基于單片機的簡易計算器設計基于單片機的簡易計算器設計一、設計任務和性能指標1.1設計任務利用單片機及外圍接口電路(鍵盤接口和顯示接口電路)設計制作一個計算器，用四位一體數碼管顯示計算數值及結果。要求用Protel畫出系統(tǒng)的電路原理圖（要求以最少組件，實現系統(tǒng)設計所要求的功能），繪出程序流程圖，并給出程序清單（要求思路清晰，盡量簡潔，主程序和子程序分開，使程序有較強的可讀性）。1.2性能指標1加法：能夠計算四位以內的數的加法。2減法：能計算四位數以內的減法。3乘法：能夠計算兩位數以內的乘法。4除法：能夠計算四位數的乘法5有清零功能，能隨時對運算結果和數字輸入進行清零。二、系統(tǒng)設計方案按照系統(tǒng)設計的功能的要求，初步確定設計系統(tǒng)由單片機主控模塊、四位一體數碼管顯示模塊、鍵掃描接口電路共三個主要模塊組成。主控芯片使用51系列AT89C51單片機，采用高性能的靜態(tài)80C51設計，它由先進工藝制造，并帶有非易失性Flash程序存儲器。它是一種高性能、低功耗的8位COMS微處理芯片，市場應用最多。鍵盤電路采用4*4矩陣鍵盤電路。顯示模塊采用四位一體共陽極數碼管和SN74LS244鎖存芯片構成等器件構成。三、硬件系統(tǒng)設計1.單片機最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)就是支持主芯片正常工作的最小電路部分，包括主控芯片、復位電路和晶振電路。主控芯片選取STC89C51RC芯片，因其具有良好的性能及穩(wěn)定性，價格便宜應用方便。晶振選取11.0592MHz，晶振旁電容選取30pF。采用按鍵復位電路，電阻分別選取100Ω和10K，電容選取10μF。單片機最小系統(tǒng)硬件電路圖如圖（1）所示。圖（1）單片機最小系統(tǒng)2．鍵盤接口電路計算器所需按鍵有：數字鍵：’1’,’2’,’3’,’4’,’5’,’6’,’7’,’功能鍵：’+’,’-‘,’*’,’/’,’=’,’C(清零)’共計16個按鍵，采用4*4矩陣鍵盤，鍵盤的行和列之間都有公共端相連，四行采用端口P0.0~P0.3,四列采用端口P3.0~P3.3,通過8個端口的的高低電平完成對矩陣鍵盤的控制。通過對16個按鍵進行編碼，從而得到鍵盤的口地址，對比P1口德掃描結果和各按鍵的地址，我們就可以得到是哪個鍵按下，從而完成鍵盤的功能。3．數碼管顯示電路采用4位一體的數碼管對計算數據和結果進行顯示，這里選取共陽數碼管，利用NPN三極管對數碼管進行驅動，為了節(jié)省I/O資源，采取動態(tài)顯示的方法來顯示計算數據及結果。利用SN74LS244N鎖存器來實現數碼管的動態(tài)顯示，P1口輸出顯示值，P2.0~P2.3為位選端口。通過鎖存器對段選信號的鎖存，最終得到對數碼管輸入數據的控制。以下為數碼顯示電路的硬件電路圖，左圖為數碼管驅動電路，右圖為段選信號鎖存電路。四．軟件設計部分根據選題要求，系統(tǒng)編程如下所示：#include"reg51.h"sbitP3_0=P3^0;sbitP3_1=P3^1;sbitP3_2=P3^2;sbitP3_3=P3^3;sbitP3_4=P3^4;sbitP3_5=P3^5;sbitP3_6=P3^6;sbitP3_7=P3^7;unsignedcharsz[11],xs1[4],xs2[4],sj;inti,cs,bb,t1,t2,fh,s1,s2;voidchushihua(){ bb=1; xs1[0]=10;xs1[1]=10;xs1[2]=10;xs1[3]=10; xs2[0]=10;xs2[1]=10;xs2[2]=10;xs2[3]=10; t1=0;t2=0;s1=s2=0; fh=0; cs=1; }voidxianshi(unsignedcharxs[4]){ inti,j; unsignedcharzy; zy=0x08; for(i=0;i<4;i++) { P2=(0xff-zy); P1=sz[xs[i]]; zy=(zy>>1); for(j=0;j<100;j++) ; }// for(i=0;i<100;i++); return;}unsignedcharsaomiao(){ inti,j; unsignedcharpp; for(i=0;i<1000;i++); P0=0xfe; P3=0x0f; pp=P3; if(P3_0==0) {P3=0x0f;pp=P3;while(P3_0==0);for(i=0;i<1000;i++);return7;} if(P3_1==0) {P3=0x0f;pp=P3;while(P3_1==0);for(i=0;i<1000;i++);return8;} if(P3_2==0) {P3=0x0f;pp=P3;while(P3_2==0);for(i=0;i<1000;i++);return9;} if(P3_3==0) {P3=0x0f;pp=P3;while(P3_3==0);for(i=0;i<1000;i++);return11;} //==========1 