单片机设计简易计算器.docx
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单片机设计简易计算器.docx
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单片机设计简易计算器
简易计算器
SimplyCalculator
i设计思想
此计算器有键盘部分、单片机、显示部分三部分组成,键盘部分主要完成输入功能;单片机主要完成数据处理功能,包括确定按键,完成运算,以及输出数据;显示器部分主要完成单片机输出的显示。
本设计的思路是利用单片机性能好,稳定性强的优点来实现系统的运行。
设计大致可以分为三个步骤:
第一步,硬件的选取和设计;第二步,程序的设计和调试;第三步,Protues系统仿真。
硬件是设计的骨骼,不仅关系到设计总体方向的确定,还要综合考虑节能,环保,以及稳定性和经济性等各种因素。
因此需要花费大量的时间。
硬件的选取最为重要,包括选用的芯片,显示设备的选取,输入设备的选取等。
本设计是通过单片机来实现的,因此选用了ATMEGA1单片机作为主体,输入设备选用矩阵键盘。
程序是硬件的灵魂,是实现设计的中心环节。
本设计使用的程序语言是C语言,在“ICCAVR中运行,调试,直到运行出正确结果,然后输出后缀名为.HEX格式的文件,以备在Protues中仿真使用。
程序是设计的关键,程序的调试需要大量的时间,耐心,还够要有足的细心才能成功。
本设计中就出现了大量的错误,经过认真修改,最终才能运行出正确结果。
最后的系统仿真是设计是否成功的验证,是设计不可缺少的重要环节。
这就要求能掌握Protues的一些基本操作。
2原理分析
矩阵键盘的扫描
M1M2M3M4
PD0
PD1
SW
M5
,B
SW
M6
cs.——
〉B
SW
M7
〉B
SW
M8
PB
SW
>B
SW
>B
SW
〉B
SW
PB
M9
M10
M11
M12
PD2
SW
,B
SW
〉B
SW
〉B
SW
PB
M13
M14
M15
M16
PD3
SW
>B
SW
〉B
SW
〉B
SW
PB
PD4
PD5
PD6
图矩阵键盘图
如图所示,单片机的8个I/O口和矩阵键盘相连,用8个I/O口来控制矩阵键盘的16个按键是非常有意思的,首先我们设置单片机的PD0-PD7为
输出,且PD0-PD3依次设置为低电平,而PD什PD7设置为高电平,然后我们设置PD4-PD7为输入,而PD0-PD3仍然为输出,假如此时M1键按下,则PD0与PD4相连,因为PD0是低电平,而PD4是输入,所以PD4会被拉为低电平,同理,如果M2被按下,则PD5会被拉低,M3按下,PD6会被拉低,M4按下,PD7被拉低。
这是判断有无键盘按下的过程,当我们判断是那一个键盘按下时,我们首先设置8个I/O口为输出,输出为FE,即,PD0为低电平,其他全为高电平,然后我们设置PD4-PD7为输入,如果M1被按下,则PD4会比被拉为低电平,此时会变成EE,同理可以知道M2被按下时会变为DE,M3被按下时会变为BE,M4被按下时会变为7E。
同理我们可以设置8个I/O口输出FD来检测M5-M8是否被按下,设置8个I/O口输出FC来来检测M9-M12,设置8个I/O口输出F7来检测M13-M16,如果M—M4没有被按下,就继续检测M4-M8,一次类推,就可以检测出16个按键了。
在这次设计中,16个按键M—M16所对应检测值分别为:
EE,DEBE7E,EDDDBD7D,EBDBBB7BE7D7B777。
数字显示与计算
本次设计选用的显示器是1602液晶显示器此液晶显示器能显示32个字符,VS張地,VDD接电源正极,E为时使能信号,R/W为读写选择端(H/L),RS为数据/命令选择端(H/L),D0—D7为数据I/O口。
首先我们初始化液晶显示器,然后显示出第一个被按下的数,并且使光标右移,如果有第二个数按下,则据继续显示,以此类推,然后把所有显示出来的数换算成一个数,如果按下“+”号,则显示出“+”,并且同理显示出“+”号后面按下的数字,然后调用加子程序,运算出结果,如果按下的是“-”,则调用减子程序,如果按下“*”,则调用乘子程序,如果按下“/”,则调用除子程序。
然后再调用显示结果子程序,显示出结果。
3程序设计与说明
流程图
主程序流程图和运算子程序流程图为:
图主程序流程图
图运算子程序流
程图
键盘扫描流程图为:
开始
延时10ms
1
是否按键
1
對按下
r
DDRD=0XFE
F
PORTD=0XF0
1
r
DDRD=0X0F
“是否是第按键
写一排建
〔否
DDRD=0XFD
1
r
PORTD=0XF0
r
是
DDRD=OXOF
图键盘扫描子程序流程图
程序说明
本次设计采用模块化设计思想,包括主程序和初始化子程序、延时子程序、输出数据子程序、检测是否有按键按下子程序、确定按键子程序、清第二行屏与显示“Welcome子程序、换算第一个数子程序、运算子程序、显示结果子程序等子程序。
运行程序后,首先调用子程序清屏第二行并显示
“Welcome,然后检测是否有按键按下,如果没有,继续检测,如果按下,则判断是否是加减乘除键被按下,如果是加减乘除被按下,则显示相应的字符并换算出字符前输入的数据和字符后输入的数字,然后检测是否有等号按下,如果有则完成相应的运算并显示相应的结果,然后检测是否有清屏键按下,如果有则清屏,相应的流程图如图2所示。
其中运算子程序的流程图如
图3所示。
4调试
Protues系统仿真
打开Protues,按设计思想放相应的零部件并连好线,把HEX文件加载
到单片机中运行,检测结果是否正确。
硬件连线图如图所示。
UJC1€L
图Protues仿真图
调式过程
编写完程序后保存程序,在“ICCAVR中运行,调试,直到运行出正确结果,然后输出后缀名为.HEX格式的文件。
刚开始有错误,是一些语法规则上的错误,不过经过几次的修改,最终输出了后缀名为.HEX格式的文件。
把后缀名为.HEX格式的文件加载到单片机后,刚开始只是显示出“Welcome的一部分字符,仔细观察发现,程序的前后空格不对称,经过修改,最终得到了预期结果,最终运行结果如图所示。
5总结
优缺点分析
本计算器能完成加减乘除运算,结构简单,硬件较少,成本较低,另外本程序采用模块化设计思想,可读性强,具有很强的可移植性,便于调用。
在处理多任务时,可以用中断服务来实现多线程,通过设置中断,启动中断服务子程序使其自己执行任务,而CPU可以做自己的工作,当有停止中断的请求产生时,CPU再停下自己的工作做相应处理。
但是也有很多不足之处。
首先,程序有很多相同的代码,本来可以用调用的方法实现,减少代码长度,但是考虑到本程序不是很长,而且用调用的方法必然会增加算法的复杂度和逻辑思维强度,所以在这里没有采用!
