毕业设计（论文）-基于单片机的多功能计算器的设计.doc

2011届毕业设计说明书题目:基于单片机的多功能计算器的设计系、部：电气与信息工程系学生姓名：指导教师：职称高级讲师专业：通信技术班级：0801学号：完成时间：2011年5月9号目录摘要1一、系统设计21.1、功能介绍.21.1.1、基本功能.21.1.2、扩展功能.21.2、总体设计方案.21.2.1、总体设计思路.21.2.2、方案论证与比较.21.2.3、系统组成.8二、重要器件的知识介绍82.1、单片机的知识介绍.82.1.1、单片机的主要性能.82.1.2、单片机的功能特性描叙.92.1.3、单片机的内部结构方框图及芯片引脚图.92.1.4、单片机各引脚功能说明.102.1.5、单片机时钟电路.112.1.6、单片机复位电路.122.1.7、单片机下载口电路.12三、软件设计133.1、液晶显示设计.133.2、键盘输入设计.153.3、计算器函数设计.153.4、程序流程图.183.5、程序清单.20产品使用说明21参考文献22附录1、元器件清单23附录2、系统原理图24附录3、实物照片24附录4、程序清单27致谢46摘要本设计采用单片机作为控制芯片，用C语言对其进行编程实现，输入由4*4行列式键盘控制，输出采用人性化的SBY12864K-ZK型液晶实现。该计算器为多功能计算器，在未进行计算时，它是一个万年历时钟，并且带脑钟和星期显示，所以数据均可随时进行校准，校准数据采用的是独立式键盘，是将4*4行列式键盘的一根线拉低，然后读取与这根线交叉的4根线的所处状态来判断按键是否被按下。对于计算这个部分我采用的是行列键盘，10个数字键，一个小数点键，四个符号键，一个多功能键，通过判别该多功能键连续按的次数来决定该键此时的命令。由于C语言库函数繁多，所以我采用调用C语言库函数来解决多种运算类型，这样编程更简单，运行起来也更可靠。关键字：单片机，点阵图形液晶，行列键盘，C语言库函数。AbstractThedesignusesasingle-chipmicrocomputerasthecontrolchip,usingCprogramminglanguageofitsinputfrom4*4matrixkeyboardcontrol,theoutputoftheuseofhumanSBY12864K-ZK-typeliquidcrystaltoachieve.Multi-functioncalculatorforthecalculator,beforethecalculation,itisacalendarclockandbellandweekswiththebrainshowedthattheremayatanytimecalibrationdata,calibrationdataisusedinstand-alonekeyboard,isa4*4matrixkeyboarddownoneline,andthenreadwiththerootofthecross-line4-linestatetodeterminewhichbuttonhasbeenpressed,whichisonlyfourkeysforthethreecalendarbuttoncalibrationandthecontrolofthebrainclock,andtheotherbuttonisusedtoswitchintothemodeofcalculation.ForthispartofthecalculationIusedthekeyboardmatrix,10numerickeys,adecimalpointkey,foursymbolkeys,amulti-functionkeys,multi-functionthroughtheidentificationoftherowbythenumberofkeystodeterminetheorderofthekeyatthistime.Clanguagelibraryfunctionasaresultofmany,soIusedtocallClanguagelibraryfunctiontosolveawiderangeofoperatortypes,suchprogrammingismuchsimpler,itisalsomorereliable.Keywords:Single-chip,dot-matrixgraphicLCD,matrixkeyboard,Clanguagelibraryfunction.一、系统设计1.1、功能介绍1.1.1、基本功能根据所学知识，自行设计一个计算器，要求自行设计供电电源，该计算器能够实现加减乘除四则混合运算，能够实现连续计算。1.1.2、扩展功能（1）、该计算器能够实现浮点数的运算。