P0=0xfd; P3=0x0f; pp=P3; if(P3_0==0) {P3=0x0f;pp=P3;while(P3_0==0);for(i=0;i<1000;i++);return4;} if(P3_1==0) {P3=0x0f;pp=P3;while(P3_1==0);for(i=0;i<1000;i++);return5;} if(P3_2==0) {P3=0x0f;pp=P3;while(P3_2==0);for(i=0;i<1000;i++);return6;} if(P3_3==0) {P3=0x0f;pp=P3;while(P3_3==0);for(i=0;i<1000;i++);return12;} //==========2 P0=0xfb; 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if(fh==12)t1=t1*t2; if(fh==13)t1=t1-t2; if(fh==14)t1=t1+t2; if(t1>=10000){cs=0;return;} else { if(t1>=0&&t1<10) {xs1[0]=t1;xs1[1]=10;xs1[2]=10;xs1[3]=10;} if(t1>=10&&t1<100) {xs1[0]=t1%10;xs1[1]=t1/10;xs1[2]=10;xs1[3]=10;} if(t1>=100&&t1<1000) {xs1[0]=t1%10;xs1[1]=(t1-(t1/100)*100)/10;xs1[2]=t1/100;xs1[3]=10;} if(t1>=1000&&t1<10000) {xs1[0]=t1%10;xs1[1]=t1%100/10;xs1[2]=(t1-(t1/1000)*1000)/100;xs1[3]=t1/1000;} bb=2; s2=0; t2=0; xs2[0]=10;xs2[1]=10;xs2[2]=10;xs2[3]=10; fh=x; } } }}voidmain(){ sz[0]=0xfc; sz[1]=0x60; sz[2]=0xda; sz[3]=0xf2; sz[4]=0x66; sz[5]=0xb6; sz[6]=0xbe; sz[7]=0xe0; sz[8]=0xfe; sz[9]=0xf6; sz[10]=0x00; cs=0; for(;;) { if(cs==0)chushihua(); if(cs==1)sj=saomiao(); if(cs==1&&sj!=10)chuli(sj); if(cs==1&&(bb==1||bb==2&&s2==0))xianshi(xs1); if(cs==1&&(bb==2&&s2!=0))xianshi(xs2); }}軟件設計好后，在KEIL上面進行仿真，把仿真得到的文件下載到Proteus里面進行仿真，得到Proteus仿真電路圖如下所示：圖（2）計算器Proteus仿真電路圖五．硬件電路焊接及調試根據電路圖紙，焊接好硬件電路，把程序下載到單片機芯片，接通好電源，進行調試。在焊接好器件后，先不要將芯片插在芯片座上，要先驗證先板上電源是否好用，有無短路等。接上USB電源，用萬用表測量個芯片座對應電源和地之間的電壓值，觀察電壓值是否正常。一切正常后方可將芯片插入芯片座，以繼續(xù)測試其他功能。將芯片插上后，對各個模塊進行調試，按鍵是否工作正常，數碼管是否顯示正常等。編寫相關部分的測試程序對其進行測試。各部分硬件檢測無誤后，下載程序進行整體調試，一切正常后，結束調試過程。用所設計的單片機進行數字計算，顯示結果與任務要求一致，焊接電路符合要求。六．課程設計心得兩周的時間，終于把單片機課程設計搞完了。整個體會還是比較多的。首先是題目的選擇，各方面的原因，自己還是想選個簡單點的題目，不過最后選來選去，還是選擇了計算器。由于自己對單片機編程還不是很熟悉，結果在設計的時候遇到了一系列問題，程序總是調試部處理，不過還好，最后在同學的幫助下終于把程序調試出來了，雖然程序設計實現的功能與老師要求的不盡相同，不過勉強還算可以。從這里我知道了基本知識的重要性。其實進行程序設計的時候主要是對各功能模塊的把握。計算器里面最難的一部分是矩陣鍵盤的掃描和編碼，那個費了很大力氣。另外一點就是硬件焊接調試部分。焊接的時候到時輕松，一個下午就焊接好了，然后是調試部分。調試花費的時間還是比較長的。不過有了上個學期數字電路焊接調試的經驗，這次單片機調試還算是比較順利。我也是從電路板的正負電源檢測起，一步一步來，最終得到了想要的結果。調試的時候主要遇到了兩個問題。一個是鍵盤總是沒有反應，為了這個自己調試了很久，前前后后把電路板檢查了幾次，最后才發(fā)現是鍵盤本身的問題，和同學們換了個好鍵盤才行。另一個問題是總是顯示不出來1、4、7這三個數字。檢測來檢測去，發(fā)現來是在測試最小系統(tǒng)時在一個位選端接了高電平，對位選信號產生了影響。當把那個高電平去掉后，終于得到了正確的結果。總的來說這次課程設計達到了完成了基本任務，達到了基本要求。通過親身對程序設計和電路焊接調試的體會，自己對單片機有