单片机设计简易计算器15134

《单片机设计简易计算器15134》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机设计简易计算器15134（22页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、简易计算器 Simply Calculator 1 设计思想 此计算器有键盘部分、单片机、显示部分三部分组成，键盘部分主要完成输入功能；单片机主要完成数据处理功能，包括确定按键，完成运算，以及输出数据；显示器部分主要完成单片机输出的显示。本设计的思路是利用单片机性能好，稳定性强的优点来实现系统的运行。设计大致可以分为三个步骤：第一步，硬件的选取和设计；第二步，程序的设计和调试；第三步，Protues 系统仿真。硬件是设计的骨骼，不仅关系到设计总体方向的确定，还要综合考虑节能，环保，以及稳定性和经济性等各种因素。因此需要花费大量的时间。硬件的选取最为重要，包括选用的芯片，显示设备的选取，输入设备

2、的选取等。本设计是通过单片机来实现的，因此选用了 ATMEGA16 单片机作为主体，输入设备选用矩阵键盘。程序是硬件的灵魂，是实现设计的中心环节。本设计使用的程序语言是 C 语言，在“ICC AVR”中运行，调试，直到运行出正确结果，然后输出后缀名为.HEX 格式的文件，以备在 Protues 中仿真使用。程序是设计的关键，程序的调试需要大量的时间，耐心，还够要有足的细心才能成功。本设计中就出现了大量的错误，经过认真修改，最终才能运行出正确结果。最后的系统仿真是设计是否成功的验证，是设计不可缺少的重要环节。这就要求能掌握 Protues 的一些基本操作。2 原理分析 矩阵键盘的扫描 M 1S

3、W-P BM 2S W-P BM 3S W-P BM 4S W-P BM 5S W-P BM 6S W-P BM 7S W-P BM 8S W-P BM 9S W-P BM 1 0S W-P BM 1 1S W-P BM 1 2S W-P BM 1 3S W-P BM 1 4S W-P BM 1 5S W-P BM 1 6S W-P BP D 0P D 1P D 2P D 3P D 4P D 5P D 6P D 7 图 矩阵键盘图 如图所示，单片机的 8 个 I/O 口和矩阵键盘相连，用 8 个 I/O 口来控制矩阵键盘的 16 个按键是非常有意思的，首先我们设置单片机的 PD0PD7 为输出

4、，且 PD0PD3 依次设置为低电平，而 PD4PD7 设置为高电平，然后我们设置 PD4PD7 为输入，而 PD0PD3 仍然为输出，假如此时 M1 键按下，则PD0 与 PD4 相连，因为 PD0 是低电平，而 PD4 是输入，所以 PD4 会被拉为低电平，同理，如果 M2 被按下，则 PD5 会被拉低，M3 按下，PD6 会被拉低，M4 按下，PD7 被拉低。这是判断有无键盘按下的过程，当我们判断是那一个键盘按下时，我们首先设置 8 个 I/O 口为输出，输出为 FE,即，PD0 为低电平，其他全为高电平，然后我们设置 PD4PD7 为输入，如果 M1 被按下，则 PD4 会比被拉为低电

5、平，此时会变成 EE,同理可以知道 M2 被按下时会变为 DE,M3 被按下时会变为 BE,M4 被按下时会变为 7E。同理我们可以设置 8 个 I/O 口输出 FD来检测 M5M8 是否被按下，设置 8 个 I/O 口输出 FC 来来检测 M9M12,设置8 个 I/O 口输出 F7 来检测 M13M16,如果 M1M4 没有被按下，就继续检测M4M8,一次类推，就可以检测出 16 个按键了。在这次设计中，16 个按键M1M16 所对应检测值分别为：EE，DE，BE，7E，ED，DD，BD，7D，EB，DB，BB，7B，E7，D7，B7，77。数字显示与计算 本次设计选用的显示器是1602液

