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基于单片机的计算器设计基于单片机的远程运算器设计 摘 要 计算器(calculator;counter)一般是指“电子计算器”，该名词由日文传入中国。计算器是能进行数学运算的手持机器，拥有集成电路芯片，结构简单，功能较弱，但由于它使用方便、操作简单、价格低廉，因而广泛运用于商业交易中，也是必备的办公用品之一。本文提出一种基于单片机的远程运算器设计，系统包含三个功能模块: (1)红外遥控模块:通过红外遥控器输入想要计算的表达式; (2)主机模块:主机负责红外接收和解码，然后将解码后所得数值通过串口通信发送给从机，同时主机还要进行计算，并且将表达式及计算结果都显示在液晶屏上; (3)从机模块(模拟远程运算):从机负责从串口读取数据，然后进行计算，并把表达式及计算结果显示在液晶屏上; 系统结构如下图所示: 通过远程运算器的设计，不仅加深了对单片机串行通信、液晶屏显示、红外解码等知识的理解和掌握，而且对实际电路设计的步骤有了较为深入的理解。基于单片机的远程运算器的设计，是对单片机课程设计的探索和实践，有一定指导意义。 关键词:远程运算器,单片机,串行通信 I - - 基于单片机的远程运算器设计 目 录 摘 要 . I 引 言.1 1 远程运算器概述.2 1.1 远程运算器结构2 1.2 工作原理2 1.3 功能应用3 2 远程运算器组成.3 2.1 红外遥控器3 2.2 液晶屏显示部分4 2.3 串行通信部分4 3 程序设计流程图.4 3.1 主机程序设计流程图4 3.1.1 主程序流程图.4 3.1.2 红外中断程序流程图.5 3.2 从机程序设计流程图6 3.2.1 主程序流程图.6 3.2.2 串口中断程序流程图.6 结 论. 7 参 考 文 献. 8 附录A 程序清单.9 1、主机程序.9 2、从机程序.14 3、演示图片.17 II - - 引 言 最早的计算工具诞生在中国。 中国古代最早采用的一种计算工具叫筹策，又被叫做算筹。这种算筹多用竹子制成，也有用木头、兽骨充当材料的，约二百七十枚一束，放在布袋里可随身携带。 直到今天仍在使用的珠算盘，是中国古代计算工具领域中的另一项发明，明代时的珠算盘已经与现代的珠算盘几乎相同。 17世纪初，西方国家的计算工具有了较大的发展。英国数学家纳皮尔发明了“纳皮尔算筹”，英国牧师奥却德发明了圆柱形对数计算尺，这种计算尺不仅能做加减乘除、乘方、开方运算，甚至可以计算三角函数、指数函数和对数函数。这些计算工具为现代计算器的发展奠定了良好的基础。 1642年，年仅19岁的法国伟大科学家帕斯卡引用算盘的原理，发明了第一部机械式计算器。在他的计算器中有一些互相联锁的齿轮，一个转过十位的齿轮会使另一个齿轮转过一位，人们可以像拨电话号码盘那样，把数字拨进去，计算结果就会出现在另一个窗口中，但是只能做加减计算。1694年，莱布尼兹在德国将其改进成可以进行乘除的计算。此后，到了20世纪50年代末，电子计算器问世。 随着科学技术的不断发展及计算器应用的普及，人们发现在工业控制中，有很多时候需要在恶劣的环境中进行各种数据的采集、运算和控制。远程运算器正好可以解决这一难题，人们从主机输入数据或其他控制信息，主机通过串行通信将数据发送给恶劣环境中的从机，从机根据接收到的信息进行各种运算或控制。 本文设计了一个基于单片机的远程运算器，它具有三个模块:红外遥控模块、主机模块、从机模块。红外遥控器采用WD6122芯片，显示部分采用1602液晶屏显示，直观明了。 - 1 - 1 远程运算器概述 远程运算器模拟了工业控制中很常见的远程控制的情况，具有很好的现实意义。 本文设计了一个基于单片机的远程运算器，它具有三个模块:(1)红外遥控模块:通过红外遥控器输入想要计算的表达式;(2)主机模块:主机负责红外接收和解码，然后将解码后所得数值通过串口通信发送给从机，同时主机还要进行计算，并且将表达式及计算结果都显示在液晶屏上;(3)从机模块(模拟远程运算):从机负责从串口读取数据，然后进行计算，并把表达式及计算结果显示在液晶屏上; 1.1 远程运算器结构 本文设计的远程运算器包括三大模块，分别是红外遥控模块、主机模块、从机模块，系统框图如图1.1所示。 图1.1 系统框图 Fig. 1.1 System Structure 1.2 工作原理 通过红外遥控器输入想要计算的表达式，主机进行红外接收和解码，然后将解码后所得数值通过串口通信发送给从机，同时主机进行计算，并且将表达式及计算结果显示在液晶屏上，从机通过串口读取数据，然后进行计算，并把表达式及计算结果显示在液晶屏上。 - 2 - 红外遥控器采用WD6122芯片，该芯片采用CMOS工艺制造，是通用的红外遥控发射集成电路。显示部分采用1602液晶屏，电路简单，显示简洁。 1.3 功能应用 本系统可以完成无符号整形数据(065535)的加、减、乘、除四则运算，两操作数及计算结果都不可超出无符号整形数据的范围。主机和从机通过串行通信实现数据共享，可以分别进行运算和显示。 2 远程运算器组成 下面就远程运算器所涉及的各个部分分别进行阐述。 2.1 红外遥控器 红外遥控器采用WD6122芯片。WD6122芯片是通用红外遥控发射集成电路，采用CMOS工艺制造，最多可外接64个按键，并有三组双重按键。其结构框图如图2.1所示: 图2.1 红外遥控器 - 3 - 2.2 液晶屏显示部分 显示部分采用1602液晶屏，电路简单，显示简洁。 1602有16个引脚，能够显示数字、字母和符号，显示容量为16*2行。1602与单片机的连接图如图2.2所示: 图2.2液晶屏与单片机连接图 2.3 串行通信部分 通过对SM0和SM1进行不同设置可实现四种通信方式，对应关系如下表所示: 本系统采用了方式一。 