(SFR)。
单片机是靠程序运行的,并且可以修改。
通过不同的程序实现不同的功能,尤其是特殊的一些功能,通过使用单片机编写的程序可以实现高智能、高效率以及高可靠性,因此采用单片机作为计算器的主要功能部件,可以很快的实现运算功能。
运算模块由键盘和显示屏组成。
单片机通过按键来实现输入数据和操作方式的控制,在运算过程中,对所设的数据进行四则运算时,要先确定选用的是哪一个运算符,若是+或*,则要判断结果是否会溢出,溢出则显示错误提示,没有溢出则显示运算结果,若是/,则要判断除数是否为零,为零时显示错误提示,不为零显示运算结果。
2.4键盘接口电路
计算器输入数字和其他功能按键要用到很多按键,如果采用独立按键的方式,在这种情况下,编程会很简单,但是会占用大量的I/O口资源,因此在很多情况下都不采用这种方式,而是采用矩阵键盘的方案。
矩阵键盘采用四条I/O线作为行线,四条I/O线作为列线组成键盘,在行线和列线的每个交叉点上设置一个按键。
这样键盘上按键的个数就为4×
4个。
这种行列式键盘结构能有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。
矩阵键盘的工作原理:
计算器的键盘布局如图2所示:
一般有16个键组成,在单片机中正好可以用一个P口实现16个按键功能,这种形式在单片机系统中也最常用。
图2.5矩阵键盘内部电路图
第三章主程序设计
KeilC51是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统,与汇编相比,C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势,因而易学易用。
用过汇编语言后再使用C来开发,体会更加深刻。
KeilC51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具,全Windows界面。
另外重要的一点,只要看一下编译后生成的汇编代码,就能体会到KeilC51生成的目标代码效率非常之高,多数语句生成的汇编代码很紧凑,容易理解。
在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。
下面详细介绍KeilC51开发系统各部分功能和使用。
KeilC51单片机软件开发系统的整体结构C51工具包的整体结构,如图3.1所示,其中uVision与Ishell分别是C51forWindows和forDOS的集成开发环境(IDE),可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。
开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。
然后分别由C51及A51编译器编译生成目标文件(.OBJ)。
目标文件可由LIB51创建生成库文件,也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。
ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件,以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试,也可由仿真器使用直接对目标板进行调试,也可以直接写入程序存贮器如EPROM中。
普通计算器课程序设计:
//****************************************//
//通用计算器的编写,能够实现两位的加减计算+,-,*,/
//设计人:
周运鸿。
指导人:
//2013-6-6
#include<
reg51.h>
string.h>
#include"
LCD1602.h"
keyboard.h"
calculation.h"
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
doublenum[2];
ucharsign[2];
ucharnumble1[10];
ucharnumble2[10];
voidmain()
{inti=0,j=0,k=0,flag=0,a=0,b,c=0,e=0,opNum=0;
longintsum1,sum0;
doublesum2;
init();
write_com(0x80);
while(!
mark)
{matrixkeyscan();
}
mark=0;
while(expression[j]!
='
)
{
if(!
In(expression[j],OP))//如否不是运算符就入操作数栈
if(opNum==0)
{opNum=expression[j]-48;
++j;
if(In(expression[j],OP))
flag=1;
else
opNum=opNum*10+(expression[j]-48);
if(flag==1)
num[i]=opNum;
opNum=0;
i++;
flag=0;
{sign[k]=expression[j];
k++;
}
}
sum1=Operator(num[0],sign[0],num[1]);
sum2=Operator(num[0],sign[0],num[1]);
sum0=sum1;
while(sum1!
=0)
{numble1[a]=sum1%10+48;
sum1=sum1/10;
a++;
b=strlen(numble1);
write_com(0x80+0x40);
for(c=b-1;
c>
=0;
c--)
{write_data(numble1[c]);
delayms(10);
write_data('
.'
);
sum2=sum2*1000;
sum0=sum2-sum0*1000;
numble2[0]=sum0/100+48;
numble2[2]=sum0%10+48;
numble2[1]=(sum0/10)%10+48;
if(numble2[2]>
=(5+48))
numble2[1]=numble2[1]+1;
write_data(numble2[0]);
delayms(5);
write_data(numble2[1]);
while
(1);
//**************************
//键盘扫描程序驱动
//文件名:
keyboard.h
#ifndef__keyboard_H__
#define__keyboard_H__
uintmove=0;
ucharmark=0;
ucharcodetable[]={'
0'
'
1'
2'
3'
4'
5'
6'
7'
8'
9'
};
ucharexpression[20];
ucharcodeOP[]={'
+'
-'
*'
/'
\n'
voidmatrixkeyscan()
{
uchartemp,key;
P3=0xfe;
temp=P3;
temp=temp&
0xf0;
if(temp!
=0xf0)
{delayms(10);
temp=P3&
{temp=P3;
switch(temp)
{
case0xee:
key=0;
break;
case0xde:
key=1;
case0xbe:
key=2;
case0x7e:
key=3;
while(temp!
write_data(table[key]);
delayms(5);
expression[move]=table[key];
move++;
P3=0xfd;
{case0xed:
key=4;
case0xdd:
key=5;
case0xbd:
key=6;
case0x7d:
key=7;
write_data(table[key]);
P3=0xfb;
{case0xeb:
key=8;
case0xdb:
key=9;
case0xbb:
key=10;
case0x7b:
key=11;
if(key<
10)
{write_data(table[key]);
{write_data(OP[key-10]);
P3=0xf7;
{case0xe7:
key=12;
case0xd7:
key=13;
case0xb7:
key=14;
case0x77:
key=15;
if(key==14)
mark=1;
write_data(OP[key-10]);
#endif
//***********************************************
//LCD1602驱动程序
LCD1602.h
#ifndef__LCD1602_H__
#define__LCD1602_H__
sbitlcden=P2^4;
sbitlcdrs=P2^5;
voiddelayms(uintxms)
{uinti,j;
for(i=xms;
i>
0;
i--)
for(j=110;
j>
j--);
voidwrite_com(ucharcom)
{lcdrs=0;
P0=com;
lcden=1;
lcden=0;
voidwrite_data(uchardate)
{lcdrs=1;
P0=date;
voidinit()
write_com(0x38);
write_com(0x0c);
write_com(0x06);
write_com(0x01);
//***************************************************
//数学计算程序
calculation.h
//****************************************************
#ifndef__calculation_H__
#define__calculation_H__
doubleOperator(doublefirst,chartheta,doublesecond)
switch(theta)
case'
:
returnfirst+second;
break;
returnfirst-second;
returnfirst*second;
returnfirst/second;
default:
charIn(charc,char*OP)
inti=0;
while(OP[i]!
='
\0'
if(OP[i]==c)
{
return1;
}
i++;
return0;
附图1:
程序流程图
附图2:
总体仿真图
结论
通过这次对交通灯的简单设计,使我们增强了动手的能力,也拓宽了知识面,在图书馆查阅相关书籍,让我们增加了对单片机方面的了解,能把学到的知识用活,而不只局限于理论方面。
通过亲自设计,proteus仿真,对交通灯有了初步的了解,同时也加深了对单片机方面的软件应用的掌握,为以后的学习奠定了基础。
而且,这次课程设计是对以前学过
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- 关 键 词:
- 基于 单片机 简易 计算器 设计