簡易計算器課程設計

1、實訓成績批閱教師日 期課程設計課程名稱 單片機原理及接口技術 專業(yè)班級 電氣 學 號 2013118508 學生姓名 指導教師 實訓地點 2015年07月17日摘要隨著社會的發(fā)展，科學的進步，人們的生活水平在逐步的提高，尤其是微電子技術的發(fā)展，猶如雨后春筍般的變化。電子產(chǎn)品的更新速度快就不足驚奇了, 單片機的應用已經(jīng)越來越貼近生活，用單片機來實現(xiàn)一些電子設計也變得容易起來。近年來，單片機以其體積小、價格廉、面向控制等獨特優(yōu)點，在各種工業(yè)控制、儀器儀表、設備、產(chǎn)品的自動化、智能化方面獲得了廣泛的應用。與此同時，單片機應用系統(tǒng)的可靠性成為人們越來越關注的重要課題。影響可靠性的因素是多方面的，如構成

2、系統(tǒng)的元器件本身的可靠性、系統(tǒng)本身各部分之間的相互耦合因素等。其中系統(tǒng)的抗干擾性能是系統(tǒng)可靠性的重要指標。本設計采用80S51 芯片，實現(xiàn)了利用單片機進行了一個簡單計算器設計。允許對輸入數(shù)據(jù)進行加減乘除運算及LCD 顯示。實例所設計的計算器是用LCD1LM016L顯示的，當然也可以用其他的器件顯示，如LED 顯示屏，這樣就可以顯示出更多的字符?？萍嫉倪M步告別了以前復雜的模擬電路，一塊幾厘米平方的單片機可以省去很多繁瑣的電路?，F(xiàn)在應用較廣泛的是科學計算器，但在市場還是需要簡易計算器，因為其價格低廉，設計簡單，使用方便被廣泛的運用于我們的日常生活之中。 目錄一、設計的大體思路1二、所用元件的詳細功

3、能11、運算模塊AT89C5112、鍵盤輸入43、液晶模塊簡介6三、計算器程序流程圖7四、總的設計圖8五、計算器C語言編程9六、功能實現(xiàn)截圖171、圖注釋172、圖注釋：183、圖注釋：194、圖注釋：205、圖注釋：21七、實訓心得與體會22一、設計的大體思路我選到的本次課程設計的最終目的是要實現(xiàn)一個簡單計算器，要求編寫一個程序，每運行一次可執(zhí)行程序，可以實現(xiàn)數(shù)的加減乘除四則運算。比如，十進制數(shù)的加減乘除四則運算。我們曾經(jīng)學習過兩個具體數(shù)字進行加減法運算，但是對于簡單計算器用匯編語言實現(xiàn)難點在于寄存器所存的數(shù)據(jù)較少，很難實現(xiàn)多位數(shù)的四則運算，C語言確有著解決匯編語言的優(yōu)點，所以選用C語言完成

4、該程序的制作，首先運用單片機AT89c51掃描4*4矩陣鍵盤，從而實現(xiàn)按鍵的輸入功能，鍵盤的輸入是按照每行的電平掃描，并判斷按下數(shù)字鍵之后是否有符號鍵，如果沒有則在原數(shù)之后添加數(shù)字，如果按下符號接收符號后數(shù)據(jù)，并判斷是否有等號鍵按下，如果按下，則調(diào)用運算函數(shù)和輸出結果。二、所用元件的詳細功能1、運算模塊AT89C51MCS-51單片機是在一塊芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定時器/計數(shù)器和多功能I/O等一臺計算機所需要的基本功能部件。如果按功能劃分，它由如下功能部件組成，即微處理器（CPU）、數(shù)據(jù)存儲器（RAM）、程序存儲器（ROM/EPROM）、并行I/O 口、串行口、定時器/計數(shù)器、中

