计算器设计.doc

单片机课程设计题 目：基于液晶显示的简易计算器设计专 业：09电信学生姓名：吴强指导教师：丁晓波 2012-6-3目录1.课程设计的目的22.课程设计的内容和要求22.1课程设计内容22.2课程设计要求23.课程设计原理24.课程设计所需器材及其介绍24.1课程设计所需器材24.2课程设计所需器材介绍25.课程设计步骤65.1问题分析65.2算法设计65.3功能模块分割65.4算术运算程序流程图65.5系统总流程图75.6仿真电路模型的构建76.课程设计结果及结论76.1课程设计结果76.1.1仿真模型与结果76.1.2程序设计86.2课程设计结论107.心得体会108.参考文献109.附录11基于液晶显示的简易计算器设计1.课程设计的目的通过本课程设计使学生进一步巩固单片机原理与技术的基本概念、基本理论，分析问题的基本方法；增强学生的软件编程实现能力和解决实际问题的能力，使学生能有效地将理论和实际紧密结合，拓展学生在工程实践方面的专业知识和相关技能。2.课程设计的内容和要求2.1课程设计内容基于液晶显示的简易计算器设计。 2.2课程设计要求要求学生能够熟练地用单片机中键盘输入、lcd显示等技术，参考教材或相关资料，采用汇编或c语言采用编程实现数字编辑功能，在lcd 1602上实时显示，并运用proteus软件绘制电路原理图，进行仿真验证和误差分析，并针对存在的问题提出改进措施。具体要求如下：(1).硬件电路包括1602显示屏，4*4键盘。(2).在液晶板分两行显示。第一行显示编程者姓名的汉语拼音和日期，如“luo zhihui 2008-6-21”，要求位于显示屏的中间位置；第二行显示等输入数据的数值或计算结果。(3).能够显示不少于4位的数字。(4).能够完成1位以上十进制数的加、减、乘、除运算，结果保留至小数点后1位。(5).设计中使用c语言或汇编语言编程。3.课程设计原理运用mm74c922芯片作为4*4键盘的译码器输入at89c51单片机内，再植入运算的程序，通过lcd静态显示相关数字，得到计算结果，电路中同时有复位电路，内部时钟模式电路来控制，是电路更稳定。4.课程设计所需器材及其介绍4.1课程设计所需器材本设计选用at89c51单片机为主控单元； 显示部分：采用lcd静态显示；按键部分：采用4*4键盘；用mm74c922为4*4键盘扫描ic，读取输入的键值。at89c51lm016lmm74c9224*4键盘4.2课程设计所需器材介绍(1).at89c51芯片mcs-51 单片机是在一块芯片中集成了cpu、ram、rom、定时器/计数器和多功能i/o等一台计算机所需要的基本功能部件。如果按功能划分，它由如下功能部件组成，即微处理器（cpu）、数据存储器（ram）、程序存储器（rom/eprom）、并行i/o 口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器（sfr）。单片机是靠程序运行的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，通过使用单片机编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！因此我们采用单片机作为计算器的主要功能部件，可以进行很快地实现运算功能，如图4-1所示：图4-1 at89c51芯片at89c51单片机引脚介绍：vcc： 供电电压。 gnd：接地。 p0口：p0口为一个8位漏级开路双向i/o口，每脚可吸收8ttl门电流。当p0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。p0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在fiash编程时，p0 口作为原码输入口，当fiash进行校验时，p0输出原码，此时p0外部必须被拉高。 p1口：p1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向i/o口，p1口缓冲器能接收输出4ttl门电流。p1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，p1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在flash编程和校验时，p1口作为第八位地址接收。 p2口：p2口为一个内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2口缓冲器可接收，输出4个ttl门电流，当p2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，p2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。p2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，p2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，p2口输出其特殊功能寄存器的内容。p2口在flash编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 p3口：p3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向i/o口，可接收输出4个ttl门电流。当p3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，p3口将输出电流（ill）这是由于上拉的缘故。 p3口也可作为at89c51的一些特殊功能口：p3.0 rxd（串行输入口） p3.1 txd（串行输出口） p3.2 /int0（外部中断0） p3.3 /int1（外部中断1） p3.4 t0（记时器0外部输入） p3.5 t1（记时器1外部输入） p3.6 /wr（外部数据存储器写选通） p3.7 /rd（外部数据存储器读选通） p3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 rst：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持rst脚两个机器周期的高电平时间。 ale/prog：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在flash编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ale端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ale脉冲。