4位数加法计算器

1、安庆师范大学2014级单片机原理与应用课题名称4位数加法计算器的设计姓名吴昊天、伍浩然、王鹏、万吉学号070814018、070814008、070814005、070814001院、系、部计算机学院物联网工程专业物联网工程指导教师汪文明2016年6月6日 一、设计任务及要求：设计任务：1、通过4*4矩阵键盘输入数字及运算符；2、可以进行4位十进制数以内的加法预算。如果计算结果超出四位数，则全部显示“E”；3、可以进行加减乘除所有运算；4、添加其他功能。要求：首先进行预设计，根据设计的任务要求，先确定设计的硬件电路方案，然后进行硬件电路的初步设计，在计算机上画出硬件电路图，在老师的指导下进行修

2、正硬件电路图，并对所涉及的参数进行计算。在确定硬件的基础上，要进行软件的总体设计，包括软件主流程的设计以及各子程序的设计，同时，要写出详细的操作说明，如时间的调整方法，显示窗口的时间切换等，以配合软件的设计。然后进入硬件的调试及编程工作，设计组内的同学可根据任务分工，有调试硬件各功能模块的，如键盘子程序、显示子程序等，有进行整体程序的编制的，各模块的编制过程中要注意资源的衔接。最后进入联机调试，联机调试的原则也要采用分步走的原则，各个功能模块要逐步套入，通过一个再增加一项功能，从而达到设计的总体要求，不要上来编制个最大的程序，最后无法查找错误。最后写出设计报告。指导教师签名：2016年6月6日

3、三、成绩指导教师签名：年月曰TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 一、绪言1 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 二、系统设计1 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 2.1设计任务1 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 2.2方案比较与论证1 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 2.2.1系统整体流程图2 HYPERLINK l b

4、ookmark22 o Current Document 2.2.2单片机的选择方案论证2 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 键盘选择方案论证2 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 2.2.4显示模块的选择方案论证22.2.5蜂鸣器的选择方案论证2 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 三、硬件电路设计2 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 3.1计算器的控制电路图2 HYPERLINK l bookma

5、rk32 o Current Document 3.2矩阵键盘的设计3 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document LCD1602显示电路的设计3 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 3.4蜂鸣器驱动电路的设计43.5主要元器件选择4 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 四、程序流程图5 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 五、c语言程序设计5六、计算器的仿真19 HYPERLINK l bookmark58 o

6、 Current Document Keil调试19 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document Proteus调试19七、结束语20八、参考文献21一、绪言近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月异更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。电子时钟是现代社会中的主要计时工具之一，广泛应用于手机，电脑，汽车等社会生活需要的各个方面，及对时间有要求的场合。本设计采用AT89C52单

7、片机作为主要核心部件，附以上电复位电路，时钟电路及按键调时电路组成。数字钟已成为人们日常生活中：必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧场、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点，它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域。二、系统设计2.1设计任务1、通过4*4矩阵键盘输入数字及运算符；2、可以进行4位十进制数以内的加法预算。如果计算结果超出四位数，则全部显示“E”3、可以进行加减乘除所有运算；4、添加其他功能。2.2方案比较与论证2.2.1系统整体流程图图1

8、系统整体流程图2.2.2计算器的控制方案论证用4*4的矩阵键盘组成0-9数字键及加、减、乘、除、等于、清零按键，LCD屏幕实时显示输入的数字和运算符号，每按下一个按键都有蜂鸣器发出的响声。从矩阵键盘输入一个数字，选择运算符，再输入一个数字，然后按下“等于”键，最后的计算结果会呈现在LCD屏幕上。2.2.3单片机的选择方案论证方案一：采用可编程逻辑期间CPLD作为控制器。CPLD可以实现各种复杂的逻辑功能、规模大、密度高、体积小、稳定性高、I/O资源丰富、易于进行功能扩展。采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模控制系统的控制核心。但本系统不需要复杂的逻辑功能，对数据的处理速

9、度的要求也不是非常高，且从使用及经济的角度考虑我们放弃了此方案方案二：采用Atmel公司的AT89C52单片机作为控制器。AT89C52是一个低功耗，高性能的51内核的CMOS8位单片机，片内含8k空间的可反复擦些1000次的Flash只读存储器，具有256bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个双向I/O口，2个16位可编程定时计数器。综合考虑，选择方案二，采用Atmel公司的AT89C52单片机作为控制器。2.2.4键盘选择方案论证方案一：采用独立式键盘。由于各键相互独立，每个按键各接一根输入线，通过检测输入线的电平状态可以很容易的判断哪个按键被按下。此种键盘适用于按键较少或操作速

