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基于单片机的计算器设计

G智能计算器设计

1.1硬件连接

  图1-1所示为简易计算器的电路原理图。

P3口用于键盘输入,接4*4矩阵键盘,键值与键盘的对应表如表----所示,p0口和p2口用于显示,p2口用于显示数值的高位,po口用于显示数值的低位。

图1-1简易计算器电路原理图

键值与功能对应表

键值

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

+

-

×

/

=

ON/C

功能

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

+

-

×

÷

=

清零

表3-1

1.2计算器的软件设计

#include  //头文件

#defineuintunsignedint//

#defineucharunsignedchar

sbitlcden=P2^3;//定义引脚

sbitrs=P2^4;

sbitrw=P2^0;

sbitbusy=P0^7;

chari,j,temp,num,num_1;

longa,b,c;   //a,第一个数b,第二个数c,得数

floata_c,b_c;

ucharflag,fuhao;//flag表示是否有符号键按下,fuhao表征按下的是哪个符号

ucharcodetable[]={

7,8,9,0,

4,5,6,0,

1,2,3,0,

0,0,0,0};

ucharcodetable1[]={

7,8,9,0x2f-0x30,

4,5,6,0x2a-0x30,

1,2,3,0x2d-0x30,

0x01-0x30,0,0x3d-0x30,0x2b-0x30};

voiddelay(ucharz)//延迟函数

{

uchary;

for(z;z>0;z--)

  for(y=0;y<110;y++);

}

voidcheck()//判断忙或空闲

{

do{

   P0=0xFF;

   rs=0;   //指令

   rw=1;   //读

   lcden=0;   //禁止读写

   delay

(1);//等待,液晶显示器处理数据

   lcden=1;   //允许读写

   }while(busy==1);//判断是否为空闲,1为忙,0为空闲

}

voidwrite_com(ucharcom)//写指令函数

{

P0=com;  //com指令付给P0口

rs=0;

rw=0;

lcden=0;

check();

lcden=1;

}

voidwrite_date(uchardate)//写数据函数

{

   P0=date;

rs=1;

rw=0;

lcden=0;

check();

lcden=1;

}

voidinit()//初始化

{

   num=-1;

lcden=1;//使能信号为高电平

write_com(0x38);//8位,2行

write_com(0x0c);//显示开,光标关,不闪烁*/

write_com(0x06);//增量方式不移位显竟獗暌贫柚?

write_com(0x80);//检测忙信号

write_com(0x01);//显示开,光标关,不闪烁

num_1=0;

i=0;

j=0;

a=0;   //第一个参与运算的数

b=0;   //第二个参与运算的数

c=0;

flag=0;//flag表示是否有符号键按下,

fuhao=0;//fuhao表征按下的是哪个符号

}

voidkeyscan()//键盘扫描程序

{

P3=0xfe;

if(P3!

=0xfe)

{

  delay(20);延迟20ms

  if(P3!

=0xfe)

  {

   temp=P3&0xf0;

   switch(temp)

   {

    case0xe0:

num=0;

      break;

    case0xd0:

num=1;

      break;

    case0xb0:

num=2;

      break;

    case0x70:

num=3;

      break;

   }

  }

  while(P3!

=0xfe);

  if(num==0||num==1||num==2)//如果按下的是'7','8'或'9

  {

      if(j!

=0)

       {

         write_com(0x01);

         j=0;

        }

      if(flag==0)//没有按过符号键

   {

    a=a*10+table[num];

   }

   else//如果按过符号键

   {

    b=b*10+table[num];

   }

  }

  else//如果按下的是'/'

  {

   flag=1;

   fuhao=4;//4表示除号已按

  }

  i=table1[num];

  write_date(0x30+i);

}

P3=0xfd;

if(P3!

=0xfd)

{

  delay(5);

  if(P3!

