簡易計(jì)算器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

沈陽航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程設(shè)計(jì)名稱：單片機(jī)系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)題目：簡易計(jì)算器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)院（系）：專業(yè)：班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：指導(dǎo)教師：完成日期：目錄TOC\o"1-3"\h\z第1章 總體設(shè)計(jì)方案 11.1設(shè)計(jì)內(nèi)容 11.2設(shè)計(jì)原理 11.3設(shè)計(jì)思路 21.4實(shí)驗(yàn)環(huán)境 2第2章詳細(xì)設(shè)計(jì)方案 32.1硬件電路設(shè)計(jì) 32.2主程序設(shè)計(jì) 72.2功能模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 8第3章結(jié)果測試及分析 113.1結(jié)果測試 113.2結(jié)果分析 11參考文獻(xiàn) 12附錄1元件清單 13附錄2總電路圖 14附錄3程序代碼 15總體設(shè)計(jì)方案1.1設(shè)計(jì)內(nèi)容本設(shè)計(jì)是基于51系列的單片機(jī)進(jìn)行的十進(jìn)制計(jì)算器系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以完成計(jì)算器的鍵盤輸入，進(jìn)行加、減、乘、除1位無符號(hào)數(shù)字的簡單四則運(yùn)算，并在6位8段數(shù)碼管上顯示相應(yīng)的結(jié)果。設(shè)計(jì)過程在硬件與軟件方面進(jìn)行同步設(shè)計(jì)。硬件方面從功能考慮，首先選擇內(nèi)部存儲(chǔ)資源豐富的8751單片機(jī)，輸入采用4×4矩陣鍵盤。顯示采用6位8段共陽極數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示。軟件方面從分析計(jì)算器功能、流程圖設(shè)計(jì)，再到程序的編寫進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。編程語言方面從程序總體設(shè)計(jì)以及高效性和功能性對(duì)C語言和匯編語言進(jìn)行比較分析，最終選用匯編語言進(jìn)行編程，并用protel99se涉及硬件電路。1.2設(shè)計(jì)原理在該課程設(shè)計(jì)中，主要用到一個(gè)8751芯片和串接的共陽數(shù)碼管,和一組陣列式鍵盤。作為該設(shè)計(jì)的主要部分，下面將對(duì)它們的原理及功能做詳細(xì)介紹和說明。提出方案以8751為核心，和數(shù)碼管以及鍵盤用實(shí)驗(yàn)箱上已有的器件實(shí)現(xiàn)計(jì)算器的功能。2)總體方案實(shí)現(xiàn)(1)要解決鍵值得讀入。先向鍵盤的全部列線送低電平，在檢測鍵盤的行線，如果有一行為低電平，說明可能有按鍵按下，則程序轉(zhuǎn)入抖動(dòng)檢測就是延時(shí)10ms再讀鍵盤的行線，如讀得的數(shù)據(jù)與第一次的相同，說明真的有按鍵按下，程序轉(zhuǎn)入確認(rèn)哪一鍵按下的程序，該程序是依次向鍵盤的列線送低電平，然后讀鍵盤的行線，如果讀的值與第一次相同就停止讀，此時(shí)就會(huì)的到鍵盤的行碼與列碼查表可的鍵值。并且將鍵值送入緩沖區(qū)。(2)計(jì)算。從緩沖區(qū)中取出數(shù)據(jù)按照括號(hào)配匹算法解決符號(hào)優(yōu)先級(jí)問題，如果有鍵值為“F”則清空緩沖區(qū)跳至開始處，否則調(diào)用匯編指令進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果送入緩沖區(qū)。