单片机课程设计报告多功能电子计算器设计毕业设计论

1、韶 关 学 院课程设计论文题 目：多功能电子计算器设计学生姓名：学 号：系（院）：专 业：电子信息科学与技术班 级： 指导教师姓名及职称： 讲师 助理实验师 起止时间： 2015 年 9 月 2015 年 12 月多功能电子计算器设计摘要：本设计是实现一个有四则运算及函数运算的多功能计算器。它的硬件部分主要包括：一个stc89c52rc单片机芯片，一块lcd12864液晶显示屏，一个4*4的矩阵键盘，外加3个设置按键。以stc89c52rc单片机为核心控制电路，lcd12864液晶显示屏负责显示输入输出数据，4*4矩阵键盘与3个功能按键完成电路的键入操作部分，来实现计算器的多功能。电路简单，功

2、能丰富。软件部分采用c语言编写，除了实现了8位正整数的加、减、乘、除基本的四则运算，还附有“sin”、“cos”、“tan”、“平方”、“开方”、“二进制转十进制”、“十进制转二进制”、“十进制转十六进制”8个常用数学函数运算。这样一个简易的计算器实现了多功能，比较实用和方便。关键字：多功能；计算器；单片机；c语言design of multifunctional electronic calculatorabstract: this design is to achieve a four operation and function of the multi-function calcula

3、tor. its hardware part mainly includes: a stc89c52rc chip, a lcd12864 lcd screen, a 4*4 matrix keyboard, plus 3 buttons. stc89c52rc microcontroller as the core control circuit, lcd12864 lcd screen is responsible for the display of input and output data, 4*4 matrix keyboard and 3 functional keys to c

4、omplete the input of the circuit part, to achieve the function of the calculator. circuit is simple, the function is rich.part of the software using c language, in addition to achieve the 8-bit is an integer add, subtract, multiply, in addition to the four basic operations, accompanied by sin, cos,

5、tan, square, root, binary to decimal, decimal to binary , decimal system turn hexadecimal eight commonly used mathematical functions computing. such a simple calculator to achieve more features, more practical and convenient.key words: multi function; calculator; single chip microcomputer; c languag

6、e目录目 录1 绪论11.1 概述11.2 项目设计的具体功能12 系统设计的硬件方案12.1 硬件方案的论证22.1.1 方案一：采用fpga控制22.1.2 方案二：采用stc89c52控制22.1.3 方案的比较与选择22.2 系统设计总框图22.3 单元电路的设计与分析32.3.1 单片机电路板的设计与分析32.3.2 键盘模块电路42.3.3 lcd12864液晶显示模块电路42.3 硬件方案小结53 系统设计的软件方案53.1 系统总体设计方案53.2 单元模块的软件设计63.2.1 矩阵键盘扫描63.2.2 显示部分的软件设计73.3 软件设计小结104 系统调试104.1 硬件

7、系统的调试104.2 软件系统的调试114.3 整机调试115 总结12参考文献14附录15附录a：电路原理图15附录b：pcb电路板图15附录c：实物照片16多功能电子计算器设计1 绪论 计算器的出现为我们带来许多便捷，日常生活中的计算已经少不了它。如今运用我们所学知识，也能够做出简单的计算器。本文便是讲述了如何使用所学来设计一个计算器。1.1 概述随着科技的日益更新，嵌入式系统与我们的生活愈发息息相关，一些能够使用单片机完成的工具也频繁出现于日常生活中，比如计算器。计算器是现代人发明的可以进行数字运算的电子机器。电子计算器功能简便，价格便宜，利于携带，稳定性好。1.2 项目设计的具体功能该

8、设计实现了8位正整数的加、减、乘、除基本运算功能，另有三角函数运算、平方运算、开方运算、二进制转十进制功能、十进制转二进制功能、十进制转十六进制功能。2 系统设计的硬件方案设计一款计算器的方法很多，在此，在了解计算器各部分组成之后，列出方案，进行对比，选择出最合适的一种方案。2.1 硬件方案的论证2.1.1 方案一：采用fpga控制fpga是一种高密度的可编程逻辑器件,自从xilinx公司1985年推出第一片fpga以来,fpga的集成密度和性能提高很快,其集成密度最高达500万门/片以上,系统性能可达200mhz。由于fpga器件集成度高,方便易用,开发和上市周期短,在数字设计和电子生产中得

9、到迅速普及和应用,并一度在高密度的可编程逻辑器件领域中独占鳌头。 但是而基于sram编程的fpga,其编程信息需存放在外部存储器上 ,需外部存储器芯片 ,且使用方法复杂 ,保密性差，而其对于一个简单的计算器而言，实用fpga有点大材小用，成本太高。2.1.2 方案二：采用stc89c52控制单片机是单片微型机的简称，故又称为微控制器mcu(micro control unit)。通常由单块集成电路芯片组成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器cpu，存储器和i/o接口电路等。因此，单片机只要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。单片机广泛用于智能产品，智能仪表，测控技