3 程序设计流程图 3.1 主机程序设计流程图 3.1.1 主程序流程图如下: - 4 - 初始化红配置串口初始化等待红外中断开始while(1)外模块寄存器液晶屏 图3.1.1 流程图如下: 3.1.2 红外中断程序EX1=0延时(确认IR信号出现)检测键值val，如果是运算符，则将该值赋给op串口发送该键值Y数字键,Yf=0?NNy=y*10+valx=x*10+valY运算符,f=1N液晶屏显示该运算符Y等号,f=0液晶屏显示”=”N根据运算符op进行相应运算，结果存入z显示z值Yclear键,清屏Nx=0,y=0EX1=1退出中断 图3.1.2 - 5 - 3.2 从机程序设计流程图 3.2.1 主程序流程图如下: 初始化液配置串口等待串口中断开始while(1)晶屏寄存器 图3.2.1 3.2.2 串口中断程序流程图如下: RI=0读BUF的值存入valY数字键,Yf=0?NNy=y*10+valx=x*10+valY运算符,op=val,f=1N液晶屏显示该运算符Y等号,f=0液晶屏显示”=”N根据运算符op进行相应运算，结果存入z显示z值Yclear键,清屏Nx=0,y=0退出中断 图3.2.2 - 6 - 结 论 随着科学技术的不断发展，在工业控制中，有很多时候需要在恶劣的环境中进行各种数据的采集、运算和控制。远程运算器正好可以解决这一难题，人们从主机输入数据或其他控制信息，主机通过传信通信将数据发送给恶劣环境中的从机，从机根据接收到的信息进行各种运算或控制。因此，远程运算器的设计有着很好的实际应用价值。 此外，通过远程运算器的设计，不仅加深了对单片机串行通信、液晶屏显示、红外解码等知识的理解和掌握，而且对实际电路设计的步骤有了较为深入的理解。设计的基于单片机的远程运算器，是对单片机课程设计的探索和实践，有一定指导意义。 - 7 - 参 考 文 献 1 马斌，韩忠华，王长涛，夏兴华.单片机原理及应用.北京:人民邮电出版社,2009. 2 谭浩强. C程序设计. 北京: 清华大学出版社, 2005. 3 阎石.数字电子技术基础.北京:高等教育出版社,2006. 4 邱关源.电路.北京:高等教育出版社,2006. 5 傅丰林，陈健.低频电子线路.北京:高等教育出版社,2008. - 8 - 附录A 程序清单 1 主机程序: #include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int uchar IRCOM7; uint x=0,y=0,z=0; uchar op,f,val,pos=1,res5=0,0,0,0,0; sbit IRIN = P33; /红外接收器数据线 sbit E=P27; /1602使能引脚 sbit RW=P26; /1602读写引脚 sbit RS=P25; /1602数据/命令选择引脚 /* * 名称 : void send(unsigned char a) * 功能 : 通信 */ void send(unsigned char a) SBUF=a; while(TI=0); TI=0; void delay(unsigned char x) /x*0.14MS unsigned char i; while(x-) for (i = 0; i13; i+) /*/ void delay1(int ms) unsigned char y; while(ms-) for(y = 0; y250; y+) _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); - 9 - /* * 名称 : delay() * 功能 : 延时,延时时间大概为140US。 */ void Delay2() int i,j; for(i=0; i=10; i+) for(j=0; j=2; j+) ; /* * 名称 : enable(uchar del) * 功能 : 1602命令函数 */ void enable(uchar del) P0 = del; RS = 0; RW = 0; E = 0; Delay2(); E = 1; Delay2(); /* * 名称 : write(uchar del) * 功能 : 1602写数据函数 */ void write(uchar del) P0 = del; RS = 1; RW = 0; E = 0; Delay2(); E = 1; Delay2(); /* * 名称 : L1602_init() * 功能 : 1602初始化，请参考1602的资料 */ void L1602_init(void) enable(0x01); enable(0x38); enable(0x0c); enable(0x06); enable(0xd0); - 10 - /* * 名称 : L1602_char(uchar hang,uchar lie,char sign) * 功能 : 改变液晶中某位的值 */ void L1602_char(uchar hang,uchar lie,char sign) uchar a; if(hang = 1) a = 0x80; if(hang = 2) a = 0xc0; a = a + lie - 1; enable(a); write(sign); /*/ main() IE = 0x84; /允许总中断中断,使能 INT1 外部中断 IT1 = 0; /触发方式为脉冲负边沿触发 IRIN=1; /I/O口初始化 TMOD=0x20; TH1=0xfd; TL1=0xfd; TR1=1; ES=1; SM0=0; SM1=1; delay1(10); /延时 L1602_init(); /初始化LCD while(1) ; /end main /*/ void IR_IN() interrupt 2 using 0 unsigned char j,k,N=0,i; EX1 = 0; delay(15); if (IRIN=1) EX1 =1; return; /确认IR信号出现 while (!IRIN) /等IR变为高电平，跳过9ms的前导低电平信号。 