(3)顯示。從緩沖區(qū)中取出數(shù)據(jù)查找段碼表，將段碼送入段碼管。1.3設(shè)計(jì)思路采用匯編語言程序設(shè)計(jì)的方法結(jié)合硬件電路設(shè)計(jì)方法，利用Lab6000實(shí)驗(yàn)箱上已有芯片來實(shí)現(xiàn)計(jì)算器的各項(xiàng)功能。1.4實(shí)驗(yàn)環(huán)境硬件環(huán)境：Lab6000實(shí)驗(yàn)箱，PC機(jī)。軟件環(huán)境：WAVE應(yīng)用軟件。第2章詳細(xì)設(shè)計(jì)方案2.1硬件電路設(shè)計(jì)1）單片機(jī)8751P0口作為存儲(chǔ)器地址線的低8位，p2口作為地址線的高8位，采用定時(shí)器0作為鍵盤抖動(dòng)時(shí)的10ms延時(shí)，采用外部設(shè)備與存儲(chǔ)器統(tǒng)一編制方式。如圖2.1所示。圖2.1單片機(jī)8751圖2）8段共陽極數(shù)碼管圖為八段共陽極數(shù)碼管的引腳圖，從左到右數(shù)碼管的段碼分別為a,b,c,d,e,f,g和小數(shù)點(diǎn)dp，高電平時(shí)點(diǎn)亮，這八位分別74LS374的Q0~Q7接，作為數(shù)碼管的段碼鎖存器，其CPU訪問地址位09004。下邊為位選端和陽極端，6個(gè)位選端分別與另一片74LS374的Q0~Q5，與此同時(shí)為了體現(xiàn)總線的復(fù)用性和硬件電路的簡單性這6位位選線作為鍵盤的列線，CPU訪問地址為09002H。如圖2.2所示。圖2.2 共陽極8段數(shù)碼管圖3）鍵盤鍵盤可分為兩類：編碼鍵盤和非編碼鍵盤。編碼鍵盤是較多按鍵（20個(gè)以上）和專用驅(qū)動(dòng)芯片的組合，當(dāng)按下某個(gè)按鍵時(shí)，它能夠處理按鍵抖動(dòng)、連擊等問題，直接輸出按鍵的編碼，無需系統(tǒng)軟件干預(yù)。通用計(jì)算機(jī)使用的標(biāo)準(zhǔn)鍵盤就是編碼鍵盤。當(dāng)系統(tǒng)功能比較復(fù)雜，按鍵數(shù)量很多時(shí)，采用編碼鍵盤可以簡化軟件設(shè)計(jì)。但大多數(shù)智能儀器和電子產(chǎn)品的按鍵數(shù)目都不太多（20個(gè)以內(nèi)），為了降低成本和簡化電路通常采用非編碼鍵盤。非編碼鍵盤的接口電路有設(shè)計(jì)者根據(jù)需要自行決定，按鍵信息通過接口軟件來獲取。本課題需要的是16個(gè)按鍵，故選擇用非編碼鍵盤。鍵盤的行線與一片74LS245相連接作為鍵盤的掃描碼，其CPU訪問地址09001H。如圖2.3所示。圖2.3 簡易計(jì)算器數(shù)據(jù)輸入鍵盤圖4）74LS37474LS374是地址鎖存器，一片用來鎖存鍵盤，數(shù)碼管的地址，另一片用來鎖存數(shù)碼管的段碼。如圖2.4所示。圖2.474LS374圖5）74LS24574LS245用來讀取鍵盤的行碼A0-A3分別與鍵盤的行線相連接；B0-B7分別與數(shù)據(jù)總線相連接。如圖2.5所示。圖2.574LS245圖6）UNL2003AUNL2003A相當(dāng)于7個(gè)非門IN輸入OUT輸出，其中IN端接鍵盤的列線，OUT端接數(shù)碼管。如圖2.6所示。圖2.6ULN2003A圖2.2主程序設(shè)計(jì)主程序模塊是邊檢測邊顯示的模塊，一旦有按鍵按下（無論是按鍵抖動(dòng)還是真的有按鍵按下）就轉(zhuǎn)入鍵值讀取模塊，如果沒有按鍵按下或是已經(jīng)從鍵值讀取模塊返回，就繼續(xù)從一個(gè)以30H為首地址的緩沖區(qū)中取出數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換成數(shù)碼管的段碼顯示出來。主模塊是一個(gè)死循環(huán)函數(shù)沒有結(jié)束直至人為終止。主程序流程圖如圖2.7所示。 