51單片機計算器設(shè)計課程設(shè)計

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文檔簡介

1、　　1引言　　當今時代，是一個新技術(shù)層出不窮的時代。在電子領(lǐng)域，尤其是自動化智能控制領(lǐng)域，傳統(tǒng)的分立元件或數(shù)字邏輯電路構(gòu)成的控制系統(tǒng)正以前所未見的速度被單片機智能控制系統(tǒng)所取代。單片機具有體積小、功能強、成本低、應(yīng)用面廣等優(yōu)點，可以說，智能控制與自動控制的核心就是單片機。目前，一個學(xué)習(xí)與應(yīng)用單片機的高潮正在工廠、學(xué)校及企事業(yè)單位大規(guī)模地興起

2、。過去習(xí)慣于傳統(tǒng)電子領(lǐng)域的工程師、技術(shù)員正面臨著全新的挑戰(zhàn)，如不能在較短時間內(nèi)學(xué)會單片機，勢必會被時代所遺棄，只有勇敢地面對現(xiàn)實，挑戰(zhàn)自我，加強學(xué)習(xí)，爭取在較短的時間內(nèi)將單片機技術(shù)融會貫通，才能跟上時代的步伐。 　　它所給人帶來的方便也是不可否定的，它在一塊芯片內(nèi)集成了計算機的各種功能部件，構(gòu)成一種單片式的微型計算機。20世紀80年代以來，國際上單片機的發(fā)展迅速，其產(chǎn)品之多令人目不暇接，單片機應(yīng)

3、用不斷深入，新技術(shù)層出不窮。20世紀末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個領(lǐng)域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。　　本設(shè)計是由單片機實現(xiàn)的模擬計算器，它不僅能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的加減乘除運算，而且還能使數(shù)據(jù)及其計算結(jié)果在數(shù)碼管上顯示出來，能夠?qū)崿F(xiàn)0-256的數(shù)字四則運算。本設(shè)計是用單片

4、機AT89C51來控制，采用共陽極數(shù)碼顯示，軟件部分是由C語言來編寫的。設(shè)計任務(wù)　　利用鍵盤和數(shù)碼管設(shè)計一個簡單的數(shù)學(xué)計算器，可以完成簡單的如加，減，乘，除的四則運算，并將運算結(jié)果在數(shù)碼管上顯示出來。　　2．方案論證與設(shè)計　　根據(jù)功能和指標要求，本系統(tǒng)選用MCS 51 單片機

5、為主控機。通過擴展必要的外圍接口　　電路，實現(xiàn)對計算器的設(shè)計。具體設(shè)計考慮如下：　?、儆捎谝O(shè)計的是簡單的計算器，可以進行四則運算，對數(shù)字的大小范圍要求不高，故　　我們采用可以進行四位數(shù)字的運算，選用8 個LED 數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)和結(jié)果。　　②另外鍵盤包括數(shù)字鍵（0～9）、

6、符號鍵（+、-、×、÷）、清除鍵和等號鍵，故只需要16 個按鍵即可。系統(tǒng)模塊圖：　　2.1 輸入模塊：　　鍵盤掃描計算器輸入數(shù)字和其他功能按鍵要用到很多按鍵，如果采用獨立按鍵的方式，在這種情況下，編程會很簡單，但是會占用大量的I/O 口資源，因此在很多情況下都不采用這種方式。為此，我們引入了矩陣鍵

7、盤的應(yīng)用，采用四條I/O 線作為行線，四條I/O 線作為列線組成鍵盤。在行線和列線的每個交叉點上設(shè)置一個按鍵。這樣鍵盤上按鍵的個數(shù)就為4×4個。這種行列式鍵盤結(jié)構(gòu)能有效地提高單片機系統(tǒng)中I/O 口的利用率。矩陣鍵盤的工作原理：計算器的鍵盤布局如圖2 所示：一般有16 個鍵組成，在單片機中正好可以用一個P 口實現(xiàn)16 個按鍵功能，這種形式在單片機系統(tǒng)中也最常用。　　由圖 3 矩陣鍵盤內(nèi)部

