2011屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)題目:基于單片機(jī)的多功能計(jì)算器的設(shè)計(jì)系、部：電氣與信息工程系學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：職稱(chēng)高級(jí)講師專(zhuān)業(yè)：通信技術(shù)班級(jí)：0801學(xué)號(hào)：完成時(shí)間：2011年5月9號(hào)目錄摘要1一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)21.1、功能介紹.21.1.1、基本功能.21.1.2、擴(kuò)展功能.21.2、總體設(shè)計(jì)方案.21.2.1、總體設(shè)計(jì)思路.21.2.2、方案論證與比較.21.2.3、系統(tǒng)組成.8二、重要器件的知識(shí)介紹82.1、單片機(jī)的知識(shí)介紹.82.1.1、單片機(jī)的主要性能.82.1.2、單片機(jī)的功能特性描敘.92.1.3、單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)方框圖及芯片引腳圖.92.1.4、單片機(jī)各引腳功能說(shuō)明.102.1.5、單片機(jī)時(shí)鐘電路.112.1.6、單片機(jī)復(fù)位電路.122.1.7、單片機(jī)下載口電路.12三、軟件設(shè)計(jì)133.1、液晶顯示設(shè)計(jì).133.2、鍵盤(pán)輸入設(shè)計(jì).153.3、計(jì)算器函數(shù)設(shè)計(jì).153.4、程序流程圖.183.5、程序清單.20產(chǎn)品使用說(shuō)明21參考文獻(xiàn)22附錄1、元器件清單23附錄2、系統(tǒng)原理圖24附錄3、實(shí)物照片24附錄4、程序清單27致謝46摘要本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)作為控制芯片，用C語(yǔ)言對(duì)其進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)，輸入由4*4行列式鍵盤(pán)控制，輸出采用人性化的SBY12864K-ZK型液晶實(shí)現(xiàn)。該計(jì)算器為多功能計(jì)算器，在未進(jìn)行計(jì)算時(shí)，它是一個(gè)萬(wàn)年歷時(shí)鐘，并且?guī)X鐘和星期顯示，所以數(shù)據(jù)均可隨時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)采用的是獨(dú)立式鍵盤(pán)，是將4*4行列式鍵盤(pán)的一根線拉低，然后讀取與這根線交叉的4根線的所處狀態(tài)來(lái)判斷按鍵是否被按下。對(duì)于計(jì)算這個(gè)部分我采用的是行列鍵盤(pán)，10個(gè)數(shù)字鍵，一個(gè)小數(shù)點(diǎn)鍵，四個(gè)符號(hào)鍵，一個(gè)多功能鍵，通過(guò)判別該多功能鍵連續(xù)按的次數(shù)來(lái)決定該鍵此時(shí)的命令。由于C語(yǔ)言庫(kù)函數(shù)繁多，所以我采用調(diào)用C語(yǔ)言庫(kù)函數(shù)來(lái)解決多種運(yùn)算類(lèi)型，這樣編程更簡(jiǎn)單，運(yùn)行起來(lái)也更可靠。關(guān)鍵字：?jiǎn)纹瑱C(jī)，點(diǎn)陣圖形液晶，行列鍵盤(pán)，C語(yǔ)言庫(kù)函數(shù)。AbstractThedesignusesasingle-chipmicrocomputerasthecontrolchip,usingCprogramminglanguageofitsinputfrom4*4matrixkeyboardcontrol,theoutputoftheuseofhumanSBY12864K-ZK-typeliquidcrystaltoachieve.Multi-functioncalculatorforthecalculator,beforethecalculation,itisacalendarclockandbellandweekswiththebrainshowedthattheremayatanytimecalibrationdata,calibrationdataisusedinstand-alonekeyboard,isa4*4matrixkeyboarddownoneline,andthenreadwiththerootofthecross-line4-linestatetodeterminewhichbuttonhasbeenpressed,whichisonlyfourkeysforthethreecalendarbuttoncalibrationandthecontrolofthebrainclock,andtheotherbuttonisusedtoswitchintothemodeofcalculation.ForthispartofthecalculationIusedthekeyboardmatrix,10numerickeys,adecimalpointkey,foursymbolkeys,amulti-functionkeys,multi-functionthroughtheidentificationoftherowbythenumberofkeystodeterminetheorderofthekeyatthistime.Clanguagelibraryfunctionasaresultofmany,soIusedtocallClanguagelibraryfunctiontosolveawiderangeofoperatortypes,suchprogrammingismuchsimpler,itisalsomorereliable.Keywords:Single-chip,dot-matrixgraphicLCD,matrixkeyboard,Clanguagelibraryfunction.一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1、功能介紹1.1.1、基本功能根據(jù)所學(xué)知識(shí)，自行設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)算器，要求自行設(shè)計(jì)供電電源，該計(jì)算器能夠?qū)崿F(xiàn)加減乘除四則混合運(yùn)算，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)計(jì)算。1.1.2、擴(kuò)展功能（1）、該計(jì)算器能夠?qū)崿F(xiàn)浮點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算。（2）、該計(jì)算器在不進(jìn)行計(jì)算時(shí)能夠當(dāng)時(shí)鐘用，并且該時(shí)鐘可顯示星期和日歷，同時(shí)能夠修改其值。（3）、該計(jì)算器能夠?qū)崿F(xiàn)加減乘除以外的其他運(yùn)算。