1、基于单片机的计算器设计2.4 矩阵按键键盘是单片机系统中最常用的人机对话输入设备，用户通过键盘向单片机输入数据或指令。键盘控制程序需完成的任务有：监测是否有键按下，有键按下时，若无硬件去抖动电路时，应用软件延时方法消除按键抖动影响；当有多个键同时按下时，只处理一个按键，不管一次按键持续多长时间，仅执行一次按键功能程序。矩阵按键扫描程序是一种节省I/O口的方法,按键数目越多节省I/O口就越可观，思路：先判断某一列（行）是否有按键按下，再判断该行（列）是哪一只键按下。但是，在程序的写法上，采用了最简单的方法，使得程序效率最高。本程序中，如果检测到某键按下了，就不再检测其它的按键，这完全能满足绝大多
2、数需要，又能节省大量的CPU时间。2.5 计算器设计总体思想根据功能和指示要求，本系统选用以MCS-51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、由于要设计的是简单的计算器，可以进行四则运算，为了得到教好的显示效果，采用LCD显示数据和结果。2、另外键盘包括数字键（0-9）、符号键（+、-、*、/）、清除键和等号键，故只需要16个按键即可，设计中采用集成的计算机键盘。3、执行程序：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后将显示键入的数值，按等号就会在LCD上
3、输出运算结果。4、错误提示：当单片机执行程序中有错误时，会在LCD上显示相应的提示，如：当输入的数值或计算器得到的结果大于计算器的显示范围时，计算器会在LCD上提示溢出；当除数为0时，计算器会在LCD上提示错误。 第三章 硬件系统设计硬件系统是指构成微机系统的实体和装置，通常由运算器、控制器、存储器、输入接口电路和输入设备、输出接口电路和输出设备等组成。单片机实质上是一个硬件的芯片，在实际应用中，通常很难直接和被控对象进行电气连接，必须外加各种扩展接口电路、外部设备、被控对象等硬件和软件，才能构成一个单片机应用系统。本设计选用以AT89S51单片机为主控单元。显示部分：采用LCD静态显示。按键
4、部分，采用4*4键盘。 硬件电路原理图如图3.1所示：图3.1 硬件电路原理图3.1 键盘接口电路计算机输入数字和其他功能按键时要用到很多按键，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样的方式，而是采用矩阵键盘的方式。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交叉点上设置一个按键。这样键盘上按键的数量就为4*4个。这样行列式键盘结构能有效的提高单片机系统中I/O口的利用率。计算器的键盘布局如图3.2所示：一般有16个键组成，在单片机中正好有一个P端口实现16个按键功能，这种形式在单片机系统中最常用。图3.2 矩
5、阵键盘内部电路3.2 LCD显示模块本设计采用LCD液晶显示器来显示输出数据。LCD的特性有：1、+5V电压，对比可调度；2、内含复位电路；3、提供各种控制命令，如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能；4、有80字节显示数据存储器DDRAM;5、内建有160个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM;6、8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM。本设计通过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的数据。其接口电路如图3.3所示。 图3.3 LCD接口电路LCD的引脚说明如表3.1所示： 表3.1 LCD的引脚说明符号引脚说明符号引脚说明VSS电源
6、地DB4Data I/OVDD电源正极（+5V）DB5Data I/OV0液晶显示偏压输入DB6Data I/ORS数据/命令选择端（H/L）DB7Data I/OR/W读写控制信号（H/L）CS1片选IC1信号E使能信号CS2片选IC2信号DB0Data I/ORST复位端（H：正常工作，L：复位）DB1Data I/OVEE负电源输出（-10V）DB2Data I/OBLA背光源正极（+4.2）DB3Data I/OBLK背光源正极3.3 运算模块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等计算机所需要的基本功能部件。如果按功能划分，它由以下
7、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寄存器（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，因此采用单片机作为计算器的主要功能部件，可以很快的实现运算功能。运算模块由键盘和显示屏组成。单片机通过按键来实现输入数据和操作方式的控制，在运算过程中，对所设的数据进行四则运算时，要先确定选用的是哪一个运算符，若是+或*，则要判断结果是否会溢出，溢出则显示错误提示，没有溢出则显示运算结