8、電路圖可以知道，當無按鍵閉合時，P10~P13 與P14~P17 之間開路。　　當有鍵閉合時，與閉合鍵相連的兩條I/O 口線之間短路。判斷有無按鍵按下的方法是：第一　　步，置列線P14~P17 為輸入狀態(tài)，從行線P10~P13 輸出低電平，讀入列線數(shù)據(jù)，若某一列　　線為低電平，則該列線上有鍵閉合。第二步，行線輪流

9、輸出低電平，從列線P14~P17 讀入　　數(shù)據(jù)，若有某一列為低電平，則對應(yīng)行線上有鍵按下。綜合一二兩步的結(jié)果，可確定按鍵編　　號。但是鍵閉合一次只能進行一次鍵功能操作，因此須等到按鍵釋放后，再進行鍵功能操作，　　否則按一次鍵，有可能會連續(xù)多次進行同樣的鍵操作。　　2.2

10、運算模塊：單片機控制　　AT89C51 單片機是在一塊芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定時器/計數(shù)器和多功能I/O等一臺計算機所需要的基本功能部件。如果按功能劃分，它由如下功能部件組成，即微處理器（CPU）、數(shù)據(jù)存儲器（RAM）、程序存儲器（ROM/EPROM）、并行I/O 口、串行口、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器（SFR）。[3][5]單片機是靠程序運行的，并且可以修改。通過不

11、同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨特的一些功能，通過使用單片機編寫的程序可以實現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性！因此我們采用單片機作為計算器的主要功能部件，可以進行很快地實現(xiàn)運算功能。　　2.3 顯示模塊：　　LED 顯示發(fā)光二極管LED 是單片機應(yīng)用系統(tǒng)中的一宗簡單而常用的輸出設(shè)備，其在系統(tǒng)中的主要作用是顯示單片

12、機的輸出數(shù)據(jù)、狀態(tài)等。因而作為典型的外圍器件，LED 顯示單元是反映系統(tǒng)輸出和操作輸入的有效器件。LED 具備數(shù)字接口可以方便的和大年紀系統(tǒng)連接；它的優(yōu)點是價格低，壽命長，對電壓電流的要求低及容易實現(xiàn)多路等，因而在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。[2][4]通常的數(shù)碼顯示器是由7 段條形的LED 組成（如圖4 所示），點亮適當?shù)淖侄?，就可顯示出不同的數(shù)字。我們采用8 段數(shù)碼管，其中位于顯示器右下角的LED 作小數(shù)點用。LED 顯示器有

13、兩種不同的形式：共陰極和共陽極。本次設(shè)計采用共陰極接法（如圖5所示）。　　3、硬件原理 　　3.1 硬件連接　　圖3-1所示是簡易計算器電路原理圖。P3口用于鍵盤輸入，接4X4鍵值與鍵盤對應(yīng)表如圖表所示，P0口和P2口用于顯示，P2口用于

14、顯示數(shù)位值高位，P0用于顯示數(shù)位值的低位。　　鍵值 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 + - x / = ON/C　　功能 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 + - x / = 清零　　4、軟件設(shè)計&

15、lt;/p>　　在程序設(shè)計方法上，模塊化程序設(shè)計是單片機應(yīng)用中最常用的程序設(shè)計方法。設(shè)計的中心思想是把一個復(fù)雜應(yīng)用程序按整體功能劃分成若干相對獨立的程序模塊，各模塊可以單獨設(shè)計、編程和調(diào)試，然后組合起來。這種方法便于設(shè)計和調(diào)試，容易實現(xiàn)多個程序共存，但各個模塊之間的連接有一定的難度。根據(jù)需要我們可以采用自上而下的程序設(shè)計方法，此方法先從主程序開始設(shè)計，然后再編制各從屬程序和子程序，層層細化逐步求精，最終完成一

16、個復(fù)雜程序的設(shè)計。這種方法比較符合人們的日常思維，缺點是一級的程序錯誤會對整個程序產(chǎn)生影響。功能流程圖如下：　　程序流程圖　　程序：　　#include"at89x52.h" //頭文件<

