基于单片机的计算器设计.docx

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基于单片机的计算器设计

3.1硬件连接

  图3-1所示为简易计算器的电路原理图。

P3口用于键盘输入，接4*4矩阵键盘，键值与键盘的对应表如表----所示，p0口和p2口用于显示，p2口用于显示数值的高位，po口用于显示数值的低位。

图3-1简易计算器电路原理图

键值与功能对应表

键值

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

+

-

×

/

=

ON/C

功能

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

+

-

×

÷

=

清零

表3-1

3.2计算器的软件设计

#include  //头文件

#defineuintunsignedint//

#defineucharunsignedchar

sbitlcden=P2^3;//定义引脚

sbitrs=P2^4;

sbitrw=P2^0;

sbitbusy=P0^7;

chari,j,temp,num,num_1;

longa,b,c;   //a,第一个数b,第二个数c,得数

floata_c,b_c;

ucharflag,fuhao;//flag表示是否有符号键按下，fuhao表征按下的是哪个符号

ucharcodetable[]={

7,8,9,0,

4,5,6,0,

1,2,3,0,

0,0,0,0};

ucharcodetable1[]={

7,8,9,0x2f-0x30,

4,5,6,0x2a-0x30,

1,2,3,0x2d-0x30,

0x01-0x30,0,0x3d-0x30,0x2b-0x30};

voiddelay（ucharz）//延迟函数

{

uchary;

for（z;z>0;z--）

  for（y=0;y<110;y++）;

}

voidcheck（）//判断忙或空闲

{

do{

   P0=0xFF;

   rs=0;   //指令

   rw=1;   //读

   lcden=0;   //禁止读写

   delay

（1）;//等待，液晶显示器处理数据

   lcden=1;   //允许读写

   }while（busy==1）;//判断是否为空闲，1为忙，0为空闲

}

voidwrite_com（ucharcom）//写指令函数

{

P0=com;  //com指令付给P0口

rs=0;

rw=0;

lcden=0;

check（）;

lcden=1;

}

voidwrite_date（uchardate）//写数据函数

{

   P0=date;

rs=1;

rw=0;

lcden=0;

check（）;

lcden=1;

}

voidinit（）//初始化

{

   num=-1;

lcden=1;//使能信号为高电平

write_com（0x38）;//8位，2行

write_com（0x0c）;//显示开，光标关，不闪烁*/

write_com（0x06）;//增量方式不移位显竟獗暌贫柚?

write_com（0x80）;//检测忙信号

write_com（0x01）;//显示开，光标关，不闪烁

num_1=0;

i=0;

j=0;

a=0;   //第一个参与运算的数

b=0;   //第二个参与运算的数

c=0;

flag=0;//flag表示是否有符号键按下，

fuhao=0;//fuhao表征按下的是哪个符号

}

voidkeyscan（）//键盘扫描程序

{

P3=0xfe;

if（P3!

=0xfe）

{

  delay（20）;延迟20ms

  if（P3!

=0xfe）

  {

   temp=P3&0xf0;

   switch（temp）

   {

    case0xe0:

num=0;

      break;

    case0xd0:

num=1;

      break;

    case0xb0:

num=2;

      break;

    case0x70:

num=3;

      break;

   }

  }

  while（P3!

=0xfe）;

  if（num==0||num==1||num==2）//如果按下的是'7','8'或'9

  {

      if（j!

=0）

       {

         write_com（0x01）;

         j=0;

        }

      if（flag==0）//没有按过符号键

   {

    a=a*10+table[num];

   }

   else//如果按过符号键

   {

    b=b*10+table[num];

   }

  }

  else//如果按下的是'/'

  {

   flag=1;

   fuhao=4;//4表示除号已按

  }

  i=table1[num];

  write_date（0x30+i）;

}

P3=0xfd;

if（P3!

=0xfd）

{

  delay（5）;

  if（P3!

=0xfd）

  {

   temp=P3&0xf0;

   switch（temp）

   {

    case0xe0:

num=4;

        break;

    case0xd0:

num=5;

        break;

    case0xb0:

num=6;

        break;

    case0x70:

num=7;

        break;

   }

  }

  while（P3!

=0xfd）;

  if（num==4||num==5||num==6&&num!

=7）//如果按下的是'4','5'或'6'

  {

   if（j!

=0）

       {

         write_com（0x01）;

         j=0;

        }

      if（flag==0）//没有按过符号键

   {

    a=a*10+table[num];

   }

   else//如果按过符号键

   {

    b=b*10+table[num];

   }

  }

  else//如果按下的是'/'

  {

   flag=1;

   fuhao=3;//3表示乘号已按

  }

  i=table1[num];

  write_date（0x30+i）;

}

P3=0xfb;

if（P3!