5、斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器（SFR）。單片機是靠程序運行的，并且可以修改。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨特的一些功能，通過使用單片機編寫的程序可以實現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性！因此我們采用單片機作為計算器的主要功能部件，可以進行很快地實現(xiàn)運算功能，如圖所示：第 2 頁單片機(AT89S51)的引腳功能51系列單片機8031、8051及89c51/89s51均采用40Pin封裝的雙列直接DIP結構。上圖是它們的引腳配置:40個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根，4組8位共32個I/O口，中斷口線與P3口線復用,如圖所示：完整引腳圖引腳介紹電源引腳：Vcc40腳正電

6、源腳，工作電壓為5V，另有AT89LV51工作電壓則是2.7-6V, 引腳功能一樣。GND20腳接地端。型號同樣為AT89C51的芯片，在其后面還有頻率編號，有12,16,20,24MHz可選。大家在購買和選用時要注意了。如AT89C51 24PC就是最高振蕩頻率為24MHz,40P6封裝的普通商用芯片。復位：在振蕩器運行時，有兩個機器周期（24個振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腳時，將使單片機復位，只要這個腳保持高電平，51芯片便循環(huán)復位。復位后P0P3口均置1引腳表現(xiàn)為高電平，程序計數(shù)器和特殊功能寄存器SFR全部清零。當復位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，芯片為ROM的0000H處開始運行程序。復

7、位操作不會對內(nèi)部RAM有所影響。當8051通電，時鐘電路開始工作，在RESET引腳上出現(xiàn)24個時鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復位。什么叫復位？復位是單片機重新執(zhí)行程序代碼的意思。8051的復位方式可以是自動復位，也可以是手動復位，如圖3-6所示。此外，RESET/Vpd還是一復用腳，Vcc掉電期間，此腳可接上備用電源， 以保證單片機內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。輸入輸出(I/O)引腳：P39-P32為P0.0-P0.7輸入輸出腳，稱為P0口，是一個8位漏極開路型雙向I/O口。內(nèi)部不帶上拉電阻，當外接上拉電阻時，P0口能以吸收電流的方式驅(qū)動八個LSTTL負載電路。通常在使用時外接上拉電阻，用來驅(qū)動多

8、個數(shù)碼管。 在訪問外部程序和外部數(shù)據(jù)存儲器時，P0口是分時轉換的地址(低8位)/數(shù)據(jù)總線，不需要外接上拉電阻。P1-P8為P1.0-P1.7輸入輸出腳，稱為P1口，是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0口。P1口能驅(qū)動4個LSTTL負載。 通常在使用時外不需要外接上拉電阻，就可以直接驅(qū)動發(fā)光二極管。端口置1時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。P21-P28為P2.0-P2.7輸入輸出腳，稱為P2口，是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口能驅(qū)動4個LSTTL負載。端口置1時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對內(nèi)部Flash程序存儲器編程時，接收高8位地址和控制信息。在訪問外

9、部程序和16位外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口送出高8位地址。而在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時其引腳上的內(nèi)容在此期間不會改變。 P10-P17為P3.0-P3.7輸入輸出腳，稱為P3口，是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口能驅(qū)動4個LSTTL負載，這8個引腳還用于專門的第二功能。端口置1時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。P1P3端口在做輸入使用時，因內(nèi)部有上接電阻，被外部拉低的引腳會輸出一定的電流。除此之外P3端口還用于一些專門功能，如P3引腳兼用功能P3.0串行通訊輸入（RXD）P3.1串行通訊輸出（TXD）P3.2外部中斷0（ INT0）P3.3外部中斷1（INT1）P3.4

10、定時器0輸入(T0)P3.5定時器1輸入(T1)P3.6外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通WRP3.7外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通RD控制或復用引腳：(1) ALE/PROG 30 訪問外部存儲器時，ALE（地址鎖存允許）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE端仍以不變的頻率輸出脈沖信號(此頻率是振蕩器頻率的1/6)。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，出現(xiàn)一個ALE脈沖。對Flash存儲器編程時，這個引腳用于輸入編程脈沖PROG(2) PSEN 29 該引是外部程序存儲器的選通信號輸出端。當AT89C51由外部程序存儲器取指令或常數(shù)時，每個機器周期輸出2個脈沖即兩次有效。但訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將不會有脈

