简易计算器.docx
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简易计算器
简
易
计
算
器
课
程
设
计
简易计算器课程设计实习
一、设计背景及意义的调研
计算工具最早诞生于中国,中国古代最早采用的一种计算工具叫筹策,也被叫做算筹。
这种算筹多用竹子制成,也有用木头,兽骨充当材料的,约二百七十枚一束,放在布袋里可随身携带。
另外直到今天仍在使用的珠算盘,是中国古代计算工具领域中的另一项发明,明代时的珠算盘已经与现代的珠算盘几乎相同。
17世纪初,西方国家的计算工具有了较大的发展,英国数学家纳皮尔发明的“纳皮尔算筹”,英国牧师奥却德发明了圆柱型对数计算尺,这种计算尺不仅能做加、减、乘、除、乘方和开方运算,甚至可以计算三角函数、指数函数和对数函数。
这些计算工具不仅带动了计算器的发展,也为现代计算器发展奠定了良好的基础,成为现代社会应用广泛的计算工具。
1642年,年仅19岁的法国伟大科学家帕斯卡引用算盘的原理,发明了第一部机械式计算器,在他的计算器中有一些互相联锁的齿轮,一个转过十位的齿轮会使另一个齿轮转过一位,人们可以像拨电话号码盘那样,把数字拨进去,计算结果就会出现在另一个窗口中,但是它只能做加减运算。
1694年,莱布尼兹在德国将其改进成可以进行乘除的计算。
此后,一直到20世纪50年代末才有电子计算器的出现。
二、设计原理
2.1设计方案的确定
本设计是以单片机AT89C51为核心的简易计算器设计,要通过芯片AT89C51实现计算器程序运行来完成加、减、乘和除的简单计算功能。
本设计运算模块由AT89C51实现,数据输入模块由4*4矩阵键盘电路实现,输出数据模块由LCD显示电路实现,再外加一个时钟电路和一个复位电路完成整个简易计算器的设计。
2.2系统的设计方案
本设计由以下几部分组成:
AT89C51单片机系统(运算模块)、键盘电路、显示电路、时钟电路和复位电路构成,计算器系统框图如图1所示。
图1计算器系统框图
计算器主要由以下一些功能模块组成:
非编码键盘模块、运算模块(单片机内部)和LCD液晶显示模块等。
该系统的硬件设计采用了模块化的设计方法。
AT89C51单片机、LCD液晶显示屏显示电路和键盘电路是整个电路的核心,它们能实现系统的功能要求。
简易计算器主要包括:
键盘电路、运算电路和输出显示电路。
2.3矩阵键盘的工作原理
键盘可分为两类:
编码键盘和非编码键盘。
编码键盘是较多按键(20个以上)和专用驱动芯片的组合;当按下某个按键时,它能够处理按键抖动、连击等问题,直接输出按键的编码,无需系统软件干预。
通用计算机使用的键盘就是编码键盘。
在智能仪器中,使用并行接口芯片8279或串行接口HD7279均可以组成编码键盘,同时还可以兼顾数码管的显示驱动,其相关的接口电路和接口软件均可在芯片资料中得到。
当系统功能比较复杂,按键数量很多时,采用编码键盘可以简化软件设计。
而非编码键盘成本低廉。
从简易和成本角度出发,本设计选用的是非编码键盘。
如图2所示。
一般由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。
其矩阵图所对应的仿真图如图3所示。
图2矩阵键盘内部电路图图3矩阵键盘布局图
2.4
如图4所示,在本设计中,计算器输入键盘的4条行线、4条列线分别连接到MM74C922的X1-X4、Y1-Y4引脚,MM74C922的数据输出口与单片机的P2口相连,MM74C922的DA引脚经过一个非门连接到单片机的/INT0脚,当MM74C922检测到键盘输入时,DA产生高电平,与之相连的/INT0检测到低电平,给单片机一个中断,单片机从P2口的低四位读入键盘上按下的按键值。
图4键盘接口电路图
2.5LCD显示模块
本设计采用LCD液晶显示器来显示输入输出数据。
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数据。
LCD引脚图如图5所示。
图5LCD1602引脚图
LCD分为带背光和不带背光两种,基控制器大部分为HD44780,带背光的比不带背光的厚,在实际使用中是否带背光并无多大差别,两者尺寸差别如图6所示。
图6LCD背光和不带背光的尺寸对比图
2.6显示电路
当系统需要显示少量数据时,采用LCD液晶显示屏进行显示是一种经济实用的方法。
P1口作为液晶显示的数据端口,P3.4-P3.6口作为其控制端口,控制LCD液晶显示屏显示输出数据。
显示电路图如图7所示。
图7LCD液晶显示电路
2.7程序
#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
chartranslate(intkeycode);
voidarithmetic();
voidinit_LCM();
voidwrite_data(charddata);
voidwrite_com(charcommand);
voidcheck_BF();
voidclearLCD();
voiddisplay(longa);
voiddealerror();
voiddataoverflow();
longx=0,y=0,num=0;
intoperators,input,iny=0;
charkey;
charerror[5]="error";
charoverflow[8]="overflow";
sbitEN=P3^4;
sbitR_W=P3^5;
sbitRS=P3^6;
main()
{
EA=1;
EX0=1;
IT0=1;
P2=0xff;
display(0);
init_LCM();
write_data(0x30);
while
(1)
{
}
}
/**********键值转化为键盘上按键值函数*************/
chartranslate(intkeycode)
{
switch(keycode)
{
case0:
return'7';
break;
case1:
return'4';
break;
case2:
return'1';
break;
case3:
return'c';
break;
case4:
return'8';
break;
case5:
return'5';
break;
case6:
return'2';
break;
case7:
return'0';
break;
case8:
return'9';