=0xfd)

  {

   temp=P3&0xf0;

   switch(temp)

   {

    case0xe0:

num=4;

        break;

      

    case0xd0:

num=5;

        break;

      

    case0xb0:

num=6;

        break;

      

    case0x70:

num=7;

        break;

   }

  }

  while(P3!

=0xfd);

  if(num==4||num==5||num==6&&num!

=7)//如果按下的是'4','5'或'6'

  {

   if(j!

=0)

       {

         write_com(0x01);

         j=0;

        }

      if(flag==0)//没有按过符号键

   {

    a=a*10+table[num];

   }

   else//如果按过符号键

   {

    b=b*10+table[num];

   }

  }

  else//如果按下的是'/'

  {

   flag=1;

   fuhao=3;//3表示乘号已按

  }

  i=table1[num];

  write_date(0x30+i);

}

P3=0xfb;

if(P3!

=0xfb)

{

  delay(5);

  if(P3!

=0xfb)

  {

   temp=P3&0xf0;

   switch(temp)

   {

    case0xe0:

num=8;

        break;

      

    case0xd0:

num=9;

        break;

      

    case0xb0:

num=10;

        break;

      

    case0x70:

num=11;

        break;

   }

  }

  while(P3!

=0xfb);

  if(num==8||num==9||num==10)//如果按下的是'1','2'或'3'

  {

   if(j!

=0)

       {

         write_com(0x01);

         j=0;

        }

     if(flag==0)//没有按过符号键

   {

    a=a*10+table[num];

   }

   else//如果按过符号键

   {

    b=b*10+table[num];

   }

  }

  elseif(num==11)//如果按下的是'-'

  {

   flag=1;

   fuhao=2;//2表示减号已按

  }

  i=table1[num];

  write_date(0x30+i);

}

P3=0xf7;

if(P3!

=0xf7)

{

  delay(5);

  if(P3!

=0xf7)

  {

   temp=P3&0xf0;

   switch(temp)

   {

    case0xe0:

num=12;

        break;

      

    case0xd0:

num=13;

        break;

      

    case0xb0:

num=14;

        break;

      

    case0x70:

num=15;

        break;

   }

  }

  while(P3!

=0xf7);

  switch(num)

  {

   case12:

{write_com(0x01);a=0;b=0;flag=0;fuhao=0;}//按下的是"清零"

    break;

   case13:

{              //按下的是"0"

      if(flag==0)//没有按过符号键

      {

       a=a*10;

       write_date(0x30);

       P1=0;

      }

      elseif(flag==1)//如果按过符号键

      {

       b=b*10;

       write_date(0x30);

       }

     }

    break;

   case14:

{j=1;

          if(fuhao==1){write_com(0x80+0x4f);//按下等于键,光标前进至第二行最后一个显示处

          write_com(0x04);   //设置从后住前写数据,每写完一个数据,光标后退一格

          c=a+b;

          while(c!

=0)

          {

            write_date(0x30+c%10);

            c=c/10;

          }

          write_date(0x3d);   //再写"="

          a=0;b=0;flag=0;fuhao=0;

          }

     elseif(fuhao==2){write_com(0x80+0x4f);//光标前进至第二行最后一个显示处

           write_com(0x04);   //设置从后住前写数据,每写完一个数据,光标后退一格(这个照理说顺序不对,可显示和上段一样)

          if(a-b>0)

            c=a-b;

          else

            c=b-a;

          while(c!

=0)

          {

            write_date(0x30+c%10);

            c=c/10;

          }

          if(a-b<0)

            write_date(0x2d);

          write_date(0x3d);   //再写"="           

          a=0;b=0;flag=0;fuhao=0;

         }

     elseif(fuhao==3){write_com(0x80+0x4f);

           write_com(0x04);

            c=a*b;

            while(c!