17、p>　　//---------------------預(yù)定義模塊---------------------------//　　//*********************預(yù)定義數(shù)組***************************//　　//字形碼 0 1 2 3 4 5 6 7　　const uns

18、igned char KEY_NUMBER[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07　　// 8 9 + - * / = CE　　,0x7f,0x6f,0xF0,0xC0,0xF6,0xD2,0x89,0xB9};　　//掃描鍵碼 0 1 2 3 4 5 6 7<

19、/p>　　const unsigned char KEY_VALUE[]={0x7e,0xbe,0xde,0xee,0x7d,0xbd,0xdd,0xed　　// 8 9 A B C D E F　　,0x7b,0xbb,0xdb,0xeb,0x77,0xb7,0xd7,0xe7};

20、//數(shù)碼管各顯示位： 0位 1位 2位 3位 4位　　const unsigned char DISPLAY_BIT[5]={0xFE,0xFD,0xFB,0xF7,0xEF};　　//十進制轉(zhuǎn)換權(quán)值　　const int bcd_right[5]={1,10,100,100

21、0,10000};　　unsigned char buffer_number[5]; //輸入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)　　unsigned char buffer_dis[5]; //計算結(jié)果顯示緩沖區(qū)　　unsigned long int buffer_opera[5]; //輸入數(shù)據(jù)十進制轉(zhuǎn)換緩沖區(qū)

22、　　//*******************預(yù)定義變量***************************//　　unsigned char const NULL=0xFF;　　unsigned char opera=0x00; //輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換指針　　unsigned char count

23、=0x00; //鍵盤輸入指針　　unsigned char enter_number=0x01; //輸入數(shù)據(jù)顯示和計算結(jié)果顯示開關(guān)　　unsigned char ptr_i=0x00; //運算結(jié)果轉(zhuǎn)換指針　　unsigned char buffer_control; //控制鍵緩沖區(qū)

24、　　unsigned char key_bcd; //按鍵的十進制值　　unsigned char scan_key; //當前掃描到的鍵值　　unsigned char temp_c; //臨時變量　　unsigned char ptr_c; //十進制轉(zhuǎn)化指針<

25、p>　　unsigned char account; //四則運算標志　　unsigned long int result=0x00; //當前計算結(jié)果　　unsigned long int rlt; //前一個輸入的數(shù)的十進制值　　unsigned long int sec_rlt; //后一個輸入的數(shù)的

26、十進制值　　unsigned long int c_n; //當前轉(zhuǎn)換的運算結(jié)果　　/*******************************************************　　名稱: 初始化運行環(huán)境　　功能：初始化各寄存器與端口狀態(tài)</p&

27、gt;　　參數(shù)：無　　返回值：無　　*******************************************************/　　void DeviceInit(void)

28、　　{　　TL0=0xBF; //置定時器中斷時間為20ms　　TH0=0x63;　　TMOD=0x01; //設(shè)定定時器/計數(shù)器0工作方式為1　　IE=0x82; //允許

29、全局中斷，允許定時器/計數(shù)器0溢出中斷　　TR0=0x01; //啟動定時器/計數(shù)器0　　}　　/*******************************************************　　名稱

30、: 延時模塊　　功能：延時　　參數(shù)： unsigned char i　　返回值：無　　********************************************

31、***********/　　void Delay(unsigned char i)　　{　　int j;　　while((i--)!=0)　　{ for(

32、j=0;j<=0x6f;j++);}　　}　　/*******************************************************　　名稱: 清除模塊　　功能：

33、清除當前已經(jīng)輸入的數(shù)據(jù)　　通過輸入緩沖區(qū)中的數(shù)乘以它們各自對應(yīng)的權(quán)值再求和　　參數(shù)：參數(shù)為1時，清除輸入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)　　參數(shù)為2時，清除十進制轉(zhuǎn)化緩沖區(qū)　　返回值：無　　***********

34、********************************************/　　void Clear(unsigned char clr_pid)　　{　　temp_c=0x00;　　for(temp_c;temp_c&