10、度较高的场合。但本题发挥部分要求16个功能键，按键数目较多，这就需要较多的输入口线，而且电路结构复杂。故此方案不可取。方案二：采用矩阵键盘。它由行和列组成，按键位于行列的交叉点上，行线信号和列线信号分别通过两个接口和CPU相连，通过行列扫描法判定按键的位置，此方案适用于按键较多的场合。通过对4位数加法计算器题目的分析，采用4*4行列式键盘。2.2.5显示模块的选择方案论证方案一：采用带字库LCD模块显示。能显示复杂的信息，具有质量轻，体积小，功耗低，指令功能强，接口简单，可靠性强等优点，显示内容丰富，图形美观，易于人机交流。但是价格昂贵。方案二：采用LED数码管显示。数码管能显示数字和符号，但

11、是占用I/O口资源较多，对于简单的电路可以选用此方案。计算器，需要较为强大的人机交互界面，故选用方案一，显示所需信息。2.2.6蜂鸣器的选择方案论证方案一：采用有源蜂鸣器。有源蜂鸣器内部带震荡源，只要一通电就会发出响声。方案二：采用无源蜂鸣器。无源蜂鸣器内部不带震荡源，所以用直流信号无法令其鸣叫，必须用2K5K的方波去驱动它。综合考虑，为了程序控制的方便，选用了方案一。三硬件电路设计3.1计算器控制电路图图2计算器控制线路图3.2矩阵式键盘的设计键盘电路如图3所示。设计数字键09的键号依次为09,运算符号分别为“+”、“*，以及“=”和清零“C”，通过逐行扫描函数来确定按下的键位。3.3LCD

12、1602显示电路的设计LCD1602液晶屏采用LM016L型号元件，其电路如图3所示。图4LCD1602显示电路3.4蜂鸣器驱动电路的设计蜂鸣器的驱动采用PNP三极管来驱动，低电平有效。其电路如图5所示。图5蜂鸣器电路图3.5主要元器件选择主要元器件选用型号和数量如表1所示:序号材料名称规格型号数量元件代号1单片机AT89C521U12晶振12MHz1X13三级管MJE3501Q14键盘4*4165LCD1602LM016L1LCD16026蜂鸣器1BEEP7电阻1k1R1表1主要元器件清单、程序流程图开始初始爲片机扫描键盘蜂鸣器发出响声、1”-数字aV数字计算LCD液晶屏显示五C语言程序设计

13、#includevreg51.h#includevintrins.h#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitlcden=P2A1;定义E口sbitlcdrs=P2A0；定义RS口创建键位数组，数字，运算符号，等于号，清零（小数点）sbitbeep=P2A2;定义蜂鸣器ucharcodetable=0,T,2,3,4,5,6,7,8,9,+,-,*,7,=,.;ucharkey,flagl,js,kl,k2;uchara20,b20;floatjieguo=0;voiddelay(ucharz)/延迟函数ucharx,y;for(x=z

14、;x0;x_)for(y=110;y0;y-);voidwrite_cmd(ucharcmd)写命令函数lcdrs=0;P1=cmd;delay(5);lcden=1;delay(4);lcden=0;voidwrite_data(uchardate)/写数据函数lcdrs=1;P1=date;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;voidinit()/LCD初始化函数lcden=0;write_cmd(0 x38);设置16x2显示，8位数据接口write_cmd(0 x0c);设置开显示，不显示光标(关显示是0 x08)write_cmd(0 x06);写一个

15、字符后地址指针加1write_cmd(0 x01);/清屏voidkeyscan()uchartemp,uu=0 xf7;uinti;for(i=0;iv4;i+)uu=_crol_(uu,1);左移P3=uu;temp=P3;temp=temp&0 x0f;if(temp!=OxOf)delay(lO);temp=P3;temp=temp&Ox0f;if(temp!=0 x0f)temp=P3;switch(temp)case0 xee:key=1;beep=0;delay(200);beep=1;break;延迟200响声case0 xde:key=2;beep=0;delay(200);

16、beep=1;break;case0 xbe:key=3;beep=0;delay(200);beep=1;break;case0 x7e:key=10;beep=0;delay(200);beep=1;break;case0 xed:key=4;beep=0;delay(200);beep=1;break;case0 xdd:key=5;beep=0;delay(200);beep=1;break;case0 xbd:key=6;beep=0;delay(200);beep=1;break;case0 x7d:key=11;beep=0;delay(200);beep=1;break;cas

17、e0 xeb:key=7;beep=0;delay(200);beep=1;break;case0 xdb:key=8;beep=0;delay(200);beep=1;break;case0 xbb:key=9;beep=0;delay(200);beep=1;break;case0 x7b:key=12;beep=0;delay(200);beep=1;break;case0 xe7:key=0;beep=0;delay(200);beep=1;break;case0 xd7:key=15;beep=0;delay(200);beep=1;beep=0;delay(200);beep=1;

