51单片机的简单计算器设计及仿真

..>基于单片机的简易计算器设计与仿真设计题目：基于单片机的简易计算器设计与仿真一、设计实验条件：地点：自动化系实验室实验设备：PC机〔装有Keil；Protues；Word；Visio〕二、设计任务：本系统选用AT89C51单片机为主控机。通过扩展必要的外围接口电路，实现对计算器的设计，具体设计如下：〔1〕由于设计的计算器要进展四则运算，为了得到较好的显示效果，经综合分析后，最后采用LCD显示数据和结果。〔2〕采用键盘输入方式，键盘包括数字键〔0～9〕、符号键〔+、-、×、÷〕、去除键(on\c)和等号键〔=〕，故只需要16个按键即可，设计中采用集成的计算键盘。〔3〕在执行过程中，开机显示零，等待键入数值，当键入数字，通过LCD显示出来，当键入+、-、*、/运算符，计算器在内部执行数值转换和存储，并等待再次键入数值，当再键入数值后将显示键入的数值，按等号就会在LCD上输出运算结果。〔4〕错误提示：当计算器执行过程中有错误时，会在LCD上显示相应的提示,如：当输入的数值或计算得到的结果大于计算器的表示范围时，计算器会在LCD上提示overflow；当除数为0时，计算器会在LCD上提示error。设计要求：分别对键盘输入检测模块；LCD显示模块；算术运算模块；错误处理及提示模块进展设计，并用Visio画系统方框图，keil与protues仿真分析其设计结果。三、设计时间与设计时间安排：1、设计时间：6月27日～7月8日2、设计时间安排：熟悉课题、收集资料：3天〔6月27日～6月29日)具体设计〔含上机实验〕：6天〔6月30日～7月5日)编写课程设计说明书：2天〔7月6日～7月7日)辩论：1天〔7月8日〕四、设计说明书的内容：1、前言：(自己写，组员之间不能一样，写完后将红字删除，排版时注意对齐〕本设计是基于51系列单片机来进展的数字计算器系统设计，可以完成计算器的键盘输入，进展加、减、乘、除根本四则运算，并在LCD上显示相应的结果；设计电路采用AT89C51单片机为主要控制电路，利用MM74C922作为计算器4*4键盘的扫描IC读取键盘上的输入；显示采用字符LCD静态显示；软件方面使用C语言编程，并用PROTUES仿真。2、设计题目与设计任务：现实生活中人们熟知的计算器，其功能主要如下：〔1〕键盘输入；〔2〕数值显示；〔3〕加、减、乘、除四则运算；(4)对错误的控制及提示。针对上述功能，计算器软件程序要完成以下模块的设计：(1)键盘输入检测模块；〔2〕LCD显示模块；〔3〕算术运算模块；〔4〕错误处理及提示模块。3、主体设计局部：〔1〕、系统模块图：〔2〕、算术运算程序流程图：〔3〕、系统总流程图：〔4〕、硬件设计：〔一〕、总体硬件设计：本设计选用AT89C51单片机为主控单元；显示局部：采用LCD静态显示；按键局部：采用4*4键盘；用MM74C922为4*4键盘扫描IC，读取输入的键值。总体设计效果如以下图：〔二〕、单片机接口电路说明：1、手动上电复位电路：当VCC上电时，C充电，在10K电阻上出现电压，使得单片机复位；几个毫秒后，C充满，10K电阻上电流降为0，电压也为0，使得单片机进入工作状态。工作期间，按下S，C放电。S松手，C又充电，在10K电阻上出现电压，使得单片机复位。几个毫秒后，单片机进入工作状态。2、内部时钟模式电路：当单片机工作于内部时钟模式的时候，只需在*TAL1和*TAL2引脚连接一个晶体振荡器或者陶瓷振荡器，并接两个电容后接地即可，在使用时对于电容的选择有一定的要求：当外接晶体振荡器的时候，电容值一般选择C1=C2=30+10pF或30-10pF；当外接陶瓷振荡器的时候，电容值一般选择C1=C2=40+10pF或40-10pF；3、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进展校验时，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展存取时，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展读写时，P2口输出其特殊功能存放器的内容。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：P3.0R*D〔串行输入口〕P3.1T*D〔串行输出口〕P3.2/INT0〔外部中断0〕P3.3/INT1〔外部中断1〕P3.4T0〔记时器0外部输入〕P3.5T1〔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。如想制止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOV*，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制止，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〕。*TAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。*TAL2：来自反向振荡器的输出。4、单片机与复位、时钟电路连接电路图：〔三〕、键盘接口电路：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穿插点上设置一个按键。这样键盘上按键的个数就为4×4个。这种行列式键盘构造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1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1矩阵键盘布局图矩阵键盘内部电路图如图2所示：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3所示：图3MM94C22硬件图MM74C922引脚说明：(1)Y1~Y4〔脚1~脚4〕：4*4键盘第一列至第四。(2)*1~*4〔脚11、10、8、7〕：4*4键盘第一行至第四行。(3)DOA~DOD〔DataoutA~D，脚14~17〕：按键之BCD码输出，其中DOA为LSB，DOD为MSB。(4)VCC〔脚18〕：电源脚，+3V~+15V。ab126计算公式大全(5)GND〔脚9〕：接地管脚。新艺图库(6)OSC〔Oscillator，脚5〕：键盘扫描电路之频率所需外加电容的连引脚。(7)KBM〔KeyboardMask，脚6〕：内部消除开关弹跳电路所外加电容的引脚。(8)OE〔OutputEnable，脚13〕：芯片使能脚，接低电位可使芯片使能。(9)DA〔DataAvailable，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。MM74C922对各按键的响应如下表所示：如以下图4所示，在本设计中，计算器输入键盘的4条行线、列线分别连接到MM74C922的*1-*4、Y1-Y4引脚，MM74C922的数据输出口与单片机的P2口相连，MM74C922的DA引脚经过一个非门连接到单片机的/INT0脚，当MM74C922检测到键盘输入时，DA产生高电平，与之相连的/INT0检测到低电平，给单片机一个中断，单片机从P2口的低四位读入键盘上按下的键的值。图4键盘接口电路图〔四〕、LCD显示模块：本设计采用LCD液晶显示器来显示输出数据。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5LCD模块〔五〕运算模块〔单片机控制〕：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根本功能部件。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存放器〔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，可以很快地实现运算功能。