TI杯大学生电子设计大赛——计算器设计报告.wps

摘要摘要 本设计采用一片MSP430F2254 单片机作为系统输入 计算 显示 控制的 核心 采用 4 4键盘作为输入设备 LCD 1602 作为输出设备 进行计算时 用户通过键盘输入算式 经单片机处理 显示器就可以显示计算结果 Abstract Based on one microcontroller the system can achieve functions of inputing calculating displaying and controlling A 4 4 keyboard is used as its input device and a LCD 1602 serves as its output equipment While using the calculator user can input the equation by the keyboard the LCD will soon show the result after microcontroller s processing 一 方案设计与论证一 方案设计与论证 1 概述概述 根据题目要求 整个计算器分为单片机计算控制模块 键盘输入模块 LCD 显示模块 各模块基本系统框图如图1 1所示 对于每个模块 先提出多个方案进行比较和论证 最终 确定适合整个系统的最佳方案 2 各模块方案的提出 选择及论证各模块方案的提出 选择及论证 1 输入模块输入模块 键盘的排布形式 方案一 阶梯式键盘 图 1 2 阶梯式键盘 将按键以阶梯形式排布 该方案优点在于排布方式新颖 节省I O 口 其劣势在于占 用额外元件且扫描方式复杂 方案二 矩阵键盘 键盘输入模块键盘输入模块 图图1 1 系统总框图系统总框图 计算控制模块计算控制模块 LCD 显示显示模块模块 图 1 3 矩阵键盘 将按键以矩阵形式排布 该方案的优点在于外观整齐大方 接线方式统一 比独立式键 盘 由一个I O 口单独识别一个按键 节约了许多系统资源 但在一些较复杂项目中还是 显得过于占用硬件 鉴于系统工作量不是很大 我们选择方案二 键盘值读取方法 方案一 中断式 在键盘按下时产生一个外部中断通知 CPU 并由中断处理程序通过不同位址读取资料 线上的状态来判断哪个按键被按下 方案二 反转式 先将所有行扫描线输出低电位 读取列值 若列值有一位是低 则表明该行与低电位 对应列的键被按下 接着所有列扫描线输出低电位 再读行值 根据读到的值组合就可以查 表得到键码 方案三 扫描式 对键盘上每一行送低电位 其他为高电位 然后读取列值 若列值中有一位是低 表 明该行与低电位对应列的键被按下 否则扫描下一行 结合实际编程需要 我们选择方案三 2 计算控制模块计算控制模块 单片机选用 选用MSP430 系列单片机 其优点在于体积小 低功耗 同等价格下功能强大 开发 简单 仿真器价格低廉 不需昂贵的编程器 运行速度快 抗干扰能力强 单片机供电 方案一 由独立电源对系统进行供电 可用一节 7 2V 干电池和稳压电路将电压分别稳压到 5V 和3 3V 实现对 LCD 显示器和单片机独立供电 其优点在于 可将系统做成简易便携式 产品 其缺点在于 需要芯片较多 资金投入稍增 方案二 用实验稳压电源 5V 对 LCD 进行供电 利用并口线跟台式机相连即可对单片 机供电 此方案优点在于 电源供电电压稳定 功率强劲 但其不够灵活方便 根据题目要求 我们选择方案二 3 LCD 显示模块显示模块 采用 32位LCD 显示 此方案体积较小 较易实现 成本低廉 可显示 2 行 16 字中文 及符号 内容丰富 二 理论分析与硬件设计二 理论分析与硬件设计 1 输入电路 输入电路 输入电路如图1 4所示 图 1 4 如图 1 5 所示 当列中PD7 送低位 其他列送高位 则若 PD0 为低位 按键 7被按下 如果PD0 3 都为高位 则说明这一列没有按键被按下 继续扫描下一列 这样往复扫描就 可以实现键盘的输入 图 1 5 2 计算控制电路 略计算控制电路 略 3 显示电路显示电路 显示电路如图1 6所示 图 1 6 键盘输入的数据经过单片机控制 在 LCD 上实时显示 数据处理的结果也会及时的显 现出来 最终确定的系统电路图如图 1 7 所示 图 1 7 三 软件设计及创新三 软件设计及创新 1 程序流程图 程序流程图 系统主要控制电路由一片单片机 MSP430F2254 组成 它既控制键盘输入的扫描及数据 运算 又控制LCD 实时显示输入数据和计算结果 键盘输入和 LCD 显示程序流程图如图 1 8所示 2 基本功能与创新 基本功能与创新 能够实现 加 减 乘 除 平方根 等题目要求功能 将数值定义为实整型 扩大了计算范围 0 65535 能够进行连续运算 即将上一步的计算结果带入下一步进行计算 连续计算的次数由屏 幕能够显示的内容决定 能够在0 65535 范围之内计算任意数的任意次方根 能够在0 65535 范围之内计算任意数的任意次幂 加任意数字键清楚屏幕内容 显示开机画面 welcome 图 1 8 开始 LCD 显示开机画面 有新指 令 N Y 判断指令 清 屏 计 算 出 错 清 除 屏 幕 内 容 乘 法 运 算 错 误 提 示 执行指令 显示结果 加 法 运 算 减 法 运 算 除 法 运 算 乘 幂 运 算 开 根 运 算 4 系统测试系统测试 按照系统电路图连接好电路 打开电源进行测试 1 显示测试 显示测试 将键盘输入的数据实时显示在LCD 上 测试数据如表 2 1所示 输入数据显示结果误差 44无 无 4 54 5无 表 2 1 2 计算测试计算测试 举例对各种运算进行测试 测试结果如表 2 2所示 运算输入数据显示结果误差 加法12 512 5 17 无 减法8 138