如想禁止ale的输出可在sfr8eh地址上置0。此时， ale只有在执行movx，movc指令是ale才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ale禁止，置位无效。 /psen：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/psen有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/psen信号将不出现。 /ea/vpp：当/ea保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000h-ffffh），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/ea将内部锁定为reset；当/ea端保持高电平时，此间内部程序存储器。在flash编程期间，此引脚也用于施加12v编程电源（vpp）。 xtal1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 xtal2：来自反向振荡器的输出。(2).4*4键盘计算器输入数字和其他功能按键要用到很多按键，如果采用独立按键的方式，在这种情况下，编程会很简单，但是会占用大量的i/o 口资源，因此在很多情况下都不采用这种方式，而是采用矩阵键盘的方案。矩阵键盘采用四条i/o 线作为行线，四条i/o 线作为列线组成键盘，在行线和列线的每个交叉点上设置一个按键。这样键盘上按键的个数就为44个。这种行列式键盘结构能有效地提高单片机系统中i/o 口的利用率。矩阵键盘的工作原理：计算器的键盘布局如图4-2所示：一般有16个键组成，在单片机中正好可以用一个p口实现16个按键功能，这种形式在单片机系统中也最常用。图4-2 矩阵键盘布局图矩阵键盘内部电路图如图4-3所示：图4-3矩阵键盘内部电路图(3).mm74c922为了进一步节省单片机i/o口资源，我们在设计中使用了mm74c922芯片。mm74c922是一款4*4键盘扫描ic，它可检测到与之相连的4*4键盘的按键输入，并通过数据输出口将按键相应的编码输出。其引脚图如图4-4所示：图4-4 mm94c22mm74c922引脚说明：(1) y1y4（脚1脚4）：4*4键盘第一列至第四。(2) x1x4（脚11、10、8、7）：4*4键盘第一行至第四行。(3) doa dod（dataout ad，脚1417）：按键之bcd码输出，其中doa为lsb，dod为msb。(4) osc（oscillator，脚5）：键盘扫描电路之频率所需外加电容的连引脚。(5) kbm（keyboard mask，脚6）：内部消除开关弹跳电路所外加电容的引脚。(6) oe（output enable，脚13）：芯片使能脚，接低电位可使芯片使能。(7) da（data available，脚12）：数据有效输出脚。任一按键按下时，此脚位会输出高电位，按键释放后此脚又会恢复为低电位。(4).lcd显示本设计采用lcd液晶显示器(图4-5）来显示输出数据。通过d0-d7引脚向lcd写指令字或写数据以使lcd实现不同的功能或显示相应数据。图4-5 lm016l5.课程设计步骤5.1问题分析（1）怎么实现从键盘输入数据或功能的算法。（2）怎么实现在lcd上数据的显示的算法。（3）怎么实现对数据的运算功能的算法。5.2算法设计 （1）通过mm74c922芯片对键盘的译码来实现键盘输入检测程序。（2）利用lcd静态显示，通过程序向lcd写指令字或数据使lcd完成不同功能或显示相应数据。 （3）将各种运算符的算法通过编写灵活的子程序来实现。5.3功能模块分割5.4算术运算程序流程图65.5系统总流程图5.6仿真电路模型的构建51系列单片机系统4*4键盘lcd显示 晶振电路复位电路线路原理框图6.课程设计结果及结论6.1课程设计结果6.1.1仿真模型与结果1.加法计算 连续相加 2.减法计算 相减得负数 3.乘法计算 结果溢出 4.除法计算 除数为0时出错 6.1.2硬件/软件程序设计1.硬件电路图2.软件程序设计(1)主函数设计： /*函数声明*/#include#include/*定义变量和数组*/long x=0,x1=0,y=0,z=0,num=0;/*主函数*/main() (2)分块程序设计：1）、键盘输入检测程序设计：有键按下时，单片机响应外部中断0，转入外部中断0中断处理函数，在中断处理函数中完成对按键的判断，以进行下一步的程序处理。/*键值转化为键盘上按键值函数*/char translate(int keycode)/对键盘的译码子程序 switch(keycode) /*外部中断0处理函数*/void int_0(void) interrupt 0 using 0/对按键的响应 2）、算术运算程序设计：/*算术运算函数*/void arithmetic()/运算子程序 3）、lcd显示程序设计：利用lcd静态显示，通过程序向lcd写指令字或数据使lcd完成不同功能或显示相应数据。/*lcd初始化函数*/void init_lcm() /*lcd写数据函数*/void write_data(char ddata) /*lcd写指令函数*/void write_com(char command) /*lcd检查忙碌函数*/void check_bf() /*lcd清屏函数*/void clearlcd() /*lcd显示函数*/void display(long a) 4）、错误处理及提示程序设计：/*除数为处理函数*/void dealerror() /*数值溢出处理函数*/void dataoverflow() 注：完整程序见附录。6.2课程设计结论1误差分析与改进措施 精度不高导致的误差，需保留更多的小数位来提高精度。2创新说明 能满足基本的运算，连续的加、减、乘、除运算，能有效的报错以及溢出，可获得一位小数的结果。7.心得体会刚开始，我们头绪不是很清楚，不知道从哪里入手，但通过老师的耐心指导和同学认真研究设计课题，跑图书馆查资料、确定基本设计方案、对所用芯片功能进行查找、调试、上机仿真等，经历了一次次的困难，却积累了很多宝贵的经验。在整个设计的过程中遇到的问题主要有以下三点，第一：基础知识掌握的不牢固，主要表现在一些常用的电路的形式和功能不清楚，对书本上的内容理解不够透彻。第二：对一些常用的应用软件缺少应用，体现在画电路图和系统的仿真的时候，对这些软件的操作不熟练，浪费了很多时间。