11、沖輸出。(3) EA/Vpp 31 外部訪問允許端。當該引腳訪問外部程序存儲器時，應輸入低電平。要使AT89S51只訪問外部程序存儲器（地址為0000H-FFFFH）,這時該引腳必須保持低電平。對Flash存儲器編程時，用于施加Vpp編程電壓。2、鍵盤輸入當無按鍵閉合時，P10P13 與P14P17 之間開路；當有鍵閉合時，與閉合鍵相連的兩條I/O 口線之間短路。判斷有無按鍵按下的方法是：第一步，置列線P14P17 為輸入狀態(tài)，從行線P10P13 輸出低電平，讀入列線數(shù)據(jù)，若某一列線為低電平，則該列線上有鍵閉合。第二步，行線輪流輸出低電平，從列線P14P17 讀入數(shù)據(jù)，若有某一列為低電平，則對

12、應行線上有鍵按下。綜合一二兩步的結果，可確定按鍵編號。但是鍵閉合一次只能進行一次鍵功能操作，因此須等到按鍵釋放后，再進行鍵功能操作，否則按一次鍵，有可能會連續(xù)多次進行同樣的鍵操作。這種情況下，編程會很簡單，但是會占用大量的I/O 口資源，因此在很多情況下都不采用這種方式。為此，我們引入了矩陣鍵盤的應用，采用四條I/O 線作為行線，四條I/O 線作為列線組成鍵盤。在行線和列線的每個交叉點上設置一個按鍵。這樣鍵盤上按鍵的個數(shù)就為4×4個。這種行列式鍵盤結構能有效地提高單片機系統(tǒng)中I/O 口的利用率，如圖所示：鍵盤介紹：每個按鍵都有它的行值和列值，行值和列值的組合就是識別這個按鍵的編碼。矩

13、陣的行線和列線分別通過兩并行接口和CPU通信。鍵盤的一端（列線）通過電阻接VCC，而接地是通過程序輸出數(shù)字“0”實現(xiàn)的。鍵盤處理程序的任務是：確定有無鍵按下，判斷哪一個鍵按下，鍵的功能是什么？還要消除按鍵在閉合或斷開時的抖動。兩個并行口中，一個輸出掃描碼，使按鍵逐行動態(tài)接地；另一個并行口輸入按鍵狀態(tài)，由行掃描值和回饋信號共同形成鍵編碼而識別按鍵，通過軟件查表，查出該鍵的功能。3、液晶模塊簡介LM016L的結構及功能LM016L液晶模塊采用HD44780控制器，hd44780具有簡單而功能較強的指令集，可以實現(xiàn)字符移動，閃爍等功能，LM016L與單片機MCU通訊可采用8位或4位并行傳輸兩種方式，

14、hd44780控制器由兩個8位寄存器，指令寄存器（IR）和數(shù)據(jù)寄存器（DR）忙標志（BF），顯示數(shù)RAM（DDRAM），字符發(fā)生器ROMA（CGOROM）字符發(fā)生器RAM（CGRAM），地址計數(shù)器RAM(AC)。IR用于寄存指令碼，只能寫入不能讀出，DR用于寄存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由內(nèi)部操作自動寫入DDRAM和CGRAM,或者暫存從DDRAM和CGRAM讀出的數(shù)據(jù)，BF為1時，液晶模塊處于內(nèi)部模式，不響應外部操作指令和接受數(shù)據(jù)，DDTAM用來存儲顯示的字符，能存儲80個字符碼，CGROM由8位字符碼生成5*7點陣字符160中和5*10點陣字符32種.8位字符編碼和字符的對應關系Proteus仿真：使用P

15、roteus仿真1602-即LM016L-依照數(shù)據(jù)手冊說明可能遇到困難，可以嘗試采用以下方案解決：1、數(shù)據(jù)手冊中可能介紹1602內(nèi)部D0D7已有上拉，可以使用P0口直接驅(qū)動。在Proteus里LM016L內(nèi)部可能沒有,應該人為加上拉電阻。建議不要使用排阻，使用普通電阻一個一個拉應該可以解決問題；2、可能碰到不能檢測忙信號的問題，嘗試使用延時把忙信號拖過去.引腳說明1602字符型LCD通常有14條引腳線電路接口設計，AT889C51的P0口作為數(shù)據(jù)的輸出端，P2.0和P2.1,P2.2作為控制信號的輸出端三、計算器程序流程圖 系統(tǒng)程序流程圖 LCD顯示流程圖開始預設數(shù)據(jù)顯示開始調(diào)整指針指向下一行

