计算器电子竞赛.docx

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计算器电子竞赛

G）冻”电力龙淨

NortheastDianliUniversity

电子设计大赛论文

计算器

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亠、设计内容

本设计是基于52系列单片机来进行的数字计算器系统设计，可以完成计算器的键盘输入，进行加、减、乘、除基本四则运算，并在LCDt显示相应的结果；设计电路采用STC89C5单片机为主要控制电路，利用MM74C92作为计算器4*4键盘的扫描IC读取键盘上的输入；显示采用字符LC廨态显示；软件方面使用C语言编程，并用PROTUES真，具体设计如下：

（1）由于设计的计算器要进行四则运算，为了得到较好的显示效果，经综合分析后，最后采用LCD显示数据和结果。

（2）采用键盘输入方式，键盘包括数字键（0〜9）、符号键（+、-、X、十）、清除键（on\c）和等号键（=）,故只需要16个按键即可，设计中采用矩阵键盘。

（3）在执行过程中，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，当再键入数值后将显示键入的数值，按等号就会在LCDk输出运算结

果。

（4）错误提示：

当计算器执行过程中有错误时，会在LCDt显示相应的提示,如：

当输入的数值或计算得到的结果大于计算器的表示范围时，计算器会在LCDk提示overflow;当除数为0时，计算器会在LCDt提示error。

二、总体框图

（1）系统模块图:

（2）算术运算程序流程图:

（3）系统总流程图:

开始

初始化参数

初始化LCD显示

有否有键值?

N

读取键码

数字键

清零键

键入数值

状态清零

功能键

根据上次功能键和输入的数据计算结果

结果送显示缓冲

结果送显示缓冲

1,

「

等待数值键入

等待数值键入

结果送显示缓冲

数值送显示缓冲

等待数值键入

LCD显示

功能模块

（一）、总体硬件设计

本设计选用STC89C5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MM74C92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

1、手动上电复位电路：

当VCC上电时，C充电，在10K电阻上出现电压，使得单片机复位；几个毫秒后，C充满，10K电阻上电流降为0，电压也为0，使得单片机进入工作状态。

工作期间，按下S，C放电。

S松手，C又充电，在10K电阻上出现电压，使得单片机复位。

几个毫秒后，单片机进入工作状态。

2、内部时钟模式电路：

XTAL2

XTAL1

C1“HI

当单片机工作于内部时钟模式的时候，只需在XTAL1和XTAL右|脚连接一个晶体振荡器或者陶瓷振荡器，并接两个电容后接地即可，在使用时对于电容的选择有一定的要求：

当外接晶体振荡器的时候，电容值一般选择3=C2=30+10p或30-10pF；

当外接陶瓷振荡器的时候，电容值一般选择3=C2=40+10p或40-10pF；

3、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4X4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:

nn

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13

图2

为了进一步节省单片机I/O口资源，我们在设计中使用了MM74C92芯片

MM74C92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:

PinAssignmentforDIP

H0WY1—

U

ROWV2上

—DATAOUIA

1G***

—OATAHUTB

H0VTY4—

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14

IJ龍IJA町DR—

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卫GijmrrNSM7

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12

COLUMNXJ丄

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TopView

MM94C922

图3MM94C22硬件图

MM74C922I脚说明：

⑴Y1~Y4（脚1~脚4）：

4*4键盘第一列至第四。

⑵X1~X4（脚11、10、8、7）：

4*4键盘第一行至第四行。

（3）DOA~DO（DataoutA~D脚14~17）:

按键之BC［码输出，其中DOA为LSB,

DOD为MSB

⑷VCC（脚18）:

电源脚，+3V~+15Vab126计算公式大全

⑸GND（脚9）:

接地管脚。

新艺图库

⑹OSC（Oscillator，脚5）:

键盘扫描电路之频率所需外加电容的连引脚。

⑺KBM（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。

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

MM74C92的X1-X4、Y1-Y4引脚，MM74C92的数据输出口与单片机的P2口相连，

MM74C92的DA引脚经过一个非门连接到单片机的/INTO脚，当MM74C92检测到键盘输入时，DA产生高电平，与之相连的/INTO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。

LCD1

LM016L

COOLUA

COQLUCO>OlZcO寸99Z

>>>MMUJQOQQQQQQ

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2

co

寸

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co

00

6

O

T—

CMI

L

弋-

寸

L

图5LCD模块

（五）运算模块（单片机控制）

STC89C52单片机是在一块芯片中集成了CPURAMROM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。

四、软件编程：

1、主函数设计：

#include

#include#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintchartranslate（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=P3A4;

sbitR_W=P3A5;sbitRS=P3A6;

/******************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：

voidarithmetic（）

{

if（iny）

{

switch（operators）

{

case1:

x=x+y;num=x;

if（num<134217728&&num>-134217728）{

display（num）;

}

elsedataoverflow（）;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）;

}

voidwrite_data（charddata）

{

RS=1;/*写指令*/

R_W=0;

EN=1;/*使能信号开*/

P仁ddata;/*将数据送入pl口*/

EN=O;/*使能信号关*/

check_BF（）;

}

LCD

写指令函数

voidwrite_com（charcommand）

{

RS=O;/*写指令*/

R_W=O;

EN=1;/*使能信号开*/

P仁command;/*将数据送入pl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）;

}

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

}

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]）;

}

voiddataoverflow（）

{

inti=0;

clearLCD（）;

for（i=0;i<8;i++）write_data（overflow[i]）;

}

五、联机调试：

在联机调试的过程中，由于一开始设的液晶显示器的电压过高，使得屏幕太亮，所以没有数字显示。

在我们的耐心调试之下，发现电压在1.5一2V是液晶显示器正常工作电压。

修改后，LC[显示正确。

六、心得体会

这是我们进入大学来的第三个关于设计类的课题。

第一个是C语言，第二个是电子科技竞赛。

这次与前两次的不同在于这个留给我的更多的是抽象与纠结。

在这次长通杯竞赛中，我学到了好多东西，有些甚至是课本上面所没有的。

1、我们对proteus仿真软件有了初步的了解和认识。

通过使用proteus仿真软件，可以让我们在虚拟的环境中进行实验，可以先通过它来检验电路的正确性和可行性，而不需要真实电路环境的介入，不必顾及仪器设备的短缺与时间环境的限制，能够极大的提高实验的效率。

这让从来没有接触过这种软件的我们感到无比的欣喜。

2、以前总认为查阅资料没有多大的意义，但是通过这次比赛，我们了解到查阅参考书的独立思考的能力以及培养非常重要，我们在设计电路时，遇到很多不理解的东西，有的我们通过查阅参考书弄明白，有的通过网络查到，但由于时间和资料有限我们更多的还是独立思考。

这也提示我们以后要学会学方面的查找资料，逐步提高自己的学习能力。

3、相互讨论共同研究也是很重要的，我们在仿真的时候经常出现一些问题，比如电路设计中的控制器的设计，以及乒乓球游戏机怎样计分等的分析。

一个人的能力毕竟是有限的，所以我们几个集思广益，每个人都发动自己的思维，集体讨论，最后取得了很好的效果。

最后我们还懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在设计的过程中遇

到了不少棘手的问题，可谓是困难重重。

但这毕竟第一次做关于实物的课程设计，难免会遇到过各种各样的问题，我们必须要学着自己去找资料、去理解、去解决问题，加强我们独立思考的能力。

同时在设计的过程中。

我发现了许多自己的不足之处，认识的自己对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，没有在日常生活中将理论与实际相结合起来，以后要多加努力才行啊！

感谢老师给了我们这样一次机会，让我们有机会将我们所学的东西付诸于实践。

这次比赛不仅是我们收获了好多，同时还不断的鞭策我们，使我们不断的学习，朝向自己的目标，不断前进！