6、晶显示器，此液晶显示器能显示32个字符，VSS接地,VDD接电源正极，E为时使能信号，R/W为读写选择端（H/L），RS为数据/命令选择端（H/L）,D0D7为数据I/O口。首先我们初始化液晶显示器，然后显示出第一个被按下的数，并且使光标右移，如果有第二个数按下，则据继续显示，以此类推，然后把所有显示出来的数换算成一个数，如果按下“+”号，则显示出“+”，并且同理显示出“+”号后面按下的数字，然后调用加子程序，运算出结果，如果按下的是“-”,则调用减子程序，如果按下“*”，则调用乘子程序，如果按下“/”，则调用除子程序。然后再调用显示结果子程序，显示出结果。3 程序设计与说明 流程图 主程序流

7、程图和运算子程序流程图为：图 主程序流程图 图 运算子程序流开始显示Welcome是否按键按下是否是+-*/是否是=是否是ce清屏显示数字显示+-*/计算结束是否是是否否否是开始是否是+是否是是否是*是否是/结束Result=c+dResule=c-dResule=c*dResule=c/d程图 键盘扫描流程图为：开始延时10msDDRD=0XFE是否按键按下PORTD=0XF0DDRD=0X0F 是否是第一排按键DDRD=0XFDPORTD=0XF0DDRD=0X0FDDRD=0XFBPORTD=0XF0DDRD=0X0F是否是第三排按键DDRD=0XF7PORTD=0XF0DDRD=0X0

8、F取当前状态否是否是肯定是第四排按键 图 键盘扫描子程序流程图 程序说明 本次设计采用模块化设计思想，包括主程序和初始化子程序、延时子程序、输出数据子程序、检测是否有按键按下子程序、确定按键子程序、清第二行屏与显示“Welcome”子程序、换算第一个数子程序、运算子程序、显示结果子程序等子程序。运行程序后，首先调用子程序清屏第二行并显示“Welcome”，然后检测是否有按键按下，如果没有，继续检测，如果按下，则判断是否是加减乘除键被按下，如果是加减乘除被按下，则显示相应的字符并换算出字符前输入的数据和字符后输入的数字，然后检测是否有等号按下，如果有则完成相应的运算并显示相应的结果，然后检测是否

9、有清屏键按下，如果有则清屏，相应的流程图如图 2 所示。其中运算子程序的流程图如图 3 所示。4 调试 Protues 系统仿真 打开 Protues，按设计思想放相应的零部件并连好线，把 HEX 文件加载到单片机中运行，检测结果是否正确。硬件连线图如图所示。图 Protues 仿真图 调式过程 编写完程序后保存程序，在“ICC AVR”中运行，调试，直到运行出正确结果，然后输出后缀名为.HEX 格式的文件。刚开始有错误，是一些语法规则上的错误，不过经过几次的修改，最终输出了后缀名为.HEX 格式的文件。把后缀名为.HEX 格式的文件加载到单片机后，刚开始只是显示出“Welcome”的一部分字

10、符，仔细观察发现，程序的前后空格不对称，经过修改，最终得到了预期结果，最终运行结果如图所示。5 总结 优缺点分析 本计算器能完成加减乘除运算，结构简单，硬件较少，成本较低，另外本程序采用模块化设计思想，可读性强，具有很强的可移植性，便于调用。在处理多任务时，可以用中断服务来实现多线程，通过设置中断，启动中断服务子程序使其自己执行任务，而 CPU 可以做自己的工作，当有停止中断的请求产生时，CPU 再停下自己的工作做相应处理。但是也有很多不足之处。首先，程序有很多相同的代码，本来可以用调用的方法实现，减少代码长度，但是考虑到本程序不是很长，而且用调用的方法必然会增加算法的复杂度和逻辑思维强度，所