16、LCD初始化功能設置系統(tǒng)初始化LCD初始化顯示結束？顯示RAM區(qū)清 N顯示指針指向下一行處理按鍵值 Y待顯示數(shù)據(jù)送緩沖判斷當前狀態(tài)結束LCD顯示四、總的設計圖簡易計算器主要包括：鍵盤電路、顯示電路。以下是設計的整個系統(tǒng)的圖五、計算器C語言編程#include<reg51.h> /頭文件 #define uint unsigned int / 將unit定義為無符號整數(shù)#define uchar unsigned char / 將uchar定義為無符號變量sbit lcden=P23; /定義引腳 sbit rs=P24; /定義引腳sbit rw=P20; /定義引腳sbit bu

17、sy=P07; /定義引腳char i,j,temp,num,num_1;long a,b,c;/a為第一個數(shù) b為第二個數(shù) c,得數(shù)float a_c,b_c;uchar flag,fuhao;/flag表示是否有符號鍵按下，fuhao表征按下的是哪個符號 uchar code table=7,8,9,0,4,5,6,0,1,2,3,0,0,0,0,0;定義無符號數(shù)組uchar code table1=7,8,9,0x2f-0x30,4,5,6,0x2a-0x30,1,2,3,0x2d-0x30,0x01-0x30,0,0x3d-0x30,0x2b-0x30; /十六進制碼 2f(除法)2a

18、（乘法）2d（減）01（清零）3d（等號）2b（加號）void delay(uchar z) / 延遲函數(shù)uchar y; uchar/定義為無符號變量for(z;z>0;z-)for(y=0;y<110;y+);void check() / 判斷忙或空閑doP0=0xFF;rs=0; /指令rw=1; /讀lcden=0; /禁止讀寫delay(1); /等待，液晶顯示器處理數(shù)據(jù)lcden=1; /允許讀寫 while(busy=1); /判斷是否為空閑，1為忙，0為空閑 void write_com(uchar com) / 寫指令函數(shù) P0=com; /com指令付給P0口r

19、s=0;rw=0;lcden=0;check();lcden=1; void write_date(uchar date) / 寫數(shù)據(jù)函數(shù) P0=date;rs=1;rw=0;lcden=0;check();lcden=1; void init() /初始化 num=-1;lcden=1; /使能信號為高電平write_com(0x38); /8位，2行write_com(0x0c); /顯示開，光標關，不閃爍*/write_com(0x06); /增量方式不移位 顯竟獗暌貧 柚?write_com(0x80); /檢測忙信號write_com(0x01); /顯示開，光標關，不閃爍num_1

20、=0;i=0;j=0;a=0; /第一個參與運算的數(shù)b=0; /第二個參與運算的數(shù)c=0;flag=0; /flag表示是否有符號鍵按下，fuhao=0; / fuhao表征按下的是哪個符號void keyscan() / 鍵盤掃描程序P3=0xfe;if(P3!=0xfe) delay(20); /延遲20ms if(P3!=0xfe) temp=P3&0xf0; switch(temp) case 0xe0:num=0;break;case 0xd0:num=1;break;case 0xb0:num=2;break; case 0x70:num=3;break; while(P3

21、!=0xfe);/鍵盤第一行7 8 9 /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)/沒有按過符號鍵 a=a*10+tablenum; else/如果按過符號鍵 b=b*10+tablenum; else/如果按下的是'/' flag=1; fuhao=4;/4表示除號已按 i=table1num; write_date(0x30+i);P3=0xfd;if(P3!=0xfd)delay(5);if(P3!=0xfd)te

