精编完整版基于单片机实现的四位4乘4矩阵键盘计算器的C语言程序及其PROTUES电路和仿真毕业论文报告.docx

精编完整版基于单片机实现的四位4乘4矩阵键盘计算器的C语言程序及其PROTUES电路和仿真毕业论文报告.docx

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精编完整版基于单片机实现的四位4乘4矩阵键盘计算器的C语言程序及其PROTUES电路和仿真毕业论文报告

单片机原理及接口技术

课程设计报告

设计题目：

计算器设计

信息与电气工程学院

二零一三年七月

计算器设计

单片机体积小，功耗小，价格低，用途灵活，无处不在，属专用计算机。

是一种特殊器件，需经过专门学习方能掌握应用，应用中要设计专用的硬件和软件。

近年来，单片机以其体积小、价格廉、面向控制等独特优点，在各种工业控制、仪器仪表、设备、产品的自动化、智能化方面获得了广泛的应用。

与此同时，单片机应用系统的可靠性成为人们越来越关注的重要课题。

影响可靠性的因素是多方面的，如构成系统的元器件本身的可靠性、系统本身各部分之间的相互耦合因素等。

其中系统的抗干扰性能是系统可靠性的重要指标。

数学是科技进步的重要工具，数据的运算也随着科技的进步越发变得繁琐复杂，计算器的出现可以大大解放人在设计计算过程中的工作量，使计算的精度、速度得到改善，通过msc51单片机，矩阵键盘和LED数码管可以实现简单的四位数的四则运算和显示，并当运算结果超出范围时予以报错。