35、lt;=4;temp_c++)　　{　　if(clr_pid==1) //參數(shù)為1時，輸入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)全部置0　　{　　count=0x00; //按鍵次數(shù)置0<p&g

36、t;　　buffer_number[temp_c]=0x00;　　}　　if(clr_pid==2) //參數(shù)為2時，輸入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)全部置0　　{　　opera=0x00; //輸入數(shù)的個數(shù)置0&

37、lt;/p>　　buffer_opera[temp_c]=0x00;　　}　　}　　}　　/*******************

38、************************************　　名稱: 數(shù)據(jù)處理模塊　　功能：將輸入的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為10進制數(shù)　　通過輸入緩沖區(qū)中的數(shù)乘以它們各自對應(yīng)的權(quán)值再求和　　參數(shù)：無<

39、p>　　返回值：無　　*******************************************************/　　void BcdConvert(void)　　{

40、temp_c=0x00;　　ptr_c=opera-1;　　if(opera !=0)　　{　　while(temp_c<=ptr_c) //當前位乘以對應(yīng)的權(quán)值再加上前一次的計算值

41、{ //將輸入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中的數(shù)轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的十進制數(shù)　　buffer_opera[ptr_c-temp_c]*=bcd_right[temp_c];　　result+=buffer_opera[ptr_c-temp_c];　　temp_c++;<p

42、>　　}　　Clear(2); //轉(zhuǎn)化完成，將十進制轉(zhuǎn)換緩沖區(qū)清0　　}　　}　　/*********************************

43、**********************　　名稱: 計算結(jié)果處理模塊　　功能：按位分解計算結(jié)果，留待顯示　　將要轉(zhuǎn)化的數(shù)除以10后取余數(shù)，就可以將其按位分解　　轉(zhuǎn)化的結(jié)果是反向的<

44、b>　　參數(shù)：無　　返回值：無　　*******************************************************/　　void Convert(void)

45、　{　　c_n=result;　　//將計算結(jié)果反向分解，用于顯示　　do　　{ //除10取余　　buffer_dis[ptr_i]=c_n%10;

46、;　　c_n/=10;　　ptr_i++;　　}　　while(c_n!=0x00);　　}<

47、;/p>　　/*******************************************************　　名稱: 四則運算模塊　　功能：對先后輸入的兩個數(shù)按規(guī)則進行四則運算　　參數(shù)：無<p&g

48、t;　　返回值：無　　*******************************************************/　　void Calculate(void)　　{　　BcdC

49、onvert(); //將要運算的數(shù)轉(zhuǎn)化成10進制數(shù)　　enter_number=0x00; //設(shè)置運算結(jié)果顯示標志　　switch(account)　　{　　case 0x00: //加法，將前后輸入的兩個數(shù)相加

50、;　　result+=rlt;　　break;　　case 0x01: //減法　　if(rlt>=result)　　result=rlt-result;　　els

51、e //如果被減數(shù)比減數(shù)小　　{　　buffer_control=0xC0;　　result=~(rlt-result-0x01);　　}

52、;　　break;　　case 0x02: //乘法　　result*=rlt;　　break;　　case 0x03: //除法　　result=rlt/result;&

53、lt;/p>　　break;　　}　　Convert(); //調(diào)用計算結(jié)果處理函數(shù)　　Clear(2); //清除計算結(jié)果　　}

54、　　/*******************************************************　　名稱: 控制鍵處理模塊　　功能：對各個控制鍵進行對應(yīng)的操作　　參數(shù)：無

55、;　　返回值：無　　*******************************************************/　　void Control(void)　　{　　Clear(1

56、); //清除顯示緩沖區(qū)　　//*********************等號處理*********************//　　if(buffer_control==0x89)　　Calculate(); //調(diào)用計算函數(shù)　　//*******************

57、**清除鍵處理*******************//　　else if(buffer_control==0xB9)　　{　　Clear(1); //清除已輸入的數(shù)　　Clear(2); //清除當前也轉(zhuǎn)化的值

