基于单片机的简单计算器设计与仿真.docx
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基于单片机的简单计算器设计与仿真
3、主体设计部分:
(1)、系统模块图:
(2)、算术运算程序流程图:
(3)、系统总流程图:
(4)、硬件设计:
(一)、总体硬件设计:
本设计选用AT89C51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;用MM74C922为4*4键盘扫描IC,读取输入的键值。
总体设计效果如下图:
(二)、单片机接口电路说明:
4、单片机与复位、时钟电路连接电路图:
(三)、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1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1矩阵键盘布局图
矩阵键盘内部电路图如图2所示:
为了进一步节省单片机I/O口资源,我们在设计中使用了MM74C922芯片。
MM74C922是一款4*4键盘扫描IC,它可检测到与之相连的4*4键盘的按键输入,并通过数据输出口将按键相应的编码输出。
其引脚图如图3所示:
图3MM94C22硬件图
MM74C922引脚说明:
(1)Y1~Y4(脚1~脚4):
4*4键盘第一列至第四。
(2)X1~X4(脚11、10、8、7):
4*4键盘第一行至第四行。
(3)DOA~DOD(DataoutA~D,脚14~17):
按键之BCD码输出,其中DOA为LSB,DOD为MSB。
(4)VCC(脚18):
电源脚,+3V~+15V。
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(5)GND(脚9):
接地管脚。
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(6)OSC(Oscillator,脚5):
键盘扫描电路之频率所需外加电容的连引脚。
(7)KBM(KeyboardMask,脚6):
内部消除开关弹跳电路所外加电容的引脚。
(8)OE(OutputEnable,脚13):
芯片使能脚,接低电位可使芯片使能。
(9)DA(DataAvailable,脚12):
数据有效输出脚。
任一按键按下时,此脚位会输出高电位,按键释放后此脚又会恢复为低电位。
MM74C922对各按键的响应如下表所示:
如下图4所示,在本设计中,计算器输入键盘的4条行线、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键的值。
图4键盘接口电路图
(四)、LCD显示模块:
本设计采用LCD液晶显示器来显示输出数据。
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。
图5LCD模块
(五)运算模块(单片机控制):
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等一台计算机所需要的基本功能部件。
如果按功能划分,它由如下功能部件组成,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,尤其是特殊的独特的一些功能,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!
因此我们采用单片机作为计算器的主要功能部件,可以很快地实现运算功能。
3.5、软件编程:
1、主函数设计:
/******************函数声明*****************/
#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
chartranslate(intkeycode);
voidarithmetic();
voidinit_LCM();
voidwrite_data(charddata);
voidwrite_com(charcommand);
voidcheck_BF();
voidclearLCD();
voiddisplay(longa);
voiddealerror();
voiddataoverflow();
/******************定义变量和数组*****************/
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;
/******************主函数*****************/
main()
{
EA=1;
EX0=1;
IT0=1;
P2=0xff;
display(0);
init_LCM();
write_data(0x30);
while
(1)
{
}
}
2、分块程序设计:
(1)、键盘输入检测程序设计:
有键按下时,单片机响应外部中断0,转入外部中断0中断处理函数,在中断处理函数中完成对按键的判断,以进行下一步的程序处理。
/**********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<134217728&&num>-134217728)//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;
}
}
}
(2)、算术运算程序设计:
/**********算术运算函数*************/
voidarithmetic()
{
if(iny)
{
switch(operators)
{
case1:
x=x+y;
num=x;
if(num<134217728&&num>-134217728)
{
display(num);
}
else
dataoverflow();
break;
case2:
x=x-y;
num=x;
if(num<134217728&&num>-134217728)
{
display(num);
}
else
dataoverflow();
break;
case3:
x=x*y;
num=x;
if(num<134217728&&num>-134217728)
{
display(num);
}
else
dataoverflow();
break;
case4:
if(y==0)
dealerror();
else
{
x=x/y;
num=x;
if(num<134217728&&num>-134217728)
{
display(num);
}
else
dataoverflow();
}
break;
}
y=0;
}
}
(3)、LCD显示程序设计:
利用LCD静态显示,通过程序向LCD写指令字或数据使LCD完成不同功能或显示相应数据。
/**************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; } } (4)、错误处理及提示程序设计: /**********除数为处理函数**********/ 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]); } 3.6、联机调试: 在联机调试的过程中,一开始没有做数值溢出方面的控制,导致LCD显示的输入数据或计算结果与实际不相符。 后来经过计算得到有符号长整型的表示范围为-134217728—134217727,遂取2的27次方134217728为本计算器的最大表示范围,以此来控制数值溢出,修改后,LCD显示正确。 4、结束语: (自己写,组员之间不能相同,写完后将红字删除,排版时注意对齐) 由于本次课程设计使用软件仿真,在没有硬件设备的情况下,我们走了很多的弯路,我们组充分按照日常安排(如前所述),分工明确,每个人都参与设计,*****************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************再次感谢我亲爱的组员,我们坚信我们是一个优秀的团队,也由衷感谢我们的答辩老师。 5、参考文献: (自己写,组员之间不能相同,写完后将红字删除,排版时注意对齐) 【1】《*****************》**********编著*************出版社 【2】 【3】 【4】 【5】
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- 关 键 词:
- 基于 单片机 简单 计算器 设计 仿真