其次,
为了节省空间,程序设计的注释部分不够详细,使读程序不是很方便。
再次,本计算器不能完成小数运算,也不能完成科学计算器的一些功能,而要完成这些功能,需要设置更多的键盘,加更多的程序,比较复杂,因为我时间有限,在此不再处理。
心得体会
通过课程设计,我掌握了计算器的工作原理以及设计方法,我通过对计算器的几个模块的深入理解,我掌握了计算器的组成和制作过程,并通过自己的努力,制作出了自己的计算器,提高了我的动手能力和实践能力,同时我对单片机有了更深入的理解,也学会了使用单片机的方法,加深了对课本知识的进一步理解。
加强了我思考和解决问题的能力,认识来源于实践,实践是认识的动力和最终目的,实践是检验真理的唯一标准!
在设计过程中,经常会遇到一些问题,就是心里想老着这样的接法可以行得通,但实际接上电路,总是实现不了。
所以这几天不管是吃饭还是睡觉,脑子里总是想着如何解决这些问题,功夫不负有心人,我通过认真思考,请教同学,查找资料,最后终于熟练掌握了基本理论知识,而且领悟诸多平时学习难以理解掌握的较难知识,学会了如何思考的思维方式,找到了设计的灵感。
在寻找答案的过程中,我学到了很多平时缺少的东西,对于理论知识学习不够扎实的我深感“书到用时方恨少”!
认真思考才能找到出路,当初没有思路,诚如举步维艰,茫茫大地,不见道路。
在对理论知识梳理掌握之后,茅塞顿开,柳暗花明,思路如泉涌,高歌“条条大路通罗马”。
顿悟,没有思考便无出路,雨后才能见彩虹。
失败是成功之母。
不经历多次调试,是不可能得到完好的程序的。
至善至
美,是人类永恒的追求。
但是,不从忘却“金无足赤,人无完人”,我们换
种思维方式,去恶亦是至善,改错亦为至美。
在课程设计过程中,我们不断
发现错误,不断改正,不断领悟,不断获取。
最终的调试环节,本身就是在践行“过而能改,善莫大焉”的知行观。
实践课诚然是一门专业课,给我很多专业知识以及专业技能上的提升,同时又是一门讲道课,一门思辨课,给了我许多道,给了我很多思,给了我莫大的空间。
至于建议,一言以蔽之,大学教育当如此。
我是一个急性子的人,看到那么复杂知识,我就不想做了,不过为了搞好课程设计,我硬是耐心完成每一个细节,我坚持一天呆在实验室10多个小时,虽然晚上眼睛比较酸痛,但是我感觉值。
这么多天的努力没有白费,我最后很好的完成了任务,很有成就感!
我相信我在以后的生活和学习中会更耐心,更认真的!
参考文献:
[1]陈冬云等.ATmega128单片机原理与开发指导.机械工业出版社,2006
[2]李群芳等.单片微型计算机及接口技术(第二版).电子工业出版社,2005
[3]周航慈.单片机程序设计基础.北航出版社,2005
[4]何立民.MCS-51单片机应用系统设计.北航出版社,2002
[5]马潮•高档8位单片机ATmega128原理与开发应用指南.北京航空航天大学出版社,2004
附录程序
#include<>
#include<>
#include<>
constunsignedchartab1[]="Welcome"constunsignedchartab3[]="90+-*/=";
unsignedcharkey[10];
unsignedinttemp1=0,temp2=0;
unsignedcharcount1=0;
unsignedcharwei;
voiddelay(unsignedintms)
{
unsignedinti,j;
for(i=0;i {for(j=0;j<1141;j++);} } voidint_port() { DDRA=0XFF; DDRB=DDRB|0X07; PORTB&=~BIT(PB0); DDRD=0XFF; PORTD=0XFF; DDRD=0XF0; PORTD=PORTD&0X0F; voidcom_lcd(unsignedcharcom) { PORTB&=~BIT(PB2); PORTB&=~BIT(PB1); PORTA=com; PORTB|=BIT(PB0); delay (1); PORTB&=~BIT(PB0); } voidda
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