圖2.7主程序流程圖2.2功能模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)1）鍵值讀取模塊。鍵只讀取模塊是，當(dāng)主模塊中有按鍵時(shí)，才被調(diào)用的。其功能是首先延時(shí)10ms已消除鍵盤抖動(dòng)，繼續(xù)讀寫，若讀得的數(shù)據(jù)與主模塊中的鍵值一樣則真的有按鍵按下，若是“F”鍵則清空緩沖區(qū)若是“E”鍵則調(diào)用計(jì)算模塊，否則將鍵值寫入緩沖區(qū)返回主函數(shù)。流程圖如2.8所示。圖2.8鍵值讀取模塊圖圖2.8鍵值讀取模塊圖2）計(jì)算模塊計(jì)算模塊是從緩沖區(qū)中取得數(shù)據(jù)并且壓棧，如遇到“*”或是“/”就出棧同時(shí)進(jìn)行乘除運(yùn)算；至到遇到等號(hào)為止，再從棧中取得數(shù)據(jù)進(jìn)行加減運(yùn)算。并將計(jì)算的結(jié)果送入緩沖區(qū)中。具體流程圖如圖2.9所示。圖2.9計(jì)算模塊圖2.9計(jì)算模塊圖第3章結(jié)果測試及分析3.1結(jié)果測試計(jì)算器實(shí)現(xiàn)了0–F內(nèi)的加減乘除法運(yùn)算，并將表達(dá)式以及結(jié)果顯示在六位八段數(shù)碼管上，其中A鍵為加號(hào)，B鍵為減號(hào)，C鍵為乘號(hào)D鍵為除號(hào)，F(xiàn)鍵為清零，還可以實(shí)現(xiàn)表達(dá)式的運(yùn)算，例如1+2*3/4-5=-2.75的表達(dá)式。3.2結(jié)果分析鍵值的讀取是本次課程設(shè)計(jì)最關(guān)鍵的一部分，因?yàn)橹挥袕逆I盤取得數(shù)據(jù)才能進(jìn)行計(jì)算和顯示，否則該題目無法繼續(xù)進(jìn)行下去，按鍵的讀取邏輯方面并不是很難，但是邊讀取邊顯示就顯得不那么簡單了，所以存在一個(gè)延時(shí)問題。延時(shí)得當(dāng)則讀取和顯示可完美結(jié)合。計(jì)算也是一個(gè)很關(guān)鍵部分，本來想做一個(gè)任意位數(shù)的任意數(shù)學(xué)表達(dá)式的計(jì)算器可是由于時(shí)間限制，只能完成了計(jì)算任意數(shù)學(xué)表達(dá)式計(jì)算器。顯示模塊比較簡單實(shí)現(xiàn)起來也比較容易。參考文獻(xiàn)[1]王愛英.計(jì)算機(jī)組成與設(shè)計(jì)[M].北京:教育出版社，2003[2]楊素行.微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理及應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社，1996[3]張雪蘭.匯編語言程序設(shè)計(jì)[M].北京:清華大學(xué)出版社，2006[4]龔尚福.微機(jī)原理與接口技術(shù)[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2003[5]王中民.微型計(jì)算機(jī)原理[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2003[6]沈美明，溫冬嬋.IBM-PC匯編語言程序設(shè)計(jì)[M].北京:清華大學(xué)出版社，2001附錄1元件清單名稱數(shù)量（個(gè)）型號(hào)備注電阻68段數(shù)碼管6DPY開關(guān)24BUTTON單片機(jī)18751與非門3電源3電容330pf(2個(gè)),10uf(1個(gè))晶振1CRYSTAL芯片574LS系列ULN2003A74LS138，74LS245，74LS373(2)74LS374附錄2總電路圖附錄3程序代碼ORG0000HLJMPMAINORG000BHLJMPINTORG00FFHMAIN:MOVR7,#30HMOVR6,#00HCALLRESETJMPMAINRESET:MOVA,R7MOVR0,AMOVR1,#01HMOVA,#06HSUBBA,R6JBPSW.7