22、mp=P3&0xf0;switch(temp) case 0xe0:num=4; break;case 0xd0:num=5;break;case 0xb0:num=6;break;case 0x70:num=7;break;while(P3!=0xfd);/鍵盤第二行4 5 6 *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)/沒有按過符號鍵 a=a*10+tablenum;else/如果按過符

23、號鍵 b=b*10+tablenum; else/如果按下的是'/'flag=1; fuhao=3;/3表示乘號已按i=table1num;write_date(0x30+i);P3=0xfb;if(P3!=0xfb)delay(5); if(P3!=0xfb) temp=P3&0xf0; switch(temp) case 0xe0:num=8; break; case 0xd0:num=9; break; case 0xb0:num=10; break; case 0x70:num=11; break; while(P3!=0xfb); /鍵盤第三行1 2 3 -

24、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)/沒有按過符號鍵 a=a*10+tablenum; else/如果按過符號鍵 b=b*10+tablenum; else if(num=11)/如果按下的是'-' flag=1; fuhao=2;/2表示減號已按 i=table1num; write_date(0x30+i); P3=0xf7; if(P3!=0xf7) delay(5); if(P3!=0xf7) t

25、emp=P3&0xf0; switch(temp) case 0xe0:num=12; break; case 0xd0:num=13; break; case 0xb0:num=14; break; case 0x70:num=15; break; /鍵盤第四行 while(P3!=0xf7); switch(num) case 12:write_com(0x01);a=0;b=0;flag=0;fuhao=0;/按下的是"清零" break; case 13: /按下的是"0" if(flag=0) /沒有按過符號鍵 a=a*10; writ

26、e_date(0x30); P1=0; else if(flag=1)/如果按過符號鍵 b=b*10; write_date(0x30); break; /加法 case 14:j=1; if(fuhao=1)write_com(0x80+0x4f);/按下等于鍵，光標前進至第二行最后一個顯示處 write_com(0x04); /設置從后住前寫數(shù)據(jù)，每寫完一個數(shù)據(jù)，光標后退一格 c=a+b; while(c!=0) write_date(0x30+c%10); c=c/10; write_date(0x3d); /再寫"=" a=0;b=0;flag=0;fuhao=0;

27、 /減法 else if(fuhao=2)write_com(0x80+0x4f); /光標前進至第二行最后一個顯示處 write_com(0x04); /設置從后住前寫數(shù)據(jù)，每寫完一個數(shù)據(jù)，光標后退一格 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); /再寫"=" a=0;b=0;flag=0;fuhao=0; /乘法 else if(fuhao=3)write_com(0x

28、80+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; /除法 else if(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); /如果除數(shù)為零輸出=/ if(a/

29、b=0) write_date(0x30); write_date(0x3d); a=0;b=0;flag=0;fuhao=0; break;case 15:write_date(0x30+table1num);flag=1;fuhao=1; break; main()init();while(1) keyscan();六、功能實現(xiàn)截圖圖1、圖注釋：可實現(xiàn)小數(shù)點后3位的顯示，來自源程序c=(long)(float)a/b)*1000);Float：單精度實型變量取值范圍在-1038到1038，有4字節(jié)，有效位數(shù)78位圖2、圖注釋：減法的實現(xiàn)可以實現(xiàn)負數(shù)，源程序if(fuhao=2)write_

30、com(0x80+0x4f); /光標前進至第二行最后一個顯示處 write_com(0x04); /設置從后住前寫數(shù)據(jù)，每寫完一個數(shù)據(jù)，光標后退一格 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); /再寫"=" a=0;b=0;flag=0;fuhao=0; 圖3、圖注釋：源程序if(fuhao=1)write_com(0x80+0x4f);/按下等于鍵，光標前進至第二行最后

31、一個顯示處 write_com(0x04); /設置從后住前寫數(shù)據(jù)，每寫完一個數(shù)據(jù)，光標后退一格 c=a+b; while(c!=0) write_date(0x30+c%10); c=c/10; write_date(0x3d); /再寫"=" a=0;b=0;flag=0;fuhao=0;圖4、圖注釋：源程序if(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; /最大可實現(xiàn)被