（2）、该计算器在不进行计算时能够当时钟用，并且该时钟可显示星期和日历，同时能够修改其值。（3）、该计算器能够实现加减乘除以外的其他运算。1.2、总体设计方案1.2.1、总体设计思路本设计主要采用以下基本模块来实现，控制器模块，输入模块，输出模块和电源模块。通过对控制器进行编程。使其对输入模块的信号进行处理计算，然后通过输出模块反馈给使用者以计算结果。1.2.2、方案论证与比较1.2.2.1、控制部分的设计方案论证与选择根据设计要求，控制器主要用于红外信号的接收和辨认、控制步进电机的动作，控制显示步进电机的转速等。对于控制器的选择有以下三种方案。方案一：采用计算器专用芯片实现。用计算器专用芯片进行设计并编程实现。这种设计方案计算效率高、速度快、而且成本也相对较低，是厂家做计算器的最佳方案。但是本人对计算器专用芯片掌握的不够，还不足以实现设计计算器，所以这个方案不可去。方案二：采用FPGA（现场可编程门阵列）作为系统的控制器。FPGA将所有器件集成到一块芯片上，体积小，节省空间，提高了稳定性；直接面向用户，具有极大的灵活性和通用性，使用方便，硬件测试和实现快捷，开发效率高，工作可靠性好。可以实现各种复杂的逻辑功能，规模大，密度高，采用并行的输入输出方式，系统处理速度高，适合作为大规模实时系统的控制核心。由FPGA内部编程实现计算器功能，本设计对数据处理速度的要求不是很高，FPGA的高速处理的优势得不到充分的体现，由于其集成度高，使其成本偏高，同时由于芯片的引脚较多，实物电路板布线复杂，加重了电路设计和实际焊接的工作。并且FPGA的价格相对较高，性价比太低。方案三、用单片机实现。由于单片机集成了运算器电路、控制电路、存储器、中断系统、定时器/计数器以及输入/输出口电路等，所以用单片机设计控制电路省去了很多分立元器件。由于单片机是可编程芯片，并且它可以运用C语言编写，对于一些复杂的计算功能，可以调用C语言库函数。使编写程序变得非常简单。所以该课题用单片机实现，不仅功能易于实现，而且精确度高，稳定性好，抗干扰能力强。并且由于其成本低、体积小、技术成熟和功耗小等优点，且技术比较成熟。性价比也相当高。更重要的是本人经过几年的学习，对单片机已有深刻的理解，并且可以灵活运用。综上所述，并通过各个方面综合比较为达到最佳效果。我们采用方案三利用单片机控制器。1.2.2.3、显示电路的设计方案论证与选择方案一：数码管显示方案。数码管显示使用两个四位一体动态数码管显示方案，此设计电路如图1-1所示。采用动态数码管显示，具有程序简单，对外界环境要求低，易于维护，同时其精度比较高，精确可靠，操作简单。显示直观的特点。但只能显示数字和一些代码，不能显示汉字及一些常用的符号，且硬件设计比较复杂。A11B7C4D2E1F10G5H3112283946JP2Q129012Q179012Q189012Q199012VCCVCCVCCVCCR4910KR5010KR5110KR5310KQ59012Q69012VCCVCCVCCVCCR4210KR4610KR4710KR4810KKBIT1KBIT2KBIT3KBIT4KBIT5KBIT6KBIT7KBIT8A11B7C4D2E1F10G5H3112293846R57Component_1Q39012Q49012D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D7图1-1、两个四位一体数码电路图方案二；采用AT1602型液晶显示（一）、基本特性a、显示特性b、物理特性c外形尺寸如图1-2所示图1-2、液晶的外形尺寸（二）、接口定义AT1602与单片机的接口电路如图1-3所示，该液晶有16个引脚，它能显示32个字符，并且硬件电路设计简单，显示美观，但驱动程序相对数码管来说要复杂一些，其次稳定性也不如数码管。而且它只能显示ASCII码，不能够显示汉字，人机交互能力较差。图1-3、AT1602与单片机接口电路方案三：采用汉字图形点阵液晶显示器RT12864显示方案。RT12864M汉字图形点阵液晶显示模块，可显示汉字及图形。供电电源为3.3V+5V(内置升压电路，无需负压)，能采用并行和串行两种通信方式。并有光标显示、画面移位、自定义字符、睡眠模式等功能。综上所叙，12864的显示效果好、功能齐全，所以我们选用12864液晶显示。其与单片机的接口电路如图1-4所示。图1-4、12864与单片机的接口电路1.2.2.4、单片机电源部分的设计方案论证与选择由于本次设计中单片机工作电源为5V，所以需要稳压，对于5V电源这里有以下两种方案。方案一：用固定式三端稳压器7805。如图1-5，7805系列稳压器输出固定的正电压5V,输入端接电容C1可以进一步滤除纹波,输出端接电容C2能改变负载的瞬态影响,使电路稳定工作C1、C2最好采用漏电流小的钽电容。如果采用电解电容，则电容要比图中数值增加10倍。