第三：相关知识掌握的不够全面，缺少系统设计的经验。我觉得动手之前，头脑里必须清楚该怎么做，这一点是很重要的。8.参考文献1.张毅刚,彭喜元，单片机原理及应用m，北京：高等教育出版社，2003。2.康华光,电子技术基础 数字部分（第五版），高等教育出版社,2006.1。3./html/2012/0322/1367433.shtm4.徐爱钧,单片机原理实用教程：基于proteus 虚拟仿真，北京：电子工业出版社，2009.1。5.郭天祥，51单片机c语言教程，北京：电子工业出版社，2009.1。6.谭浩强，c语言设计，北京：清华大学出版社，1991。9.附录14/*函数声明*/#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar code table=xiaoming20120602;/单字符用单引号，双字符用双引号 注意！char translate(int keycode);void arithmetic();void init_lcm();void write_data(char ddata);void write_com(char command);void check_bf();void clearlcd();void display(long a);void dealerror(); void dataoverflow();/*定义变量和数组*/long x=0,x1=0,y=0,z=0,num=0;int operators,input,iny=0,count=0;uchar k=0;char key;char error5=error;char overflow8=overflow;sbit en=p34;/位声明sbit r_w=p35;sbit rs=p36;/*主函数*/main() ea=1; ex0=1; it0=1; p2=0xff; write_com(0x30);/display(0); init_lcm(); write_com(0x01); for(count=0;count16;count+)write_data(tablecount);write_com(0x80+0x40);/必须重新设置数据指针！ while(1) char translate(int keycode)/对键盘的译码子程序 switch(keycode) case 0: return 7; break; case 1: return 4; break; case 2: return 1;break; case 3: return c;break; case 4: return 8;break; case 5: return 5;break; case 6: return 2;break; case 7: return 0;break; case 8: return 9;break; case 9: return 6;break; case 10: return 3;break; case 11: return =;break; case 12: return /;break; case 13: return *;break; case 14: return -;break; case 15: return +;break; /*外部中断0处理函数*/void int_0(void) interrupt 0 using 0/对按键的响应 if(key=) key=translate(p2&0x0f); if(key=0) clearlcd(); else clearlcd(); display(x1); x=x1/10; key=translate(p2&0x0f); if(key=0) /判断按下的键是否为数值 num=num*10+(key-0); if (operators0) y=num; iny=1; else x=num; if(num-134217728) /当前数值是否超出限定范围 write_data(key); else dataoverflow(); else switch(key) case c: x=0; y=0; num=0; operators=0; clearlcd(); break; case =: write_data(0x3d); arithmetic(); iny=0; operators=0; num=0; break; case +: write_data(0x2b); if (operators) arithmetic(); operators=1; num=0; break; case -: write_data(0x2d); if (operators) arithmetic(); operators=2; num=0; break; case *: write_data(0x2a); if (operators) arithmetic(); operators=3; num=0; break; case /: write_data(0x2f); if (operators) arithmetic(); operators=4; num=0; break; void arithmetic()/运算子程序 if(iny) switch(operators) case 1: x1=(x+y)*10; num=x1; if(num-134217728) display(num); else dataoverflow(); break; case 2: x1=(x-y)*10; num=x1; if(num-134217728) display(num); else dataoverflow(); break; case 3: x1=x*y*10; num=x1; if(num-134217728) display(num); else dataoverflow(); break; case 4: if (y=0) dealerror(); else x1=(x*10)/y; num=x1; if(num-134217728) if(x=y) display(num); else write_data(0x30+0);write_data(0x2e);write_data(0x30+num); else dataoverflow(); /x=x1/10; break; y=0; void init_lcm() write_com(0x30); write_com(0x30); write_com(0x30); write_com(0x38); writ