3.5、软件编程：1、主函数设计：/******************函数声明*****************/#include<reg51.h>#include<math.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint chartranslate(intkeycode);voidarithmetic();voidinit_LCM();voidwrite_data(charddata);voidwrite_(charcommand);voidcheck_BF();voidclearLCD();voiddisplay(longa);voiddealerror(); voiddataoverflow();/******************定义变量和数组*****************/long*=0,y=0,num=0;intoperators,input,iny=0;charkey;charerror[5]="error";charoverflow[8]="overflow";sbitEN=P3^4;sbitR_W=P3^5;sbitRS=P3^6;/******************主函数*****************/main(){EA=1;E*0=1;IT0=1;P2=0*ff;display(0);init_LCM();write_data(0*30);while(1){}}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，以进展下一步的程序处理。/**********键值转化为键盘上按键值函数*************/chartranslate(intkeycode){switch(keycode){case0:return'7';break;case1:return'4';break;case2: return'1'; break;case3: return'c'; break;case4: return'8'; break;case5: return'5'; break;case6: return'2'; break;case7: return'0'; break;case8: return'9'; break;case9: return'6'; break;case10: return'3'; break;case11: return'='; break;case12: return'/'; break;case13: return'*'; break;case14: return'-'; break;case15: return'+'; break; }}/***********外部中断0处理函数*************/voidINT_0(void)interrupt0using0{key=translate(P2&0*0f);if(key<='9'&&key>='0')//判断按下的键是否为数值{num=num*10+(key-'0');if(operators>0){y=num;iny=1;}else*=num;if(num<134217728&&num>-134217728)//当前数值是否超出限定范围{ display(num);}elsedataoverflow();}else{switch(key){case'c': *=0; y=0;num=0; iny=0; operators=0; display(num); break;case'=': arithmetic(); iny=0; operators=0; num=0; break;case'+': if(operators) arithmetic(); operators=1; num=0; break;case'-': if(operators) arithmetic(); operators=2; num=0; break;case'*': if(operators) arithmetic(); operators=3; num=0; break;case'/': if(operators) arithmetic(); operators=4; num=0; break;}}}〔2〕、算术运算程序设计：/**********算术运算函数*************/voidarithmetic(){if(iny){switch(operators){case1:*=*+y;num=*;if(num<134217728&&num>-134217728){display(num);}elsedataoverflow();break;case2:*=*-y;num=*;if(num<134217728&&num>-134217728){ display(num);}elsedataoverflow();break;case3:*=**y;num=*;if(num<134217728&&num>-134217728){ display(num);}elsedataoverflow();break;case4:if(y==0)dealerror();else{*=*/y;num=*;if(num<134217728&&num>-134217728){ display(num);}elsedataoverflow();} break;}y=0;}}〔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*************/voidinit_LCM(){write_(0*30);write_(0*30);write_(0*30);write_(0*38);write_(0*08);write_(0*01);write_(0*06);write_(0*0e);}/***********LCD写数据函数*************/voidwrite_data(charddata){RS=1;/*写指令*/R_W=0; EN=1;/*使能信号开*/P1=ddata;/*将数据送入p1口*/EN=0;/*使能信号关*/check_BF();}/***********LCD写指令函数*************/voidwrite_(charcommand){ RS=0;/*写指令*/R_W=0; EN=1;/*使能信号开*/P1=command;/*将数据送入p1口*/EN=0;/*使能信号关*/check_BF();}/************LCD检查忙碌函数***********/voidcheck_BF(){chari,*=0*80;P1=0*ff;while(*&0*80){RS=0;R_W=1;EN=1;*=P1;EN=0;for(i=0;i<10;i++);}EN=0;/*关闭使能信号*/}/**********LCD清屏函数**********/voidclearLCD(){write_(0*01);}/**********LCD显示函数**********/voiddisplay(longa){longtemp,b,c=-1;intlenth=1,i,j;clearLCD();if(a<0){a=a*c;write_data('-');} temp=a;while((temp=temp/10)!=0){lenth++;}for(i=lenth;i>0;i--){b=1;for(j=0;j<i-1;j++){b=b*10;}write_data(0*30+a/b);a=a%b;}}〔4〕、错误处理及提示程序设计：/**********除数为处理函数**********/voiddealerror(){inti=0;clearLCD();for(i=0;i<5;i++)write_data(error[i]);}/*********数值溢出处理函数**********/voiddataoverflow(){inti=0;clearLCD();for(i=0;i<8;i++)write_data(