西安培華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 簡(jiǎn)單計(jì)算器的設(shè)計(jì)與制作 I 摘 要 計(jì)算器在人們的日常生活中是比較常見的電子產(chǎn)品之一?？墒撬€在發(fā)展之中，以后必將出現(xiàn)功能更加強(qiáng)大的計(jì)算器，基于這樣的理念，本次設(shè)計(jì)是用單片機(jī)來設(shè)計(jì)的計(jì)算器。該設(shè)計(jì)系統(tǒng)是采用 片機(jī)，以 接 4鍵盤，通過鍵盤掃描來對(duì)輸入的數(shù)字和運(yùn)算符進(jìn)行控制，計(jì)算結(jié)果將在七段共陰極數(shù)碼管上顯示，并設(shè)有清零鍵可隨時(shí)實(shí)現(xiàn)計(jì)算器清零復(fù)位，外接驅(qū)動(dòng)電路，并通過單片機(jī) I/O 設(shè)置一定頻率的音頻 ，通過蜂鳴器輸出，模擬真實(shí)計(jì)算器按鍵聲音，軟件程序采用 于移植與升級(jí)。報(bào)告詳細(xì)介紹了 整個(gè)系統(tǒng)的硬件組成結(jié)構(gòu)、工作原理和系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計(jì)。計(jì)算器將完成的功能有整數(shù)的加，減，乘，除等功能。 關(guān)鍵詞 ： 計(jì)算器；單片機(jī)；加減乘除 s is of it on is to ED as X4 to of in is , in of 安培華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 簡(jiǎn)單計(jì)算器的設(shè)計(jì)與制作 錄 第 1章 緒 論 . 1 究目的及意義 . 1 內(nèi)外發(fā)展情況 . 1 第 2章 方案的論證與設(shè)計(jì) . 1 計(jì)的方案 . 1 計(jì)思路 . 2 第 3章 硬件設(shè)計(jì) . 2 盤輸入模塊 . 2 . 4 算模塊 . 6 第 4章 軟件設(shè)計(jì) . 11 程序設(shè)計(jì) . 11 程序設(shè)計(jì) . 11 第 5章 仿真與調(diào)試 . 15 件調(diào)試 . 15 件調(diào)試 . 16 結(jié) 論 . 17 致 謝 . 18 參考文獻(xiàn) . 19 附 錄 A . 20 附 錄 B . 21 附 錄 C . 22 西安培華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 簡(jiǎn)單計(jì)算器的設(shè)計(jì)與制作 1 第 1 章 緒 論 究目的及意義 隨著社會(huì)的發(fā)展，科學(xué)的進(jìn)步，人們的物質(zhì)生活水平在逐步的提高，電子產(chǎn)品已經(jīng)走進(jìn)了家家戶戶，尤其是微電子技術(shù)的發(fā)展，猶如雨后春筍般的變化，無論是生活或?qū)W習(xí)，還是 娛樂和消遣幾乎樣樣都離不開電子產(chǎn)品，電子產(chǎn)品的更新速度快也就不足為奇了。 內(nèi)外發(fā)展情況 單片機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)越來越貼近生活，用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)一些電子設(shè)計(jì)也變得容易起來。近年來，單片機(jī)以其體積小、價(jià)格廉、面向控制等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，在各種工業(yè)控制、儀器儀表、設(shè)備、產(chǎn)品的自動(dòng)化、智能化方面獲得了廣泛的應(yīng)用。大型復(fù)雜的計(jì)算能力是人腦所不能勝任的，而且比較容易出錯(cuò)。計(jì)算器作為一種快速通用的計(jì)算工具方便了用戶的使用，可謂是我們最親密的電子伙伴之一。 第 2 章 方案的論證與設(shè)計(jì) 計(jì)的方案 該系統(tǒng)通過單片機(jī)控制，實(shí)現(xiàn) 對(duì) 4*4鍵盤掃描進(jìn)行實(shí)時(shí)的按鍵檢測(cè)，并把檢測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)下來。整個(gè)計(jì)算器系統(tǒng)的工作過程為：首先存儲(chǔ)單元初始化，顯示初始值和鍵盤掃描，判斷按鍵位置，查表得出按鍵值，單片機(jī)則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存與相應(yīng)處理轉(zhuǎn)換，之后送入個(gè)系統(tǒng)可分為三個(gè)主要功能模塊：功能模塊一，實(shí)時(shí)鍵盤掃描；功能模塊二，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成顯示器顯示；功能模塊三，顯示器動(dòng)態(tài)顯示。