11、以在这里没有采用！其次，为了节省空间，程序设计的注释部分不够详细，使读程序不是很方便。再次，本计算器不能完成小数运算，也不能完成科学计算器的一些功能，而要完成这些功能，需要设置更多的键盘，加更多的程序，比较复杂，因为我时间有限，在此不再处理。心得体会 通过课程设计，我掌握了计算器的工作原理以及设计方法，我通过对计算器的几个模块的深入理解，我掌握了计算器的组成和制作过程，并通过自己的努力，制作出了自己的计算器，提高了我的动手能力和实践能力，同时我对单片机有了更深入的理解，也学会了使用单片机的方法，加深了对课本知识的进一步理解。加强了我思考和解决问题的能力，认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目

12、的，实践是检验真理的唯一标准！在设计过程中，经常会遇到一些问题，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了。所以这几天不管是吃饭还是睡觉，脑子里总是想着如何解决这些问题，功夫不负有心人，我通过认真思考，请教同学，查找资料,最后终于熟练掌握了基本理论知识，而且领悟诸多平时学习难以理解掌握的较难知识，学会了如何思考的思维方式，找到了设计的灵感。在寻找答案的过程中,我学到了很多平时缺少的东西，对于理论知识学习不够扎实的我深感“书到用时方恨少”！认真思考才能找到出路，当初没有思路，诚如举步维艰，茫茫大地，不见道路。在对理论知识梳理掌握之后，茅塞顿开，柳暗花明，思路如泉涌，高歌“条

13、条大路通罗马”。顿悟，没有思考便无出路，雨后才能见彩虹。失败是成功之母。不经历多次调试，是不可能得到完好的程序的。至善至美，是人类永恒的追求。但是，不从忘却“金无足赤，人无完人”，我们换种思维方式，去恶亦是至善，改错亦为至美。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终的调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。实践课诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门思辨课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。至于建议，一言以蔽之，大学教育当如此。我是一个急性子的人，看到那么复杂知识，我就不想做了，不过为了搞好课程

14、设计，我硬是耐心完成每一个细节，我坚持一天呆在实验室 10 多个小时，虽然晚上眼睛比较酸痛，但是我感觉值。这么多天的努力没有白费，我最后很好的完成了任务,很有成就感！我相信我在以后的生活和学习中会更耐心，更认真的！参考文献：1陈冬云 等.ATmega 128 单片机原理与开发指导.机械工业出版社,2006 2李群芳 等.单片微型计算机及接口技术（第二版）.电子工业出版社,2005 3周航慈.单片机程序设计基础.北航出版社,2005 4何立民.MCS-51 单片机应用系统设计.北航出版社，2002 5马潮.高档 8 位单片机 ATmega128 原理与开发应用指南.北京航空航天大学出版社，200

15、4 附录 程序#include#include#include const unsigned char tab1=Welcome ;const unsigned char tab3=90+-*/=;unsigned char key10;unsigned int temp1=0,temp2=0;unsigned char count1=0;unsigned char wei;void delay(unsigned int ms)unsigned int i,j;for(i=0;ims;i+)for(j=0;j1141;j+);void int_port()DDRA=0XFF;DDRB=DDRB

16、|0X07;PORTB&=BIT(PB0);DDRD=0XFF;PORTD=0XFF;DDRD=0XF0;PORTD=PORTD&0X0F;void com_lcd(unsigned char com)PORTB&=BIT(PB2);PORTB&=BIT(PB1);PORTA=com;PORTB|=BIT(PB0);delay(1);PORTB&=BIT(PB0);void data_lcd(unsigned char data)PORTB|=BIT(PB2);PORTB&=BIT(PB1);PORTA=data;PORTB|=BIT(PB0);delay(1);PORTB&=BIT(PB0)