=0xfb）

{

  delay（5）;

  if（P3!

=0xfb）

  {

   temp=P3&0xf0;

   switch（temp）

   {

    case0xe0:

num=8;

        break;

    case0xd0:

num=9;

        break;

    case0xb0:

num=10;

        break;

    case0x70:

num=11;

        break;

   }

  }

  while（P3!

=0xfb）;

  if（num==8||num==9||num==10）//如果按下的是'1','2'或'3'

  {

   if（j!

=0）

       {

         write_com（0x01）;

         j=0;

        }

     if（flag==0）//没有按过符号键

   {

    a=a*10+table[num];

   }

   else//如果按过符号键

   {

    b=b*10+table[num];

   }

  }

  elseif（num==11）//如果按下的是'-'

  {

   flag=1;

   fuhao=2;//2表示减号已按

  }

  i=table1[num];

  write_date（0x30+i）;

}

P3=0xf7;

if（P3!

=0xf7）

{

  delay（5）;

  if（P3!

=0xf7）

  {

   temp=P3&0xf0;

   switch（temp）

   {

    case0xe0:

num=12;

        break;

    case0xd0:

num=13;

        break;

    case0xb0:

num=14;

        break;

    case0x70:

num=15;

        break;

   }

  }

  while（P3!

=0xf7）;

  switch（num）

  {

   case12:

{write_com（0x01）;a=0;b=0;flag=0;fuhao=0;}//按下的是"清零"

    break;

   case13:

{              //按下的是"0"

      if（flag==0）//没有按过符号键

      {

       a=a*10;

       write_date（0x30）;

       P1=0;

      }

      elseif（flag==1）//如果按过符号键

      {

       b=b*10;

       write_date（0x30）;

       }

     }

    break;

   case14:

{j=1;

          if（fuhao==1）{write_com（0x80+0x4f）;//按下等于键，光标前进至第二行最后一个显示处

          write_com（0x04）;   //设置从后住前写数据，每写完一个数据，光标后退一格

          c=a+b;

          while（c!

=0）

          {

            write_date（0x30+c%10）;

            c=c/10;

          }

          write_date（0x3d）;   //再写"="

          a=0;b=0;flag=0;fuhao=0;

          }

     elseif（fuhao==2）{write_com（0x80+0x4f）;//光标前进至第二行最后一个显示处

           write_com（0x04）;   //设置从后住前写数据，每写完一个数据，光标后退一格（这个照理说顺序不对，可显示和上段一样）

          if（a-b>0）

            c=a-b;

          else

            c=b-a;

          while（c!

=0）

          {

            write_date（0x30+c%10）;

            c=c/10;

          }

          if（a-b<0）

            write_date（0x2d）;

          write_date（0x3d）;   //再写"="           

          a=0;b=0;flag=0;fuhao=0;

         }

     elseif（fuhao==3）{write_com（0x80+0x4f）;

           write_com（0x04）;

            c=a*b;

            while（c!

=0）

            {

            write_date（0x30+c%10）;

            c=c/10;

            }

            write_date（0x3d）;     

         a=0;b=0;flag=0;fuhao=0;

            }

     elseif（fuhao==4）{write_com（0x80+0x4f）;

           write_com（0x04）;

           i=0;

           c=（long）（（（float）a/b）*1000）;

           while（c!

=0）

            {

              write_date（0x30+c%10）;

              c=c/10;

          i++;

          if（i==3）

              write_date（0x2e）;

            }

           if（a/b<=0）

             write_date（0x30）;

           write_date（0x3d）;                             

           a=0;b=0;flag=0;fuhao=0;

                   }

     }

    break;

    case15:

{write_date（0x30+table1[num]）;flag=1;fuhao=1;}

    break;

  }

}

}

main（）

{

init（）;

while

（1）

{

  keyscan（）;

}

}

第4章仿真和调试

下面用KEILuVision与porteus仿真软件实现简易计算器的仿真与调试。

4.1keil软件的介绍

　　单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，我们写的汇编语言源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法，一种是手工汇编，另一种是机器汇编，目前已极少使用手工汇编的方法了。

机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于MCS-51单片机的汇编软件有早期的A51，随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可看出。

Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部份组合在一起。

运行Keil软件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空闲的硬盘空间、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。

掌握这一软件的使用对于使用51系列单片机的爱好者来说是十分必要的，如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选（目前在国内你只能买到该软件、而你买的仿真机也很可能只支持该软件），即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。

　　KeilC51开发系统基本知识KeilC51开发系统基本知识

　　1.系统概述

　　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。

　　2.KeilC51单片机软件开发系统的整体结构

C51工具包的整体结构中，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。

3.采用KEIL开发的89c51单片机应用程序一般需要以下步骤：

（1）在uVision集成开发环境中创建新项目（Project），扩展文件名为.UV2,并为该项目选定合适的单片机CPU器件（本设计采用ATMEL公司下的AT89C51）