方案的系統(tǒng)框圖如圖 圖 算器設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖 西安培華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 簡(jiǎn)單計(jì)算器的設(shè)計(jì)與制作 2 計(jì)思路 1、本設(shè)計(jì)采用 片機(jī)，實(shí)現(xiàn)了利用單片機(jī)進(jìn)行了一個(gè)簡(jiǎn)單計(jì)算器設(shè)計(jì)。允許對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行加減乘除四則運(yùn)算，為了得到較好的顯示效果，采用 們采用可以進(jìn)行兩位數(shù)字的運(yùn)算，選用 4 個(gè) 碼管顯示數(shù)據(jù)和結(jié)果。 2、另外選用 4*4鍵盤掃描進(jìn)行實(shí)時(shí)的按鍵檢測(cè)，并把檢測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)下來，鍵盤包括數(shù)字鍵（ 0 9）、符號(hào)鍵（ +、 -、）、功能鍵（清除鍵和等號(hào)鍵），故只需要 16 個(gè)按鍵即可。 3、執(zhí)行程序：系統(tǒng)工作電源選為 +5V 示刷新時(shí)間 9999時(shí)， ；在除法指令中，被除數(shù)取自 A，除數(shù)取自B，商數(shù)存放于 A，余數(shù)存放于 數(shù) =0時(shí)， ；做加、減法操作時(shí)，加法指令的兩個(gè)操作數(shù)分別取自 A 和 B，其結(jié)果存放在 A+B 中；減法指令中，被減數(shù)取自 A，減數(shù)取自 B，結(jié)果存放在 B A 中，若產(chǎn)生由低四位向高四位數(shù)進(jìn)位或借位時(shí)， ，否則被清除。 算術(shù)運(yùn)算程序的過程為：開始，初始化參數(shù)， 判斷有沒有鍵輸入，讀取鍵碼，再判斷輸入的鍵是數(shù)字鍵、清零鍵，還是功能鍵，若是數(shù)字鍵則下一步輸入數(shù)值，若是清零鍵則狀態(tài)清零，然后數(shù)值送顯示緩沖；若是功能鍵，則根據(jù)上次功能鍵和輸入的數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果，再 判斷本次的功能鍵是等于還是其他加減乘除鍵，若是等于則直接顯示結(jié)果，若是其他功能鍵則保存之前輸入的結(jié)果和這次按下的功能鍵，并判斷輸入的運(yùn)算符是 +、 -、 *、 / 中的哪一個(gè)，若是 +或 -，則要判斷運(yùn)算結(jié)果是否溢出，溢出則顯示錯(cuò)誤信息，沒溢出就顯示運(yùn)算結(jié)果，若是 /，則要先判斷除數(shù)是否為零，為零就顯示錯(cuò)誤信息，不為零則顯示運(yùn)算結(jié)果，若是 -，則直接顯示運(yùn)算結(jié)果，然后送顯示緩沖，等待下次數(shù)值的輸入，再進(jìn)行 此不斷循環(huán)。算術(shù)運(yùn)算流程圖，如圖 示 : 圖 術(shù)運(yùn)算流程 圖 根據(jù)上次功能鍵和輸入 的數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果 本次功能鍵？ 其他鍵 保存結(jié)果和功能鍵 開始 初始化參數(shù) 示 讀取鍵碼 數(shù)字鍵 清零鍵 輸入數(shù)值 狀態(tài)清零 功能鍵鍵 鍵碼是？ 有鍵輸入 是“ =” 計(jì)算最后結(jié)果 結(jié)果送顯示緩沖 等待數(shù)值輸入 數(shù)值送顯示緩沖 西安培華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 簡(jiǎn)單計(jì)算器的設(shè)計(jì)與制作 14 加減乘除工作流程圖，如圖 A B C D 圖 減乘除工作流程圖 示程序設(shè)計(jì) 顯示程序的過程為：開始，初始化顯示參數(shù)，關(guān)所有位顯示，取顯示數(shù)據(jù)，輸出段碼數(shù)據(jù) ，然后輸出位選通信號(hào)，延時(shí)，位選通信號(hào)移位，指向下一個(gè)顯示數(shù)據(jù)，再判斷位是否完成，是的話則返回，否的話則繼續(xù)重復(fù)關(guān)所有位顯示。 