18、beep=0;delay(200);beep=1;break;清零长响声case0 xb7:key=13;beep=0;delay(200);beep=1;break;case0 x77:key=14;beep=0;delay(180);beep=1;delay(100);beep=O;delay(18O);beep=1;break;等于按键两声短响，中间较短间隔while(temp!=0 x0f)temp=P3;temp=temp&0 x0f;flag1=1;voidjscl()/计算显示函数uchari,j,n;floats,temp2;longintsl,s2,al,bl,cl,temp

19、l;al=l;bl=l;sl=0;s2=0;s=0;if(k2!=0)for(j=0;jvkl+l;j+)存放第一操作数for(i=0;ivk1-j;i+)a1=a1*10;s1=s1+aj*a1;a1=1;for(j=k1+1;jvk2+1;j+)/存放第二操作数for(i=0;ivk2-j;i+)b1=b1*10;s2=s2+aj*b1;b1=1;if(js=10)判断运算符号s=s1+s2;if(js=11)s=s1-s2;if(js=12)s=s1*s2;if(js=13)s=(s1*0.1)/(s2*0.1);jieguo=s;elses=jieguo;if(jieguo9999ll

20、s=9999)write_data(E);else运算结果小数的处理cl=(longint)(s*1000)%10;if(cl=5)s=s+0.01;temp1=(longint)(s);temp2=s-temp1;n=0;while(temp1)bn=temp1%10;temp1=temp1/10;n+;bn=temp2*10;bn+1=(uchar)(temp2*100)%10;for(i=n;i0;i-)write_data(tablebi-1);if(jieguo1)write_data(table0);write_data(table15);write_data(tablebn);w

21、rite_data(tablebn+1);elsewrite_data(table15);write_data(tablebn);write_data(tablebn+1);voidmain()uchari,j;init();write_cmd(0 x80);/将液晶指针定位在第一行第一个单元key=15;i=0;flag1=0;while(1)keyscan();if(flagl=l)if(key=15)判断为清零操作write_cmd(OxO1);i=0;for(j=0;jv20;j+)aj=0;bj=0;k1=0;k2=0;elseif(key10)判断为数字write_data(tab

22、lekey);ai=key;i+;elseif(keyilingsource.c.linking.ProgramSize:data=94.0 xdata=0code=2962creatinghexfilefromCalculator.Calculator-0Error(s,0Harning(s.Simulation6.2Proteus调试(S9calculator-ISISProfessional FileViewEditToolsDesignGr叩hSourceDebugLibraryTemplateSystemHelpTocfe彳申gm|回豆弔段渎/丸恥芳aaMjrOaLCD1602LM0

23、16LBEEPMJE350BlljrBUZSRLM01ELLM041LMJE350MJE13005RESIBUZZER巴:壬工DEvias.E3U1VL2132三ZZ+11TE、T-、r*x11rnT11A11W/TEXT-.-iXTAL1POO/ACOP01/AD1PO2/AD2PO4/AD4PO5/AD5RSTP06/AD6PO7/AD7P2OA8P21/A9P22/A10PSENP2A11EAP25/A13P26/A14P1.0/T2P1.1/T2EXP1.2P27/A15P30/RXDP3VEXDP32/1NT0P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P3WT1P3.4/T0P3.6W

24、RP3.7iRC10cLf;AT$9C52丄16L01rr?1011II*IIIIIOLodn9dgncbITTL34L45TTTU9E7结束语通过这次课程设计，使我们得到了一次用专业知识和专业技能去分析问题、解决问题全面系统的锻炼。使我们在单片机的基本原理、单片机应用系统开发过程，以及用c语言设计程序的思路技巧等方面都能向前迈了一大步，为我们日后成为合格的应用型人才打下良好的基础。8参考文献期刊类【格式】序号作者篇名J.刊名，出版年份，卷号（期号）：起止页码. 【举例】王海粟浅议会计信息披露模式J.财政研究，2004,21(1)：56-58.夏鲁惠高等学校毕业论文教学情况调研报告J.高等理科

25、教育，2004(1):46-52.Heider,E.R.&D.C.Oliver.ThestruetureofcolorspaceinnamingandmemoryoftwolanguagesJ.ForeignLanguageTeachingandResearch,1999,(3):62-67.专著类【格式】序号作者书名M.出版地：出版社，出版年份：起止页码.【举例】4葛家澍，林志军现代西方财务会计理论M.厦门：厦门大学出版社，2001：42.Gill,R.MasteringEnglishLiteratureM.London:Macmillan,1985:42-45.报纸类【格式】序号作者篇名N.报纸名，出版日期(版次).【举例】李大伦经济全球化的重要性N.光明日报，1998-12-27(3).French,W.Betwe