簡易計算器的設(shè)計

信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院單片機課程設(shè)計報告題目名稱：學(xué)生姓名：簡易計算器的設(shè)計學(xué)號：2010508121專業(yè)班級：電子信息工程2010級指導(dǎo)教師：時間：2013年7月2日體硬件結(jié)構(gòu)、軟硬件結(jié)合，來加以完善。中，以后必將出現(xiàn)功能更加強大的計算機，基于這樣的理念，本次設(shè)計是用AT89C51單片機、LED顯示器、控制按鍵為元件來設(shè)計的計算器。利用此設(shè)計熟悉單片機微控制器及CI/O端口的功能和基本用途的了解。關(guān)鍵詞：51單片機；LED；控制按鍵目錄1方案選擇………………………11.1題目要求………………………11.2設(shè)計方案………………………11.3方案原理……………………12硬件原理電路圖的設(shè)計與分析…………………12.1各部分電路的設(shè)計思路…………………2.2各部分電路的功能特性……………52.3原理電路圖………………163程序設(shè)計與分析………………63.1各模塊程序的設(shè)計…………73.2完整的程序框圖………………84系統(tǒng)仿真圖………………………94.1計算機硬件連線圖…………94.2仿真結(jié)果……………………94.3PCB圖……………………115系統(tǒng)評價…………126心得體會…………12參考文獻(xiàn)……………12附錄………………131.方案選擇1.1題目要求（1）通過小鍵盤實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入，并在LED數(shù)碼管上顯示(2)實現(xiàn)+、-、*、/(3)在LED數(shù)碼管上顯示結(jié)果(4)并有清零，退出功能1.2設(shè)計方案(1)鍵盤部分要求實現(xiàn)+、-、*、/四種運算。另外包括數(shù)字鍵（0～9鍵和等號鍵，共需要16個鍵，故采用16個按鍵即可。(2)對于輸入的數(shù)據(jù)可以選擇在LCD上顯示也可以選擇在LED不高，故我們采用可以進(jìn)行六位數(shù)字的運算，選用6個LED數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)和結(jié)果。（3LEDAT89C51的引腳來控制驅(qū)動電路從而實現(xiàn)位選。（4）在選擇主控機時本設(shè)計選用AT89C51。由于AT89C51不但繼承了MCS-51的AT89C51單片機內(nèi)的4KBFlash存儲器可在線編程或使用編程器重復(fù)編程，且價錢較低，故選用AT89C51單片機作為主控機。1.3方案原理計算器一般由運算器、控制器、存儲器、鍵盤、顯示器、電源和一些可選外圍設(shè)備及電子組成。該系統(tǒng)通過AT89C51單片機控制，實現(xiàn)對4*4鍵盤LED盤是計算器的輸入部件，顯示器是計算器的輸出部件。整個計算器系統(tǒng)的工作過程為：首先存儲單元初始化，顯示初始值和鍵盤掃描，判斷按鍵位置，查表得出按鍵值，單片機則對數(shù)據(jù)進(jìn)行儲存與相應(yīng)處理轉(zhuǎn)換，之后送入數(shù)碼管顯示。2硬件原理電路圖的設(shè)計與分析2.1各部分電路的設(shè)計思路2.1.1系統(tǒng)模塊圖：12.1.2輸入模塊鍵的方式，在這種情況下，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(shè)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(jié)構(gòu)能有效地提高單片機系統(tǒng)中I/O口的利用率。計算器的鍵盤布局如圖2所示：一般有16個鍵組成，在單片機中正好可以用一個P口實現(xiàn)16個按鍵功能，這種形式在單片機系統(tǒng)中也最常用。2圖3、矩陣鍵盤內(nèi)部電路圖2.1.2單片機模塊AT89C51單片機是在一塊芯片中集成了CPURAMROM/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CPURAMROM/EPROM并行I/O口、串行口、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器（SFR）。單3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，地實現(xiàn)運算功能。2.1.3運算模塊用LEDP1.0—P1.3四個P1口引腳來控制位選，用P0口來控制數(shù)碼管的段選。由于選用的是六位數(shù)的LED所以有六個位選，而在用P1引腳時只有4個引腳可供用，所以選用74HC138譯碼器來控制6個位選。用74HC245鎖存器來儲存數(shù)據(jù)。2.1.4顯示模塊通常的數(shù)碼顯示器是由7段條形的LED組成，點亮適當(dāng)?shù)淖侄?，就可顯示8LED作小數(shù)點用。