開 始 輸入一個(gè)字符 輸入“ +” 輸入“ =” 存入內(nèi)存 輸入一個(gè)字符 進(jìn)行加法運(yùn)算 得出結(jié)果 存入內(nèi)存 開 始 輸入一個(gè)字符 輸入“ -” 輸入“ =” 存入內(nèi)存 輸入一個(gè)字符 進(jìn)行減法運(yùn)算 得出結(jié)果 存入內(nèi)存 開 始 輸入一個(gè)字符 輸入“ *” 輸入“ =” 存入內(nèi)存 輸入一個(gè)字符 進(jìn)行乘法運(yùn)算 得出結(jié)果 存入內(nèi)存 開 始 輸入一個(gè)字符 輸入“ /” 輸入“ =” 存入內(nèi)存 輸入一個(gè)字符 進(jìn)行除法運(yùn)算 得出結(jié)果 存入內(nèi)存 西安培華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 簡(jiǎn)單計(jì)算器的設(shè)計(jì)與制作 15 顯示程序流程圖，如圖 圖 示程序流程圖 第 5 章 仿真與調(diào)試 件調(diào)試 常見故障： 1、邏輯錯(cuò)誤：它是由設(shè)計(jì)錯(cuò)誤或加工過程中的工藝性錯(cuò)誤所造成的。這類錯(cuò)誤包括錯(cuò)線、開路、短路等。 2、元器件失效：有兩方面的原因：一是器件本身已損壞或性能不符合要求；二是組裝錯(cuò)誤造成元件失效，如電解電容、集成電路安裝方向錯(cuò)誤等。 3、可靠性差：因其可 靠性差的原因很多，如金屬化孔、接插件接觸不良會(huì)造成系統(tǒng)時(shí)好時(shí)壞，經(jīng)不起振動(dòng)；走線和布局不合理也會(huì)引起系統(tǒng)可靠性差。 4、電源故障：若樣機(jī)由電源故障，則加電后很容易造成器件損壞。電源故障包括電壓值不符合設(shè)計(jì)要求，電源引線和插座不對(duì)，功率不足，負(fù)載能力差等。 調(diào)試方法：包括多級(jí)調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試。在調(diào)試過程中要針對(duì)可能出現(xiàn)的故障認(rèn)真分析，直至檢查出原因并排除。本次硬件調(diào)試過程中，對(duì)所出現(xiàn)的問題進(jìn)行了認(rèn)真的分析和改正，最后能夠很好的達(dá)到設(shè)計(jì)要求的效果。 開始 初始化顯示參數(shù) 關(guān)所有位顯示 取顯示數(shù)據(jù) 輸出段碼數(shù)據(jù) 輸出位選通信號(hào) 延時(shí) 位選通信號(hào)移位 指向下一個(gè)顯示數(shù)據(jù) 位完成 返回 否 是 西安培華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 簡(jiǎn)單計(jì)算器的設(shè)計(jì)與制作 16 件調(diào)試 軟件調(diào)試一般分為以下四個(gè)階段： 1、編寫程序并 查錯(cuò)； 2、在 3、對(duì)程序進(jìn)行編譯連接，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)程序中存在的錯(cuò)誤； 4、改正錯(cuò)誤。 在本次調(diào)試中出現(xiàn)的問題有： 1、在程序中有的函數(shù)名未定義，沒有注意函數(shù)名的調(diào)用； 2、在抄錄程序時(shí)，有一些函數(shù)名錄入時(shí)缺少字母字符或順序顛倒，如：“；”、“ ”、“ -”等符號(hào)，而出現(xiàn)錯(cuò)誤； 3、芯片引腳定義出錯(cuò)而導(dǎo)致沒有實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。 在軟件調(diào)試過程中，對(duì)出現(xiàn)的錯(cuò)誤進(jìn)行了認(rèn)真的分析和修改，多次調(diào)試成功后，能夠很好的達(dá)到既定的設(shè)計(jì)效果。 西安培華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 簡(jiǎn)單計(jì)算器的設(shè)計(jì)與制作 17 結(jié) 論 我的題目是簡(jiǎn)易計(jì)算器的設(shè)計(jì)，經(jīng)過近兩個(gè)月的努力，終于 順利完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。對(duì)于我們這些實(shí)踐中的新手來說，這是一次考驗(yàn)。剛開始，我們頭緒不是很清楚，不知道從哪里入手，但通過老師的耐心指導(dǎo)并和同學(xué)認(rèn)真研究設(shè)計(jì)課題，跑圖書館查資料、確定基本設(shè)計(jì)方案、對(duì)所用芯片功能進(jìn)行查找、調(diào)試、上機(jī)仿真等，經(jīng)歷了一次次的困難，卻積累了很多寶貴的經(jīng)驗(yàn)。