delay(1); for (j=0;j4;j+) /收集四组数据 for (k=0;k=30) EX1=1; return; /0.14ms计数过长自动离开。 /高电平计数完毕 IRCOMj=IRCOMj 1; /数据最高位补“0” if (N=8) IRCOMj = IRCOMj | 0x80; /数据最高位补“1” N=0; /end for k /end for j if (IRCOM2!=IRCOM3) EX1=1; return; IRCOM5=IRCOM2 & 0x0F; /取键码的低四位 IRCOM6=IRCOM2 4; /右移4次，高四位变为低四位 if(IRCOM6=0)&(IRCOM5=13) val=0; else if(IRCOM6=0)&(IRCOM5=12) val=1; else if(IRCOM6=1)&(IRCOM5=8) val=2; else if(IRCOM6=5)&(IRCOM5=14) val=3; else if(IRCOM6=0)&(IRCOM5=8) val=4; else if(IRCOM6=1)&(IRCOM5=12) val=5; else if(IRCOM6=5)&(IRCOM5=10) val=6; else if(IRCOM6=4)&(IRCOM5=2) val=7; else if(IRCOM6=5)&(IRCOM5=2) val=8; else if(IRCOM6=4)&(IRCOM5=10) val=9; else if(IRCOM6=4)&(IRCOM5=0) val=10;op=10; else if(IRCOM6=4)&(IRCOM5=4) val=11;op=11; else if(IRCOM6=1)&(IRCOM5=5) val=12;op=12; else if(IRCOM6=0)&(IRCOM5=7) val=14;op=14; else if(IRCOM6=4)&(IRCOM5=3) val=13; else if(IRCOM6=0)&(IRCOM5=9) val=15; send(val); if(val=15) L1602_init(); - 12 - pos=1; x=0; y=0; else if(val=13) L1602_char(1,pos,=); pos+; f=0; if(op=10) z=x+y; if(op=11) z=x-y; if(op=12) z=x*y; if(op=14) z=x/y; res4=z%10+0x30; res3=z%100/10+0x30; res2=z%1000/100+0x30; res1=z%10000/1000+0x30; res0=z/10000+0x30; for(i=0;i9) f=1; if(val=10) L1602_char(1,pos,+); if(val=11) L1602_char(1,pos,-); if(val=12) L1602_char(1,pos,*); if(val=14) L1602_char(1,pos,/); pos+; else if(f=0) x=x*10+val; else y=y*10+val; val+=0x30; L1602_char(1,pos,val); pos+; EX1 = 1; - 13 - 2 从机程序: #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit E=P27; /1602使能引脚 sbit RW=P26; /1602读写引脚 sbit RS=P25; /1602数据/命令选择引脚 uint x=0,y=0,z=0; uchar op,f,val,pos=1,res5=0,0,0,0,0,i; /* * 名称 : delay() * 功能 : 延时,延时时间大概为140US。 */ void delay() int i,j; for(i=0; i=100; i+) for(j=0; j=20; j+) ; /* * 名称 : enable(uchar del) * 功能 : 1602命令函数 */ void enable(uchar del) P0 = del; RS = 0; RW = 0; E = 0; delay(); E = 1; delay(); /* * 名称 : write(uchar del) * 功能 : 1602写数据函数 */ void write(uchar del) P0 = del; RS = 1; RW = 0; E = 0; delay(); E = 1; delay(); - 14 - /* * 名称 : L1602_init() * 功能 : 1602初始化，请参考1602的资料 */ void L1602_init(void) enable(0x01); enable(0x38); enable(0x0c); enable(0x06); enable(0xd0); /* * 名称 : L1602_char(uchar hang,uchar lie,char sign) * 功能 : 改变液晶中某位的值 */ void L1602_char(uchar hang,uchar l