注：

这一部分主要描述题目的背景和意义，对设计所采取的主要方法做一下简要

另注：

本文要当做模板使用，不要随意更改字体、字号、行间距等，学会使用格式刷。

文中给出的各项内容都要在大家的报告中体现，可采用填空的方式使用本模板。

1.设计任务

结合实际情况，基于AT89C51单片机设计一个计算器。

该系统应满足的功能要求为：

（1）实现简单的四位十进制数字的四则运算；

（2）按键输入数字，运算法则；

（3）LED数码管移位显示每次输入的数据和运算结果；

（4）当运算结果超出范围时实现报错。

主要硬件设备：

AT89C51单片机、LED数码管、矩阵键盘。

注：

这一部分需要写明系统功能需求，用到的主要硬件（参考实验箱的说明书）。

2.整体方案设计

计算器以AT89C51单片机作为整个系统的控制核心，应用其强大的IO功能和计算速度，构成整个计算器。

通过矩阵键盘输入运算数据和符号，送入单片机进行数据处理。

经单片机运算后判断是否超出要求的运算范围，控制LED数码管的输出原理图如图2-1所示。

图2-1基于单片机的变频调速恒压供水系统原理图

本系统硬件主要由矩阵键盘、IO输入输出、显示系统……等几部分组成。

各模块的主要功能如下：

（1）矩阵键盘将十六进制编码的数字传入单片机。

（2）单片机扫描键盘信号并接收，对输入的键盘信号进行处理

（3）LED以动态扫描的方式移位显示每次输入的数据和最后的运算结果。

系统的整体设计方案设计图如图2-2所示。

图2-2系统的整体方案设计图

注：

文中出现的所有框图、流程图都要用VISIO画，不允许从文档中裁剪然后粘贴。

要注意图的格式，图中的文字大小不要大于正文，图题用五号宋体，居中。

3.系统硬件电路设计

3.1时钟电路

本设计采用外部时钟方式，使用外部振荡器产生脉冲信号，采用12MHz的石英晶体振荡器，结构如图3-1。

图3-1时钟电路和复位电路

3.2复位电路

本设计采用按键手动电平复位电路，通过RST端经电阻与电源Vcc接通而实现，结构如图3-1。

3.3数码管显示电路

本设计所用数码管显示电路采用4位红色共阴极数码管接上拉电阻实现，其结构如图3-2。

图3-2数码管显示电路

3.4键盘输入电路

本设计采用4*4矩阵键盘实现数据和运算法则的输入。

按键设置在行、列线的交点上，行列线分别连接的按键开关的两端，并通过上来电阻街道+5V上。

无按键按下时，行、列线均处于高电平，当有按键按下是，相对应的行和列电平为低电平。

此特点也用于单片机IO口对矩阵键盘的扫描。

矩阵键盘和单片机的连接如图3-2所示。

图3-2矩阵键盘与单片机的连接图

注：

以上各部分按照电路功能模块化介绍器件选型、器件特性、电路设计思路、电路功能等，要注意与第2小节中的整体方案设计图相对应。

文中出现的电路原理图同样不能从资料中裁剪，可从自己设计的Proteus图中拷贝。

4.系统程序设计

4.1主程序流程图

单片机控制IO口循环扫描键盘状态，当检测到有按键按下时，将按键信号输入单片机，处理并输出显示，若无按键按下，则保持前一个数据的显示状态。

系统主程序流程图如图4-1所示。

图4-1主程序流程图

4.2键盘扫描子程序流程图

先检测是否有按键按下，当有按键按下时，逐行检测每一行的列状态，将准确的键盘信号输入单片机。

……

键盘扫描流程图如图4-2所示。

图4-2键盘扫描流程图

4.3按键处理输出显示子程序流程图

输出的子程序包括运算数的输出和结果输出，当有数字键按下，之前的数字左移一位，最新按下的数字显示在第一位，当有符号键按下，屏幕清零，当有等号键按下，判断运算结果是否符合要求，若符合要求，输出结果，不符合要求，输出报错提示。

输出显示子程序流程图如图4-3所示。

图4-3按键处理显示输出子程序流程图

5.系统调试

这一部分分为Proteus软件仿真调试和硬件调试两部分，分别给出调试过程、调试时应注意的问题，分析遇到的问题及问题的解决方法，Proteus调试可截屏运行结果图形并加以分析。

5.1Proteus软件仿真调试

……

5.2硬件调试

……

6.程序清单

#include

voiddelay10ms（）;

unsignedcharkey_free（）;

voiddisplay（）;

voiddisplay1（unsignedintnumber1）;

voiddisplay2（unsignedintnumber2）;

voiddisplay3（unsignedintnumber3）;

voiddisplay4（unsignedintnumber4）;

voiddisplay_result（）;

voiddelay（unsignedinttime）;

voidkey_deal（）;

voiddisplay_error（）;

voidcaculate（）;

voidput_offleds（）;

unsignedcharnumbertable[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6d,0x7D,0x07,0x7f,0x6f};1至9的共阴显示段码

unsignedcharerrortable[]={0x86};报错时使用的段码

unsignedcharweitable[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7};共阴数码管位选

unsignedinttemp,temp1,temp2,number1,number2,number3,number4,a1,a2,a3,a4,b1,b2,b3,b4,c1,c2,c3,c4,way,k,k1,waytest,result_test;

unsignedintResult;result1,result2,result3,result4,E_test;

unsignedcharkey;

voidmain（）

{

while

（1）

{

key_scan（）;

key_free（）;

key_deal（）;

}

}

新的显示函数

voiddisplay（）

{

display1（number1）;

delay（6）;

display2（number2）;

delay（6）;

display3（number3）;

delay（6）;

display4（number4）;

delay（6）;

}

voiddisplay1（unsignedintnumber1）

{

P2=weitable[3];

P1=numbertable[number1];

}

voiddisplay2（unsignedintnumber2）

{

P2=weitable[2];

P1=numbertable[number2];

}

voiddisplay3（unsignedintnumber3）

{

P2=weitable[1];

P1=numbertable[number3];

}

voiddisplay4（unsignedintnumber4）

{

P2=weitable[0];

P1=numbertable[number4];

}

结果显示程序

voiddisplay_result（）

{

display1（result1）;

delay（6）;

display2（result2）;

delay（6）;

display3（result3）;

delay（6）;

display4（result4）;

delay（6）;

}

定义延时程序

voiddelay（unsignedinttime）

{

unsignedinti,j;

for（i=time;i>0;i--）

{

for（j=112;j>0;j--）;

};

}

按键扫描子程序

unsignedcharkey_scan（）

{

P0=0x0f;对所有行置高电平，列全为低电平

P0=0xff;

temp1=P0;

if（temp1!

=0x0f）如果有按键按下

{

put_offleds（）;

delay（3）;

temp1=P0;延时消抖

if（temp1!

=0x0f）

{

P0=0xf0;翻转扫描列状态

P0=0xff;

temp2=P0;

if（temp1==0x0e）若第一行有按键按下

{k=0;键盘按下动作标记

switch（temp2）

{

case0xe0:

第一列有人按下

key=7;break;

case0xd0:

第二列有人按下

key=8;break;

case0xb0:

若第三列有人按下

key=9;break;

case0x70:

若第四列有人按下

key='';break;

}

}

elseif（temp1==0x0d）

若第二行有按键按下

{k=0;键盘按下动作标记

switch（temp2）

{

case0xe0:

第一列有人按下

key=4;break;

case0xd0:

第二列有人按下

key=5;break;

case0xb0:

若第三列有人按下

key=6;break;

case0x70:

若第四列有人按下

key='*';break;

}

}

elseif（temp1==0x0b）若第三行有按键按下

{k=0;键盘按下动作标记