17、;unsigned char key_press()unsigned char i;DDRD=0XFF;PORTD=0XF0;DDRD=0X0F;i=PIND;if(i=0XF0)DDRD=0XFF;/没键按下 return 0;else DDRD=0XFF;/有键按下 return 1;unsigned char key_scan()/键检测 unsigned char key1,i=0X7F,j;delay(10);if(key_press()do i=(i7);PORTD=i;DDRD=0X0F;key1=PIND;j=key1&0XF0;while(j=0XF0);while(key_

18、press();switch(key1)case 0 xEE:key1=0 x0;break;case 0 xDE:key1=0 x1;break;case 0 xBE:key1=0 x2;break;case 0 x7E:key1=0 x3;break;case 0 xED:key1=0 x4;break;case 0 xDD:key1=0 x5;break;case 0 xBD:key1=0 x6;break;case 0 x7D:key1=0 x7;break;case 0 xEB:key1=0 x8;break;case 0 xDB:key1=0 x9;break;case 0 xBB

19、:key1=0 xA;break;case 0 x7B:key1=0 xB;break;case 0 xE7:key1=0 xC;break;case 0 xD7:key1=0 xD;break;case 0 xB7:key1=0 xE;break;case 0 x77:key1=0 xF;break;default:key1=16;else key1=16;return key1;void clear_lcd()unsigned char i;com_lcd(0 x01);/清屏 delay(1);com_lcd(0 x38);/5*7,2 行显示 delay(1);com_lcd(0 x0

20、6);/文字不动，光标自动右移 delay(1);com_lcd(0 x0C);/开显示 delay(1);com_lcd(0 x81);/第一行首地址 delay(1);for(i=0;i16;i+)data_lcd(tab1i);delay(5);void clear_lcd_2()/清第二行 unsigned char i;com_lcd(0 xc0);delay(1);for(i=0;i16;i+)data_lcd(tab11);delay(1);unsigned int qushu(unsigned char m)/第一个数 unsigned char i;unsigned int

21、num;unsigned int temp=0;wei=m-1;/位数 for(i=1;i=wei;i+)if(keyi=9)num=0;elsenum=keyi+1;temp=temp*10+num;return temp;unsigned int result(unsigned int c,unsigned int d)/运算子程序 unsigned int result2;unsigned char k;k=keywei+1;switch(k)case 0 x0a:result2=c+d;break;case 0 x0b:result2=c-d;break;case 0 x0c:resu

22、lt2=c*d;break;case 0 x0d:result2=c/d;default:;return result2;void disp_result(unsigned int result_num)/显示结果子程序 unsigned char aa=0;unsigned char i,c;unsigned int n=result_num;clear_lcd_2();com_lcd(0 xc0);delay(1);data_lcd(tab314);com_lcd(0 x04);delay(1);com_lcd(0 xcf);delay(1);if(n=0)aa=1;while(n!=0)

23、/计算结果长度 n=n/10;aa+;for(i=1;i=aa;i+)c=result_num%10;if(c=0)c=10;data_lcd(tab3c-1);/显示结果 delay(1);result_num=result_num/10;void main()unsigned char wei2,i;unsigned int result1=0;unsigned int num2;int_port();clear_lcd();asm(nop);while(1)if(key_press()count1+;keycount1=key_scan();if(keycount1=0 x0a)|(ke

24、ycount1=0 x0b)|(keycount1=0 x0c)|(keycount1=0 x0d)/当按下+-*/时的处理 temp1=qushu(count1);data_lcd(tab3keycount1);else if(keycount1=0 x0e)/当按下=号时的处理 wei2=count1-wei-2;for(i=1;i=wei2;i+)if(keyi=9)num2=0;elsenum2=keyi+wei+1+1;temp2=temp2*10+num2;result1=result(temp1,temp2);disp_result(result1);count1=0;else if(keycount1=0 x0f)/当按下最后一个键清 1602 第二行 com_lcd(0 x06);delay(1);clear_lcd_2();count1=0;temp1=0;temp2=0;result1=0;else com_lcd(0 xc0+count1-1);delay(1);data_lcd(tab3keycount1);delay(1);