58、　　ptr_i=0x00; //清除顯示指針　　result=rlt=0x00; //清除元算結(jié)果　　}　　//********************運算符號處理******************//<b

59、>　　else　　{　　BcdConvert(); //將先前輸入的數(shù)轉(zhuǎn)化為10進制數(shù)　　rlt=result; //保存轉(zhuǎn)化的結(jié)果　　result=0x00; //清除上一次轉(zhuǎn)化的結(jié)果，準備下一次轉(zhuǎn)化<

60、;/p>　　switch(buffer_control)　　{　　case 0xF0: //加法　　account=0x00;　　break;&

61、lt;p>　　case 0xC0: //減法　　account=0x01;　　break;　　case 0xF6: //乘法　　account=0x02; //乘法運算標志<b&g

62、t;　　break;　　case 0xD2: //除法　　account=0x03; //除法運算標志　　break;　　default:<p&g

63、t;　　break;　　}　　}　　}　　/**************************************

64、*****************　　名稱: 按鍵判斷模塊　　功能：判斷是否有鍵被按下　　參數(shù)：無　　返回值：有鍵按下則返回1　　沒有鍵按下則返回0&

65、lt;/p>　　*******************************************************/　　unsigned char KeyDown(void)　　{　　temp_c=0x00;&l

66、t;p>　　P2=0xf0;　　temp_c=P2;　　if(temp_c!=0xf0)　　return 1; //有鍵按下返回1　　else　　r

67、eturn 0; //沒有鍵按下返回0　　}　　/*******************************************************　　名稱: 按鍵處理函模塊　　功能：獲取當前按鍵

68、　　參數(shù)：無　　返回值：返回當前按鍵的字形碼　　如果沒有鍵按下,返回NULL　　*******************************************************/　　unsigned

69、char KeyPress (void)　　{　　if(KeyDown()==1) //判斷是否有鍵按下　　{　　Delay(30); //延時消抖　　/

70、/**************掃描當前被按下的鍵值***********************//　　P2=0xF0; //掃描低4位　　scan_key=P2; //記錄掃描結(jié)果　　P2=0x0F; //掃描高四位　　temp_c=P2; //記錄掃描結(jié)果</p

71、>　　scan_key^=temp_c; //兩結(jié)果相異或得鍵值　　//**************當有鍵被按下時關(guān)閉顯示*********************//　　do{　　P1=0xFF; //如果有鍵按下，關(guān)閉顯示

72、　　}while(KeyDown()==1); //等待按鍵釋放，如果有鍵按下，則不顯示任何數(shù)　　Delay(30); //延時消抖　　//**********當有鍵按下后開始掃描所按下的鍵***************//　　for(key_bcd=0;key_bcd<=15;key_

73、bcd++) //查找鍵值對應(yīng)的字符碼　　{　　if(KEY_VALUE[key_bcd]==scan_key) //如果找到對應(yīng)的鍵值　　{　　ptr_i=0x00; //清除運算結(jié)果顯示指針,

74、開始顯示輸入的數(shù)據(jù)　　//*****************判斷是數(shù)字鍵還是控制鍵****************//　　if(key_bcd<=0x09) //小于10的鍵為數(shù)字鍵　　{　　enter_number=0x01;

75、 //設(shè)置輸入數(shù)據(jù)顯示標志　　if(count<=0x04) //如果緩沖區(qū)未滿　　{　　buffer_number[count]=KEY_NUMBER[key_bcd]; //當前鍵送緩沖區(qū)　　buffer_opera[ope

76、ra]=key_bcd; //保存當前按鍵的十進制值　　opera++; //指針自加　　count++;　　}　　else //如果緩沖區(qū)溢出<b

77、>　　{　　count=0x00;　　Clear(1); //清楚緩沖區(qū)　　buffer_number[0]=KEY_NUMBER[key_bcd]; //緩沖區(qū)初始位存入當前鍵的字符碼　　buffer_opera[opera]=key_bcd;

78、 //保存當前按鍵的十進制值　　opera++;　　count++;　　}　　return KEY_NUMBER[key_bcd]; //返回對應(yīng)的數(shù)字字符值