LED4字0~9的共陽極字形代碼如下表：g0011111011fe11000100101011001110d1011011011c1101111111b1111100111a1011011111012345678990h2.2各部分電路的功能特性2.2.1輸入模塊功能本設(shè)計采用P2P2.0~P2.3與P2.4~P2.7之I/OP2.4~P2.7P2.0~P2.3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P2.4~P2.7次鍵，有可能會連續(xù)多次進(jìn)行同樣的鍵操作。2.2.2單片機模塊功能AT89C51是整個設(shè)計的核心模塊。利用AT89C51的P0口控制數(shù)碼管的段選，從而實現(xiàn)數(shù)字0—9的顯示，P2口控制按鍵，用P1口的前三個引腳與74HC138譯碼器相連，從而實現(xiàn)對數(shù)碼管位選的控制。2.2.3運算模塊的功能選用74HC138P15混亂，簡單明了。2.2.4顯示模塊的功能LED顯示發(fā)光二極管LED是單片機應(yīng)用系統(tǒng)中的一宗簡單而常用的輸出設(shè)外圍器件，LED顯示單元是反映系統(tǒng)輸出和操作輸入的有效器件。LED具備數(shù)字及容易實現(xiàn)多路等。2.3原理電路圖3程序設(shè)計與分析設(shè)計的中心思想是把一個復(fù)雜應(yīng)用程序按整體功能劃分成若干相對獨立的程序模塊，各模塊可以單獨設(shè)計、編程和調(diào)試，然后組合起來。這種方法便于設(shè)計和制各從屬程序和子程序，層層細(xì)化逐步求精，最終完成一個復(fù)雜程序的設(shè)計。3.1各模塊程序的設(shè)計3.1.1按鍵掃描6在CP2P2.0~P2.3與P2.4~P2.7之間開路。當(dāng)有鍵閉合時，與閉合鍵相連的兩條I/O口線之間短路。確定按鍵編號的方法：第一步，置列線P2.4~P2.7為輸入狀態(tài)，從行線P2.0~P2.3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P2.4~P2.7讀入數(shù)據(jù)，若有某一列為低電平，則對應(yīng)行線上有鍵按下。綜合一二兩步的結(jié)果，可確定按鍵編號。3.1.2驗證數(shù)據(jù)的有效性由于選用的是六位的數(shù)碼管，可達(dá)到的最大數(shù)據(jù)為99999，當(dāng)輸入的數(shù)據(jù)或計算出的數(shù)據(jù)結(jié)果大于99999時，會出錯。具體用如下語句來實現(xiàn)：bitcheck_num(floatf_num){if(f_num>=100000)return1;return0;}3.1.3數(shù)碼管顯示C語言中的選擇語句來實現(xiàn)對數(shù)碼管顯示的程序控制。3.1.4計算程序簡單的計算器有加、減、乘、除四種運算。此部分程序框圖如下：加乘除減Y73.2完整的程序框圖開始?84系統(tǒng)仿真圖4.1系統(tǒng)仿真連線圖4.2仿真結(jié)果4.2.1加法94.2.2減法4.2.3乘法104.2.4除法4.3PCB圖115系統(tǒng)評價本設(shè)計實現(xiàn)了簡單計算器的數(shù)據(jù)輸入以及加、減、乘、除、清零等功能。對點復(fù)雜。在軟件方面，實現(xiàn)了設(shè)計的要求，程序語句簡單，但是代碼比較多，容易記錯。由于是簡單的計算器所以最大值能達(dá)到99999，適合做簡單數(shù)字較小的運算，精確讀可達(dá)到0.0001，對要求嚴(yán)格的數(shù)字精確度不是太高。針對以上問題，在熟悉更多器件的情況下，可以利用更換元器件來改進(jìn)。651系列單片機的實際應(yīng)用能力。同時也掌握應(yīng)用程序控制51系列單片機進(jìn)行簡單的數(shù)學(xué)運算。提高了對51系列單片機的編程能力。這門課是最能理論聯(lián)系實際的課，接受知識變成了主動性的尋找知識。在此制作過程中使我們在單片機的基本原來再加以運用，因此這就需要我們有很好的知識基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)[1].2版）.北京.高等教育出版社，2010[2]孫育才等.MCS-51系列單片微型計算機及其應(yīng)用（第4.東南大學(xué)出版社，2004[3]單片機應(yīng)用技術(shù)（C語言）.北京.中國勞動社會保障出版社，2006[4]武慶生,仇梅等著.單片機原理與應(yīng)用.北京.電子科技大學(xué)出版,1998[5]朱定華著.單片機原理與接口技術(shù).西安.電子工業(yè)出版社,2001[6]龔運新著.單片機C語言開發(fā)技術(shù).北京.北京清華大學(xué)出版社,2006[7]周立功.單片機實驗與實踐.北京.北京航空航天大學(xué)出版社，200412=用給給給給給給==用=用=用=用=E用=用=給0用=A=B={}C==13{3{{==}}{=}{=}========4{//1{==}}25{{{==}}146={}{=}={}===={=}===={=}={=}{}={=}}{15{}{=<{=>}=}={=}{{}=}{=&==E}===}16{{<{===}}={{=}%=}======}={=={==，17========為都為=}====