8、果，若是/，则要判断除数是否为零，为零时显示错误提示，不为零显示运算结果。第四章 软件设计4.1 汇编语言和C语言的特点及选择本设计是硬件电路和软件编程相结合的设计方案，选择合适的编程语言是一个重要的环节。在单片机的应用系统程序设计时，常用的是汇编语言和C语言。机硬件，程序可读性和可移植性比较差。而C语言虽然执行效率没有汇编语言高，但语言简洁，使用方便，灵活，运算丰富，表达化类型多样化，数据结构类型丰富，具有结构化的控制语句，程序设计自由度大，有很好的可重用性，可移植性等特点。由于现在单片机的发展已经达到了很高的水平，内部的各种资源相当的丰富，CPU的处理速度非常的快。用C语言来控制单片机无疑
9、是一个理想的选择。所以在本设计中采用C语言编写软件程序。主程序的设计详见附录三。 4.2 键扫程序设计键扫程序的过程为：开始时，先判断是否有键闭合，无键闭合时，返回继续判断，有键闭合时，先去抖动，然后确定是否有键按下，若无键按下，则返回继续判断是否有键闭合，若有键按下，则判断键号，然后释放，若释放按键完毕，则返回，若没有释放按键，则返回继续释放。其流程图如图4.1所示。图4.1 键扫程序流程图 4.3 算术运算程序设计算术运算程序的过程为：先判断输入的运算符是+、-、*、/ 中的哪一个，若是+或-，则要判断运算结果是否溢出，溢出则显示错误信息，没溢出就显示运算结果，若是/，则要先判断除数是否为
10、零，为零就显示错误信息，不为零则显示运算结果，若是-，则直接显示运算结果。其流程图如图4.2所示。图4.2 算术运算程序设计流程图4.4 显示程序设计显示程序的过程为：显示开始时，先进行LCD的初始化，判断是否显示汉字或ACSII码或图形，若不显示，则返回，若显示的是汉字或ACSII码，则进行相应功能的设置，然后送地址和数据，再判断是否显示完,显示完则返回，没有显示完则继续送地址，若显示的是图形，则先进行相应功能的设置，再送行地址和列地址，然后送数据，最后判断是否显示完，显示完则返回，没有显示完则继续送行地址和列地址。其流程图如图4.3所示。图4.3 显示程序流程图第五章 系统调试与存在的问题
11、5.1 硬件调试常见故障：1、逻辑错误：它是由设计错误或加工过程中的工艺性错误所造成的。这类错误包括错线、开路、短路等。2、元器件失效：有两方面的原因：一是器件本身已损坏或性能不符合要求；二是组装错误造成元件失效，如电解电容、集成电路安装方向错误等。3、可靠性差：因其可靠性差的原因很多，如金属化孔、接插件接触不良会造成系统时好时坏，经不起振动；走线和布局不合理也会引起系统可靠性差。4、电源故障：若样机由电源故障，则加电后很容易造成器件损坏。电源故障包括电压值不符合设计要求，电源引线和插座不对，功率不足，负载能力差等。调试方法：包括多级调试和联机调试。在调试过程中要针对可能出现的故障认真分析，直
12、至检查出原因并排除。本次硬件调试过程中，对所出现的问题进行了认真的分析和改正，最后能够很好的达到设计要求的效果。5.2 软件调试软件调试一般分为以下四个阶段：1、 编写程序并查错；2、在C语言的编译系统中编译源程序3、对程序进行编译连接，并及时发现程序中存在的错误；4、改正错误。在本次调试中出现的问题有：1、在程序中有的函数名未定义；2、在抄录程序时，少录入一些字符，如：“；”、“”、“-”等符号，而出现错误；3、有一些函数名录入时少写一个字母或顺序颠倒；4、没有注意函数名的调用及定义；5、芯片引脚定义出错而导致没有实验现象。在软件调试过程中，对出现的错误进行了认真的分析和修改，多次调试成功后
13、，能够很好的达到既定的设计效果。总 结我的题目是简易计算器的设计，对于我们这些实践中的新手来说，这是一次考验。怎样才能找到课堂所学与实际应用的最佳结合点？怎样让自己的业余更接近专业？怎样让自己的计划更具有序性，而不会忙无一用？这都是我们所要考虑和努力的。这次课程设计我学到很多很多的东西，学会了怎么样去制定计划，怎么样去实现这个计划，并掌握了在执行过程中怎么样去克服心理上的不良情绪。不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上没有学到过的知识，掌握了一种系统的研究方法，可以进行一些简单的编程。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知
14、识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，例如对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，对C语言掌握得不够好等。这次毕业设计的完成要特别感谢我的导师马磊娟老师，在教学繁忙、事务缠身的情况下，马老师多次抽出时间，对我的论文进行悉心的指导，从论文的选题到论文的总体框架，再到论文撰写过程中的语言组织，她都进行了细致的批阅，使得我的论文越来越规整，更加符合标准。在这里真诚地对所有关心我、帮助我、鼓励我的老师、同学、朋友道声:“谢谢!”参考文献1徐爱钧.智能化测量控制仪表原理与设计（第二版）北京航