就目前來說，我的動(dòng)手能力雖然差一點(diǎn)，但我想，通過我的不懈努力，在這方面，我總會(huì)得到提高。這一點(diǎn)，我堅(jiān)信，因?yàn)閯e人能做到的，我也一定能做到。 這次課程設(shè)計(jì)不僅鞏固了以前所學(xué)過的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上沒有學(xué)到過的知識(shí)，增加了我的知識(shí)運(yùn) 用能力，增強(qiáng)我的實(shí)際操作能力。使我懂得了理論聯(lián)系實(shí)踐的重要性，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。 在整個(gè)設(shè)計(jì)的過程中遇到的問題主要有以下四點(diǎn)， 第一：基礎(chǔ)知識(shí)掌握的不牢固，主要表現(xiàn)在一些常用的電路的形式和功能不清楚，對(duì)書本上的內(nèi)容理解不夠透徹。 第二：對(duì)一些常用的應(yīng)用軟件缺少應(yīng)用，體現(xiàn)在畫電路圖和系統(tǒng)的仿真的時(shí)候，對(duì)這些軟件的操作不熟練，浪費(fèi)了很多時(shí)間。 第三：相關(guān)知識(shí)掌握的不夠全面，缺少 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)。 第四：對(duì) 西安培華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 簡(jiǎn)單計(jì)算器的設(shè)計(jì)與制作 18 致 謝 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)我要特別感謝我的導(dǎo)師伍老師，在教學(xué)繁忙、事務(wù)纏身的情況下，伍老師多次抽出時(shí)間，對(duì)我的論文進(jìn)行悉心的指導(dǎo)，從論文的選題到論文的總體框架，再到論文撰寫過程中的語言組織，他都進(jìn)行了細(xì)致的批閱，使得我的論文越來越規(guī)整，更加符合標(biāo)準(zhǔn)。 同時(shí)也感謝西安培華學(xué)院電氣信息工程學(xué)院的王京老師在我遇到不懂的問題時(shí)能夠耐心回答，使我能夠順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)工作。 最后真誠地感謝我的老師、同學(xué)、朋友給我的關(guān)心、幫助與鼓勵(lì)。謝謝你們！ 西安培華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 簡(jiǎn)單計(jì)算器的設(shè)計(jì)與制作 19 參考文獻(xiàn) 1 孫育才 M 清華大學(xué)出版社， 2005. 2 龔運(yùn)新 語言開發(fā)技術(shù) M3 趙克林 . M. 北京 :人民郵電出版社， 2007. 4 老虎工作室 級(jí)應(yīng)用 M人民郵電出版社，2001. 5 張筑生 . 微分半動(dòng)力系統(tǒng)的不變集 D. 北京 : 北京大學(xué)數(shù)學(xué)系數(shù)學(xué)研究所，1983. 6 王威 M 7 陳傳虞 . 動(dòng)芯片工作原理與電路設(shè)計(jì) M2011. 8 姜承昊 . 最新 動(dòng)電路設(shè)計(jì)、應(yīng)用與制造新技術(shù)新工藝實(shí)用手冊(cè) M中國科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社， 2008. 9 s 10 馮西橋 . 核反應(yīng)堆壓力管道與壓力容器的 析 M核能技術(shù)設(shè)計(jì)研究院， 1997. 11 李萍 M大連交通 大學(xué)， 西安培華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 簡(jiǎn)單計(jì)算器的設(shè)計(jì)與制作 20 附 錄 A 電路圖器件的說明 ： 西安培華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 簡(jiǎn)單計(jì)算器的設(shè)計(jì)與制作 21 附 錄 B 實(shí)物圖和操作說明 ： 使用說明書： 1、按鍵說明：如圖右下角是鍵盤， 第一行從左至右分別為 清除鍵、等號(hào)鍵 、 除號(hào)鍵 、 乘號(hào)鍵， 第二 行從左至右分別為 減號(hào)鍵、加號(hào)鍵 、 9、 8，第 三 行分別為 7、 6、 5、 4， 第 四 行從左至右分別為 3、 2、1、 0。左下角按鈕是復(fù)位按鈕，任何時(shí)間按下都可清零復(fù)位。 2、關(guān)于顯示屏幕：“ E”錯(cuò)誤指示符 ，“ ”負(fù)數(shù)指示符，“ .”