10、术，智能接口等，具有操作简单，实用方便，价格便宜等优点，而其中at89s52以mcs-51为内核，是单片机中最典型的代表，应用于各种控制领域。2.1.3 方案的比较与选择通过以上两种方案论证和对比，从设计的实用性，方便性和成本出发，选择了以stc89c52单片机作为核心控制单元进行对计算器的设计。2.2 系统设计总框图该计算器设计主要由stc89c52单片机核心控制器，4x4矩阵键盘，12864液晶显示器等组成，它的系统框图如图2.1所示。图2.12.3 单元电路的设计与分析2.3.1 单片机电路板的设计与分析为了使stc89c52单片机正常稳定工作，除了电源供电（带有usb电源接入与dc电源

11、接入）、复位按键外，还需要提供晶振电路、旁路电容滤波电路，另附上电源指示灯。具体电路如下。图2.2由图2.2可知，9脚外接的是按键复位电路，18、19脚外接的是晶振电路，这样，就构成了单片机正常工作的必备电路。同时，为使p0口正常工作，并增加其带负载能力，p0口需接了上拉电阻。图中ea为程序存储器选择端，如cpu需要访问外部程序存储器，ea端须保持低电平（接地）。在此，stc89c52单片机的程序存储器有8k，已经足够，不需要另外添加外部程序储存器，故ea接高电平。2.3.2 键盘模块电路键盘电路用来实现人的运算表达式输入，达到人机交流的作用。该电路如图2.3所示，共18个按键，其中k1k16

12、共16个按键组成一组4*4的矩阵键盘，行线1-4行分别接在p2.0p2.3口，列线1-4列分别接在p2.4p2.7口,如此实现p2口对4*4的矩阵键盘的接线。此外，为了方便，另外增加了2个独立按键s1,s2。他们分别接在p3.2和p3.3口。图2.32.3.3 lcd12864液晶显示模块电路lcd是本次设计的重要组成部分之一，主要用于显示输入和输出。液晶显示电路电路如图2.4所示，lcd数据端与单片机p0口相连，控制端与p1.0p1.2连接，电位器用于调节对比度。图2.42.3 硬件方案小结本章主要介绍了计算器各个主要硬件模块，包括：单片机mcu模块，液晶显示模块，键盘电路，以及一些扩展方面

13、的设计方案。3 系统设计的软件方案软件编程平台选择最常用的keil软件。由于该程序并未涉及到底层的驱动问题，因此选择方便快捷的c语言编程。以下重点介绍核心程序算法设计。3.1 系统总体设计方案在编程中，为了方便调试，所以采用了模块化设计。该程序主要分为四个模块：延时模块、12864液晶显示模块、按键控制与处理计算函数表达式的模块、主函数模块。其中按键控制与处理计算函数表达式的模块又分为五个子模块：start（开始）、one（第一个数输入）、two（第二个数输入）、control（特殊功能模块）、answer（运算处理模块）。从start开始进行初始化，自动进入one，输入第一个数并按下相应的特

14、殊功能键触发来进入下一个环节。如果按下加减乘除功能键，进入two，再按下p3.2等号功能按键进入answer；如果按下p3.3特殊功能转换键，进入contorl，再按下相应的功能键进入answer。3.2 单元模块的软件设计3.2.1 矩阵键盘扫描矩阵键盘扫描程序，先读出p2的低四位，后读出p2口的高四位，利用一个switch语句及变量确定某种功能，接着该按键功能会赋值（每个功能分别有属于自己特殊的值）到一个变量上，最后将变量传输给单片机，由单片机进行对该功能的作具体操作。读键程序使用的是扫描法读键，不管键盘矩阵的规模大小，均进行两层读键。第一层扫描行线，从p2口的值读入键盘信息（行信息），扫

15、到某位为低电平则进入第二层；第二层扫描列线，从p2口的值读入键盘信息（列信息），扫到某位为低电平，即可确认按键位置。独立键盘只需要按下能出现低电平即出现按键，确认判断即可。部分相关代码如下：p2=0xfe;if(p2!=0xfe)delay_ms(40);if(p2!=0xfe)switch(p2&0xf0)case 0xe0:; break;case 0xd0:; break;case 0xb0:; break;case 0x70:; break; if(p2!=0xfe) delay_ms(30); while(p2!=0xfe);3.2.2 显示部分的软件设计显示模块程序首先要初始化显示

16、模块，其次要能控制光标位置。用sbit指令定义液晶显示的控制端口，之后设置初始化、清屏、读写操作、显示位置的首地址等函数。部分相关代码如下：/*lcd 128*64 控制脚*/sbit lcd_rs = p10;sbit lcd_rw = p11;sbit lcd_en = p12;/*读忙*/void read_busy()lcd_data = 0x00;lcd_rs = 0;lcd_rw = 1;lcd_en = 1;while(lcd_data&0x00);lcd_en = 0;/*写指令*/void lcd_write_cmd(uchar cmd)read_busy(); /每次读写进