15、天航空大学出版社,2004.9 2孙育才等.MCS-51系列单片微型计算机及其应用（第4版）东南大学出版社，2004.33李萍等.智能仪器实验指导书大连交通大学，2007.94单片机应用技术（C语言）.中国劳动社会保障出版社，2006.65武庆生,仇梅等著.单片机原理与应用.电子科技大学出版,1998.12 6朱定华著.单片机原理与接口技术.电子工业出版社,2001.4 7王宜怀,刘晓升等著.嵌入式应用技术基础教程.北京清华大学出版社,2005.7 8王威著.HCS12微控制器原理及应用.北京航空航天大学出版社,2007.10 9龚运新著.单片机C语言开发技术.北京清华大学出版社,2006.1
16、0 10周立功.单片机实验与实践.北京航空航天大学出版社，2004.3附 录附录一：计算器硬件连线图附录二：元器件清单8051芯片1个LCD显示屏1个三极管7个1K电阻20个电容3个晶振1个按键20个排插及排线5对开关1个电源接口1个附录三：源程序str6=str5=str4=str3=str2=str1=10;str16=str15=str14=str13=str12=str1#include /51单片机基本定义头文件#include #include /循环位移头文件#define uchar unsigned char /宏定义#define uint unsigned intsbit
17、 P1_4=P14; /I/O端口定义（矩阵扫描后4位端口）sbit P1_5=P15;sbit P1_6=P16;sbit P1_7=P17;uchar i,num s;uchar wei,wei 2,ss,ss1,ss2,str=0,0,0,0,0,0,0;long temp,temp1,str=10,10,10,10,10,10,10;uchar code dutable= /段位编码0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e;uchar code wetable=0xfe
18、,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf;void init(); /函数声明void panduan();void display();void delay(uint z);void shaomiao();void main() /主函数init(); /调用变量初始化函数while(1) /大循环shaomiao(); /调用矩阵扫描加处理函数diaplay(); /调用显示函数void init()ss2=0;wei2=1;temp1=0;ss=0;ss1=0;temp=0;wei=0;num=0;void delay(uint z) /延时函数（单位ms）uchar i;ui
19、nt j;for(j=z;j0;j-)for(i=114;i0;i-);void shaomiao() /扫描加处理函数for(i=0,s=0xfe;i4;i+) /低四位端口依次赋值1P1=s; /对P1口赋值panduan(); /调用判断处理函数s=_crol_(s,1); /s循环位左移s=sl0xf0; /进行位或运算（使高4位复原）void panduan()uchar n;if(P1_4=0|P1_5=0|P1_6=0|P1_7=0)delay(10);P1=sl0xf0;if(P1_4=0|P1_5=0|P1_6=0|P1_7=0)if(P1_4=0)n=1;num=i*4+n
20、-1;else if(P1_5=0)n=2;num=i*4+n-1;else if(P1_6=0)n=3;num=i*4+n-1;else if(P1_7=0)n=4;num=i*4+n-1;if(num=10)wei=0;if(num=10)temp=0;l1=0;wei=0;temp1=0;ss=0;wei2=1;if(ss1=0&num=11|(ss1=0&ss2!=0&num11&num999999)temp=0;ss1=1;if(num=12)temp1=temp;ss=1;ss1=1;ss2=1;if(num=13)temp1=temp;ss=2;ss1=1;ss2=1;if(nu
21、m=14)temp1=temp;ss=3;ss1=1;ss2=1;if(num=15)ss=4;ss1=1;ss2=1;str16=temp/100000;str15=temp%100000/10000;str14=temp%10000/1000;str13=temp%1000/100;str12=temp%100/10;str11=temp%10/1;if(str11!=0)wei2=1;if(str12!=0)wei2=2;if(str13!=0)wei2=3;if(str14!=0)wei2=4;if(str15!=0)wei2=5;if(str16!=0)wei2=6;while(P1_4=0|P1_5=0|P1_6=0|P1_7=0);void display()char i1;for(i1=1;i1wei2+1;i1+)P2=wetable0;P3=dutable14;elseP2=wetablei1-1;P3=dutablestr1i1;delay(10);P3=0xff;