（2）用uVision的文本编辑器编写源文件，可以是汇编文件（.ASM）,也可以使C语言文件（扩展名.C），并将该文件添加到项目中去。

一个项目文件可以包含多个文件，除了源程序文件外，还可以是库文件、头文件或文本说明文件。

（3）通过uVision2的相关选择项，配置编译环境、连接定位器以及Debug调试器的功能。

（4）对项目中的源文件进行编译连接，生成绝对目标代码和可选的HEX文件，如果出现编译连接错误则返回到第2步，修改源文件中的错误后重构整个项目。

（5）对没有语法错误的程序进行仿真调试，调试成功后将HEX文件写入到单片机应用系统的ROM中。

4.2本设计的操作

根据上述操作可得图4-1

编译调试程序后，从Build一栏可以看到

“creatinghexfilefrom‘jsq’…”

“‘jsq’-0Error（s）,0Warning（s）.”

下一步就可以在Proteus软件了调用hex文件及烧入单片机。

图4-1keil调试

4.3proteus7.1介绍

   Proteus的ISIS是一款Labcenter出品的电路分析实物仿真系统，可仿真各种电路和IC，并支持单片机，元件库齐全，使用方便，是不可多得的专业的单片机软件仿真系统。

该软件的特点：

（1）全部满足我们提出的单片机软件仿真系统的标准，并在同类产品中具有明显的优势。

（2）具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS一232动态仿真、1C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。

③目前支持的单片机类型有：

68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。

④支持大量的存储器和外围芯片。

总之该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大，可仿真51、AVR、PIC。

4.4Proteus对于本设计的仿真

操作步骤如下：

（1）进入proteusISIS集成环境，在工作前，在systerm菜单下设置界面的颜色、图形界面大小等项目，我采用了系统默认值。

（2）通过工具栏中的

（从库中选择元件命令）命令，在pickdevices窗口中选择电路所需的元件，放置元件到编辑区并调整其相对位置，进行元件参数设置，元器件间连线。

器件库如表4-1所示，选择后如图4-12所示。

器件库

器件名称

MicroprocessorICs

89C51

Switches&Relays

BUTTON

Optoelectronics

LM016L

Resistors

RESPACK-8

Resistors

POT-LIN

TerminalsMode

POWER

表4-1器件库及所选器件

（3）连线并加上需要的说明，并完成仿真原理图，如图4-3所示。

操作说明：

（1）本计算器实现8位数的加、减、乘、除运算。

（2）按下数值键，显示按下的“数字”按运算符，再，按第2个操作数，显示，按“=”键，得到运算结果。

（3）按“清零”键清除运算结果，可重新开始。

图4-3仿真原理

（4）加载程序。

将编译调试完成的简易计算器机器码程序（hex文件）加载到AT89C51单片机中。

（5）单击仿真工具栏中的仿真键

，观察仿真结果。

可以按暂停、继续、单步、等按钮，查看效果。

运行单步运行暂停  停止

图4-4仿真工具栏

（6）调试与思考

图4-2器件列表

第5章Protel作图及PCB制板

5.1ProtelDXP2004简介

   到现在许多PCB工程师们也许还在使用Protel99或者protel99se在他们所熟悉的编辑环境下进行PCB设计，他们都很有经验，能够在protel99或protel99se上设计出一块很棒的PCB。

但有的时候他们甚至不相信软件的智能化给他们带来的巨大方便。

于是许多PCB工程师根本不使用软件带有的强大的自动布线功能，因为即使重复布上几百次都不能得到他们满意的方案，或是调整的线太多还不如完全手工布线。

这些都让他们不愿意接受也不相信更新换代了的人工智能能给他们的设计带来什么巨大的方便，他们相信的只是他们多少年积累的经验。

但实际上他们都很清楚当他们设计一块多层高密度PCB所需要付出的代价是什么，同时他们也希望真的有那么一款软件能让他们的设计效率有极大的提高的PCB设计软件。

现在Altium公司2004年最新产品Protel2004完全能满足这方面的要求。

当然Protel2004面对的用户不光是为了方便这些有多年经验的PCB工程师们。

Protel2004同时还降低了制作PCB的门槛，通过短时间的培训（即使是自学），很短时间您都可以很快的制作一块合格的PCB。

   Protel2004共可进行74个板层设计，包含32层Signal（信号走线层）;16层Mechanical（机构层）;16层InternalPlane（内层电源层）;2层SolderMask（防焊层）;2层PasteMask（锡膏层）;2层Silkscreen（丝印层）;2层钻孔层（钻孔引导