小數(shù)點(diǎn)。 3、電源： 3節(jié) 5號(hào)（ 池。 4、如何更換電池：當(dāng)發(fā)現(xiàn)屏幕顯示模糊時(shí)，表示電 池沒電了，這時(shí)就要取出舊電池，將新電池按正確方向裝入。 5、操作示例：按鍵順序是算式的從左到右，等號(hào)右邊是屏幕顯示 1+2=3 5 52 負(fù)數(shù)顯示 99*98=9702 999*15=E 計(jì)算結(jié)果超出范圍，提示溢出，顯示字符“ E” 8/3=數(shù)顯示 8/0=E 被除數(shù)為零，報(bào)錯(cuò)顯示字符“ E” 西安培華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 簡(jiǎn)單計(jì)算器的設(shè)計(jì)與制作 22 附 錄 C /* 程序名稱： 簡(jiǎn)單 計(jì)算器 的 設(shè)計(jì) 功能： 完成 09999 整數(shù)的一次加減乘除運(yùn)算， 減法運(yùn)算結(jié)果可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果的負(fù)數(shù)顯示， 除法運(yùn)算結(jié)果為 0999并保留兩位小數(shù)， 按鍵有 ” 嘀 ” 音， 設(shè)有清零鍵， 首位零不顯示， 其它的顯示 E */ #=0 00 =000=0=08=0,0,0,0,0,0,0,0; =0,0; k,m,n; /* 存運(yùn)算符 (+、 -、 *、 /) 用第幾個(gè)數(shù)組 ,(出現(xiàn)非運(yùn)算符前為 0,出現(xiàn)運(yùn)算符后為 1) 輸入多于 4 個(gè)時(shí)錯(cuò)誤標(biāo) 志位 (0 對(duì)、 1 錯(cuò) ) 輸入 09 數(shù)字的個(gè)數(shù) 減數(shù)大于被湊數(shù)時(shí)為 1 輸入運(yùn)算符的個(gè)數(shù) 西安培華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 簡(jiǎn)單計(jì)算器的設(shè)計(jì)與制作 23 存一位小數(shù)的值 運(yùn)算除法時(shí)置為 1 */ ,* 程序名稱 :顯示程序 入口參數(shù) :無 功能 :實(shí)現(xiàn)將 的值進(jìn)行動(dòng)態(tài)數(shù)碼顯示 局部變量 :i,j,q 全局變量 :, 所用端口功能 :送顯示碼 公共端掃描 返回值：無 */ i,j,p,q; /*錯(cuò)誤時(shí)的顯示 */ 1) i=0;i0; /動(dòng)態(tài)顯示延時(shí)程序 / q=248;q0; 1) =; =; =0; =0%10; =00%10; =000%10; p=5;p2; p=0) p=16; 西安培華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 簡(jiǎn)單計(jì)算器的設(shè)計(jì)與制作 24 i=0;i0; /動(dòng)態(tài)顯示延時(shí)程序 / q=248;q0; =0; =0%10; =00%10; =000%10; /*首位為零不顯示 */ p=3;p0; /首位為零不顯示 / p=0) p=16; /*為負(fù)數(shù)時(shí)的顯示 */ 1) /為負(fù)數(shù)第五位數(shù)碼管顯示 -/ =17; /第五位數(shù)碼管不顯示 / =16; i=0;i0; /動(dòng)態(tài)顯示延時(shí)程序 / q=248;q0; /* 程序名稱 :處理程序 入口參數(shù) :能 :實(shí)現(xiàn)加減乘除運(yùn)算 全局變量 :、 、 回值：無 */ i,j; /*聲音 “嘀 ”*/ ; i=200;i0; /延時(shí) 100 j=248;j0; ; /*/ if(15) /按鍵為清除鍵 / ; =0; =0; ; ; ; ; =0; =0; ; 0)&(0)&() ; ; ; 2: *; 3: ; *100/; =0; =0%10; 100; 99) ; 西安培華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 簡(jiǎn)單計(jì)算器的設(shè)計(jì)與制作 27 5)|()|(999) /輸入數(shù)字鍵大于 5 時(shí)將 1/ ; /* 程序名稱 :鍵盤掃描 入口參數(shù) :無 功能 :進(jìn)行鍵盤掃描 全局變量 :k 局部變量 :i,j 調(diào)用函數(shù)： 返回值：無 */ i,j; ; /掃描 條線上的四個(gè)按鍵 / k=k=k&0if(k!=0 /看 條線上是否真的有按鍵按下 / i=20;i0; /延時(shí)一段時(shí)間 / j=248;j0; k=