,MAXMOVA,R6XRLA,#00HJZCCMOVA,R6MOVR3,AJMPLOOP5MAX:MOVR3,#06HLOOP5:MOVA,@R0MOVR5,ACALLCHACKTABLECALLDISPLAYMOVA,R1RLAMOVR1,ADECR0DJNZR3,LOOP5CC:MOVDPTR,#09004HMOVA,#00HMOVX@DPTR,AMOVR1,#00HCALLREADXRLA,#0FHJZRESETCALLCHACKJMPRESETRETCHACK:CALLDELAYMOVXA,@DPTRMOVR2,AxrlA,R0JZHAVEAJMPCHACKHAVE:MOVR1,#0FBHLOOP:CALLREADxrlA,R2JZEQUALMOVA,R1RLAMOVR1,AAJMPLOOPEQUAL:CALLDELAYCALLDELAYLOOP2:MOVXA,@DPTRXRLA,#0FHJZLOOP3JMPLOOP2LOOP3:CALLCHACKTABCALLCHACKTABLECALLRESOLVERETCHACKTAB:MOVDPTR,#TABMOVA,#00HMOVR5,#00HLOOP4:RLAMOVR4,AMOVCA,@A+DPTRXRLA,R1JNZNEXTMOVA,R4INCAMOVCA,@A+DPTRXRLA,R0JNZNEXTAJMPENDDNEXT:INCR5MOVA,R5SJMPLOOP4ENDD:RETCHACKTABLE:MOVDPTR,#TABLEMOVA,R5MOVCA,@A+DPTRMOVR4,ARETDISPLAY:MOVDPTR,#09002HMOVA,R1MOVX@DPTR,AMOVDPTR,#09004HMOVA,R4MOVX@DPTR,AMOVR2,#0FFHDJNZR2,$RETREAD:MOVDPTR,#09002HMOVA,R1MOVX@DPTR,AMOVDPTR,#09001HMOVXA,@DPTRMOVR0,ARETRESOLVE:INCR7MOVA,R7MOVR0,AMOVA,R5INCR6MOV@R0,AMOVA,R5XRLA,#0FHJZCLEARMOVA,R5XRLA,#0EHJZMJMPMMM:LCALLJISUANGMM:RETCLEAR:LJMPMAINDELAY:MOVTH0,#3CHMOVTL0,#0B0HMOVTMOD,#01HSETBEASETBET0SETBTR0JBTR0,$JMPRRRINT:CLRTR0RETIRRR:RETTAB:DW0DF0EH,0DF0DH,0EF0DH,0F70DH,0DF0BH,0EF0BH,0F70BHDW0DF07H,0EF07H,0F707H,0FB07H,0FB0BH,0FB0DH,0FB0EHDW0F70EH,0EF0EHTABLE:DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07HDB7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71HJISUANG:MOVR0,#31HMOVR1,#50HCHENGCHU:MOVA,@R0XRLA,#0CHJZCHENGMOVA,@R0XRLA,#0DHJZCHENGMOVA,@R0XRLA,#0EHJZOVERMOVA,@R0MOV@R1,AINCR0INCR1JMPCHENGCHUCHENG:MOVA,@R0MOVR3,ADECR1MOVA,@R1MOVR2,AINCR0MOVA,@R0INCR0MOVR4,ACALLMATHMOVA,R5MOV@R1,AINCR1MOVA,R5MOV@R1,AJMPCHENGCHUCHU:MATH:MOVA,R3XRLA,#0AHJZADDDMOVA,R3XRLA,#0BHJZSUBBBMOVA,R3XRLA,#0CHJZMULLJMPOVERADDD:MOVA,R2ADDA,R4MOVR5,AJMPRETTSUBBB:MOVA,R2SUBBA,R4MOVR5,AJMPRETTMULL:MOVA,R2MOVB,R4MULABMOVR5,ARETT:RETOVER:INCR0MOVA,#0EHMOV@R1,AMOVR1,#50HLOOP8:MOVA,@R1XR