79、　　}　　else //大于9的鍵為控制鍵　　{　　buffer_control=KEY_NUMBER[key_bcd]; //控制鍵送控制緩沖區(qū)　　Co

80、ntrol(); //調(diào)用控制鍵處理函數(shù)　　}　　}　　}　　}<b&g

81、t;　　else　　return NULL; //如果沒有鍵按下,返回NULL　　}　　/*******************************************************　　名稱: 數(shù)

82、碼管顯示模塊　　功能：在數(shù)碼管上顯示輸入的數(shù)據(jù)和計算后的結(jié)果　　參數(shù)：無　　返回值：無　　***************************************************

83、****/　　void Display(void)　　{　　unsigned char m=0; //顯示字符指針　　unsigned char n=0; //顯示位指針;　　while(Ke

84、yPress()==NULL) //當有鍵被按下時開始顯示　　{　　//****************顯示當前輸入的數(shù)據(jù)*******************//　　if(enter_number==0x01) //顯示輸入中的數(shù)據(jù)

85、　　{　　if(m!=count) //字符指針在界線內(nèi)　　{　　if(n<=count-1) //顯示位未越界　　{<p

86、>　　P1=DISPLAY_BIT[n]; //設(shè)置顯示位　　P0=buffer_number[m]; //在數(shù)碼管上顯示字符　　Delay(0x02); //延時消抖　　n++;　　m++;

87、;　　}　　else //顯示位越界　　n=0;　　}　　else //字符指針越界<

88、p>　　m=0;　　}　　//****************顯示運算后的結(jié)果*********************//　　else //顯示運算的結(jié)果　　{</

89、b>　　if(m!=ptr_i) //字符指針在界線內(nèi)　　{　　if(n<=ptr_i-1) //顯示位未越界　　{　　P1=DISPLAY_

90、BIT[ptr_i-n-1]; //設(shè)置顯示位　　P0=KEY_NUMBER[buffer_dis[m]]; //在數(shù)碼管上顯示字符　　Delay(0x02); //延時消抖　　n++;　　m++;

91、;　　}　　else //顯示位越界　　n=0;　　}　　else //字符指針越界<

92、p>　　m=0;　　Clear(1);　　}　　//*******************顯示運算操作符***********************//

93、;　　P1=0xDF; //打開運算符號顯示位　　P0=buffer_control; //顯示當前運算符號　　Delay(0x02);　　}　　}　　/

94、*******************************************************　　名稱: 主函數(shù)　　功能：應(yīng)用程序入口　　參數(shù)：無　　返回值：

95、無　　*******************************************************/　　void main()　　{　　DeviceInit(); //調(diào)用系統(tǒng)初始化函數(shù)</

96、p>　　while(1)　　;　　}　　/*******************************************************

97、　　名稱: 定時器中斷模塊　　功能：調(diào)用鍵盤監(jiān)視模塊獲取鍵盤輸入　　調(diào)用顯示模塊來顯示輸入與輸出　　參數(shù)：無　　返回值：無　　*

98、******************************************************/　　void timer0_over(void) interrupt 1　　{　　TL0=0xBF; //中斷間隔為20ms

99、　　TH0=0x63;　　KeyPress(); //調(diào)用鍵盤掃描程序　　Display(); //調(diào)用顯示函數(shù)　　}　　5. 總結(jié)&

100、lt;p>　　通過該計算器的設(shè)計我深入學(xué)習(xí)數(shù)碼管掃描和鍵盤控制，提高對了51系列單片機的實際應(yīng)用能力。同時也掌握應(yīng)用程序控制51系列單片機進行簡單的數(shù)學(xué)運算。提高了對51系列單片機的編程能力。這門課是最能理論聯(lián)系實際的課，我們的目的是做出東西，為了這我們需要學(xué)關(guān)于這方面的各種知識，從被動性的接受知識變成了主動性的尋找知識。這種模式才是學(xué)習(xí)的最好方式。在此制作過程中我們經(jīng)歷挫折，經(jīng)歷困惑，但有目標在前，我們不能也不想放棄，只有在克服

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