17、行忙判断lcd_rs = 0;lcd_rw = 0;lcd_data = cmd;lcd_en = 1; /en由10锁存有效数据delay100us();lcd_en = 0;/*写数据*/void lcd_write_dat(uchar dat)read_busy(); /每次读写进行忙判断lcd_rs = 1;lcd_rw = 0;lcd_data = dat;lcd_en = 1;delay100us();lcd_en = 0;/*读数据*/uchar lcd_read_dat(void)uchar dat; /定义变量必须放在函数首位read_busy(); /每次读写进行忙判断lc

18、d_data = 0xff;lcd_rs = 1;lcd_rw = 1;lcd_en = 1;dat=lcd_data;lcd_en = 0;return(dat);/*清屏*/void lcd_clearscreen()lcd_write_cmd(0x01); /显示清屏delay100us();/*初始化*/void lcd_init(void)lcd_write_cmd(0x30); /功能设置，一次送8位数据，基本指令集lcd_write_cmd(0x0c); /整理显示，游标off，游标位置offlcd_write_cmd(0x01); /清除ddramlcd_write_cmd(0

19、x02); /ddram地址归位lcd_write_cmd(0x80); /设定ddram7位地址000，0000到aclcd_clearscreen();/*设置汉字 x,y坐标*/void lcd_setxy(uchar x,uchar y)switch(y)case 1:lcd_write_cmd(0x80|x);break;case 2:lcd_write_cmd(0x90|x);break;case 3:lcd_write_cmd(0x88|x);break;case 4:lcd_write_cmd(0x98|x);break;3.3 软件设计小结本章主要介绍计算器各个软件模块详细的

20、运行流程以及设计方案。采用c语言程序设计以及模块化设计，都使这些程序更加清晰条理。4 系统调试4.1 硬件系统的调试对硬件的测试主要由以下步骤：pcb板检查。用万用表测试电路板是否存在短路或者断路甚至是虚焊，短路则用美工刀分开，断路则补上锡，虚焊则重新焊一次。之后再用万用表测一次，确保无误后再进行下一个步骤。电源检查。上电通过万用表测试各电源输出值是否正常，或者观察电源指示灯是否正常点亮。去掉板上各电源输出的0r电阻，串万用表测试电流（万用表打到电流档，表笔测量为电流输出档），记录此时各电源负载的工作状态和电源的输出电流，再查芯片数据手册对比是否正常。主芯片检查。主芯片供电正常后，可调试其最小

21、系统外围电路。这个环节容易出问题的就是复位电路工作不正常，主芯片某些引脚虚焊。主芯片的系统配置正确与否暂时不会影响到芯片是否工作，可以最后检查。用万用表测量外部晶振脚的电压，如果显示在2v附近，说明晶振起振了。测量复位信号电压是否满足设计要求，上电复位时间是否满足要求；ea脚检查。用万用表测量ea上电平，如果是5v则表明烧片子运行的硬件条件已经满足了。串口通信调试。可提供串口调试的主芯片，需先调试好串口，再进行主芯片其他接口的调试，以便实时打印串口信息，确认程序编写是否有问题。4.2 软件系统的调试单击仿真工具中的暂停按钮,调出源码调试窗口,窗口右上角提供多个调试按钮。修改程序至编译后显示cr

22、eating hex file from 单片机测试.0 error（成功创建hex文件，0个错误）为止。由于stc89c52芯片的内部存储只有8k，所以还要确保code值不超过8192，否则程序需要优化才能成功烧录。4.3 整机调试开机运行后，各按键如图4.1所示。其中09为数字按键；“”“”“*”“/”为运算符号；图4.1按下功能切换按键后，其中有sin函数，cos函数，tan函数，平方函数，开方函数，十进制转十六进制功能（dx），十进制转二进制功能（db），二进制转十进制功能（bd），函数功能按键如图4.2所示。图4.2烧录程序后，尝试运行，看是否正常。图4.3是抽取随机数值进行测试结果：图4.3经过测试，功能暂未发现异常。5 总结本次课程设计是多功能电子计算器设计。它相比以往的课程设计仅考核了我们硬件技术，还考验了我们的软件编程能力，有着更上一层的要求。有着经过几次课程设计之后积累的经验，设计原理图、pcb图，不会向以往那么迷糊。遇到知识空白区会自己主动在网上查阅资料。整一个硬件流程没有遇到过多的问题。主要问题仅出现在于蜂鸣器。由于使用了5v的有源蜂鸣器，导致蜂鸣器所发出的声音过小；换成3.3v的蜂鸣器就能正常鸣叫。发现还有一种方法，就是在p1.6口（控制蜂鸣器的mcu