break;
case9:
return'6';
break;
case10:
return'3';
break;
case11:
return'=';
break;
case12:
return'/';
break;
case13:
return'*';
break;
case14:
return'-';
break;
case15:
return'+';
break;
}
}
/***********外部中断0处理函数*************/
voidINT_0(void)interrupt0using0
{
key=translate(P2&0x0f);
if(key<='9'&&key>='0')//判断按下的键是否为数值
{
num=num*10+(key-'0');
if(operators>0)
{
y=num;
iny=1;
}
else
x=num;
if(num<1000000000&&num>-1000000000)//当前数值是否超出限定范围
{
display(num);
}
else
dataoverflow();
}
else
{
switch(key)
{
case'c':
x=0;
y=0;
num=0;
iny=0;
operators=0;
display(num);
break;
case'=':
arithmetic();
iny=0;
operators=0;
num=0;
break;
case'+':
if(operators)
arithmetic();
operators=1;
num=0;
break;
case'-':
if(operators)
arithmetic();
operators=2;
num=0;
break;
case'*':
if(operators)
arithmetic();
operators=3;
num=0;
break;
case'/':
if(operators)
arithmetic();
operators=4;
num=0;
break;
}
}
}
/**********算术运算函数*********/
voidarithmetic()
{
if(iny)
{
switch(operators)
{
case1:
x=x+y;
num=x;
if(num<100000000&&num>-100000000)
{
display(num);
}
else
dataoverflow();
break;
case2:
x=x-y;
num=x;
if(num<100000000&&num>-100000000)
{
display(num);
}
else
dataoverflow();
break;
case3:
x=x*y;
num=x;
if(num<100000000&&num>-100000000)
{
display(num);
}
else
dataoverflow();
break;
case4:
if(y==0)
dealerror();
else
{
x=x/y;
num=x;
if(num<100000000&&num>-100000000)
{
display(num);
}
else
dataoverflow();
}
break;
}
y=0;
}
}
/**************LCD初始化函数*************/
voidinit_LCM()
{
write_com(0x30);
write_com(0x30);
write_com(0x30);
write_com(0x38);
write_com(0x08);
write_com(0x01);
write_com(0x06);
write_com(0x0e);
}
/***********LCD写数据函数*************/
voidwrite_data(charddata)
{
RS=1;/*写指令*/
R_W=0;
EN=1;/*使能信号开*/
P1=ddata;/*将数据送入p1口*/
EN=0;/*使能信号关*/
check_BF();
}
/***********LCD写指令函数*************/
voidwrite_com(charcommand)
{
RS=0;/*写指令*/
R_W=0;
EN=1;/*使能信号开*/
P1=command;/*将数据送入p1口*/
EN=0;/*使能信号关*/
check_BF();
}
/************LCD检查忙碌函数***********/
voidcheck_BF()
{
chari,x=0x80;
P1=0xff;
while(x&0x80)
{
RS=0;
R_W=1;
EN=1;
x=P1;
EN=0;
for(i=0;i<10;i++);
}
EN=0;/*关闭使能信号*/
}
/**********LCD清屏函数**********/
voidclearLCD()
{
write_com(0x01);
}
/**********LCD显示函数**********/
voiddisplay(longa)
{
longtemp,b,c=-1;
intlenth=1,i,j;
clearLCD();
if(a<0)
{
a=a*c;
write_data('-');
}
temp=a;
while((temp=temp/10)!
=0)
{
lenth++;
}
for(i=lenth;i>0;i--)
{
b=1;
for(j=0;j { b=b*10; } write_data(0x30+a/b); a=a%b; } } /**********除数为0处理函数**********/ voiddealerror() { inti=0; clearLCD(); for(i=0;i<5;i++) write_data(error[i]); } /*********数值溢出处理函数**********/ voiddataoverflow() { inti=0; clearLCD(); for(i=0;i<8;i++) write_data(overflow[i]); } 三、仿真软件截图 四、实现功能的测量数据 4.1加法运算 4.2减法运算 4.3乘法运算 4.4除法运算
- 配套讲稿:
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