1.2、總體設(shè)計(jì)方案1.2.1、總體設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)主要采用以下基本模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，控制器模塊，輸入模塊，輸出模塊和電源模塊。通過(guò)對(duì)控制器進(jìn)行編程。使其對(duì)輸入模塊的信號(hào)進(jìn)行處理計(jì)算，然后通過(guò)輸出模塊反饋給使用者以計(jì)算結(jié)果。1.2.2、方案論證與比較1.2.2.1、控制部分的設(shè)計(jì)方案論證與選擇根據(jù)設(shè)計(jì)要求，控制器主要用于紅外信號(hào)的接收和辨認(rèn)、控制步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)作，控制顯示步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速等。對(duì)于控制器的選擇有以下三種方案。方案一：采用計(jì)算器專(zhuān)用芯片實(shí)現(xiàn)。用計(jì)算器專(zhuān)用芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)并編程實(shí)現(xiàn)。這種設(shè)計(jì)方案計(jì)算效率高、速度快、而且成本也相對(duì)較低，是廠家做計(jì)算器的最佳方案。但是本人對(duì)計(jì)算器專(zhuān)用芯片掌握的不夠，還不足以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)計(jì)算器，所以這個(gè)方案不可去。方案二：采用FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列）作為系統(tǒng)的控制器。FPGA將所有器件集成到一塊芯片上，體積小，節(jié)省空間，提高了穩(wěn)定性；直接面向用戶(hù)，具有極大的靈活性和通用性，使用方便，硬件測(cè)試和實(shí)現(xiàn)快捷，開(kāi)發(fā)效率高，工作可靠性好?？梢詫?shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能，規(guī)模大，密度高，采用并行的輸入輸出方式，系統(tǒng)處理速度高，適合作為大規(guī)模實(shí)時(shí)系統(tǒng)的控制核心。由FPGA內(nèi)部編程實(shí)現(xiàn)計(jì)算器功能，本設(shè)計(jì)對(duì)數(shù)據(jù)處理速度的要求不是很高，F(xiàn)PGA的高速處理的優(yōu)勢(shì)得不到充分的體現(xiàn)，由于其集成度高，使其成本偏高，同時(shí)由于芯片的引腳較多，實(shí)物電路板布線復(fù)雜，加重了電路設(shè)計(jì)和實(shí)際焊接的工作。并且FPGA的價(jià)格相對(duì)較高，性?xún)r(jià)比太低。方案三、用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。由于單片機(jī)集成了運(yùn)算器電路、控制電路、存儲(chǔ)器、中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及輸入/輸出口電路等，所以用單片機(jī)設(shè)計(jì)控制電路省去了很多分立元器件。由于單片機(jī)是可編程芯片，并且它可以運(yùn)用C語(yǔ)言編寫(xiě)，對(duì)于一些復(fù)雜的計(jì)算功能，可以調(diào)用C語(yǔ)言庫(kù)函數(shù)。使編寫(xiě)程序變得非常簡(jiǎn)單。所以該課題用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，不僅功能易于實(shí)現(xiàn)，而且精確度高，穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)。并且由于其成本低、體積小、技術(shù)成熟和功耗小等優(yōu)點(diǎn)，且技術(shù)比較成熟。性?xún)r(jià)比也相當(dāng)高。更重要的是本人經(jīng)過(guò)幾年的學(xué)習(xí)，對(duì)單片機(jī)已有深刻的理解，并且可以靈活運(yùn)用。綜上所述，并通過(guò)各個(gè)方面綜合比較為達(dá)到最佳效果。我們采用方案三利用單片機(jī)控制器。1.2.2.3、顯示電路的設(shè)計(jì)方案論證與選擇方案一：數(shù)碼管顯示方案。數(shù)碼管顯示使用兩個(gè)四位一體動(dòng)態(tài)數(shù)碼管顯示方案，此設(shè)計(jì)電路如圖1-1所示。采用動(dòng)態(tài)數(shù)碼管顯示，具有程序簡(jiǎn)單，對(duì)外界環(huán)境要求低，易于維護(hù)，同時(shí)其精度比較高，精確可靠，操作簡(jiǎn)單。顯示直觀的特點(diǎn)。但只能顯示數(shù)字和一些代碼，不能顯示漢字及一些常用的符號(hào)，且硬件設(shè)計(jì)比較復(fù)雜。A11B7C4D2E1F10G5H3112283946JP2Q129012Q179012Q189012Q199012VCCVCCVCCVCCR4910KR5010KR5110KR5310KQ59012Q69012VCCVCCVCCVCCR4210KR4610KR4710KR4810KKBIT1KBIT2KBIT3KBIT4KBIT5KBIT6KBIT7KBIT8A11B7C4D2E1F10G5H3112293846R57Component_1Q39012Q49012D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D7圖1-1、兩個(gè)四位一體數(shù)碼電路圖方案二；采用AT1602型液晶顯示（一）、基本特性a、顯示特性b、物理特性c外形尺寸如圖1-2所示圖1-2、液晶的外形尺寸（二）、接口定義AT1602與單片機(jī)的接口電路如圖1-3所示，該液晶有16個(gè)引腳，它能顯示32個(gè)字符，并且硬件電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，顯示美觀，但驅(qū)動(dòng)程序相對(duì)數(shù)碼管來(lái)說(shuō)要復(fù)雜一些，其次穩(wěn)定性也不如數(shù)碼管。而且它只能顯示ASCII碼，不能夠顯示漢字，人機(jī)交互能力較差。圖1-3、AT1602與單片機(jī)接口電路方案三：采用漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示器RT12864顯示方案。RT12864M漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形。供電電源為3.3V+5V(內(nèi)置升壓電路，無(wú)需負(fù)壓)，能采用并行和串行兩種通信方式。并有光標(biāo)顯示、畫(huà)面移位、自定義字符、睡眠模式等功能。綜上所敘，12864的顯示效果好、功能齊全，所以我們選用12864液晶顯示。其與單片機(jī)的接口電路如圖1-4所示。圖1-4、12864與單片