=0)

            {

            write_date(0x30+c%10);

            c=c/10;

            }

            write_date(0x3d);     

         a=0;b=0;flag=0;fuhao=0;

            }

     elseif(fuhao==4){write_com(0x80+0x4f);

           write_com(0x04);

           i=0;

           c=(long)(((float)a/b)*1000);

           while(c!

=0)

            {

              write_date(0x30+c%10);

              c=c/10;

          i++;

          if(i==3)

              write_date(0x2e);

            }

           if(a/b<=0)

             write_date(0x30);

           write_date(0x3d);                             

           a=0;b=0;flag=0;fuhao=0;

                   }

     }

    break;

    case15:

{write_date(0x30+table1[num]);flag=1;fuhao=1;}

    break;

  }

}

}

main()

{

init();

while

(1)

{

  keyscan();

}

}

第二部分仿真和调试

下面用KEILuVision与porteus仿真软件实现简易计算器的仿真与调试。

2.1keil软件的介绍

  单片机开发中除必要的硬件外,同样离不开软件,我们写的汇编语言源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法,一种是手工汇编,另一种是机器汇编,目前已极少使用手工汇编的方法了。

机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码,用于MCS-51单片机的汇编软件有早期的A51,随着单片机开发技术的不断发展,从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发,单片机的开发软件也在不断发展,Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件,这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可看出。

Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案,通过一个集成开发环境(uVision)将这些部份组合在一起。

运行Keil软件需要Pentium或以上的CPU,16MB或更多RAM、20M以上空闲的硬盘空间、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。

掌握这一软件的使用对于使用51系列单片机的爱好者来说是十分必要的,如果你使用C语言编程,那么Keil几乎就是你的不二之选(目前在国内你只能买到该软件、而你买的仿真机也很可能只支持该软件),即使不使用C语言而仅用汇编语言编程,其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。

  KeilC51开发系统基本知识KeilC51开发系统基本知识

  1.系统概述

  KeilC51是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统,与汇编相比,C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势,因而易学易用。

用过汇编语言后再使用C来开发,体会更加深刻。

  KeilC51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具,全Windows界面。

另外重要的一点,只要看一下编译后生成的汇编代码,就能体会到KeilC51生成的目标代码效率非常之高,多数语句生成的汇编代码很紧凑,容易理解。

在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。

下面详细介绍KeilC51开发系统各部分功能和使用。

  2.KeilC51单片机软件开发系统的整体结构

C51工具包的整体结构中,其中uVision与Ishell分别是C51forWindows和forDos的集成开发环境(IDE),可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。

开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。

然后分别由C51及A51编译器编译生成目标文件(.OBJ)。

目标文件可由LIB51创建生成库文件,也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。

ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件,以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试,也可由仿真器使用直接对目标板进行调试,也可以直接写入程序存贮器如EPROM中。

3.采用KEIL开发的89c51单片机应用程序一般需要以下步骤:

(1)在uVision集成开发环境中创建新项目(Project),扩展文件名为.UV2,并为该项目选定合适的单片机CPU器件(本设计采用ATMEL公司下的AT89C51)

(2)用uVision的文本编辑器编写源文件,可以是汇编文件(.ASM),也可以使C语言文件(扩展名.C),并将该文件添加到项目中去。

一个项目文件可以包含多个文件,除了源程序文件外,还可以是库文件、头文件或文本说明文件。

(3)通过uVision2的相关选择项,配置编译环境、连接定位器以及Debug调试器的功能。

(4)对项目中的源文件进行编译连接,生成绝对目标代码和可选的HEX文件,如果出现编译连接错误则返回到第2步,修改源文件中的错误后重构整个项目。

(5)对没有语法错误的程序进行仿真调试,调试成功后将HEX文件写入到单片机应用系统的ROM中。

2.2本设计的操作

根据上述操作可得图4-1

编译调试程序后,从Build一栏可以看到

“creatinghexfilefrom‘jsq’…”

“‘jsq’-0Error(s),0Warning(s).”

下一步就可以在Proteus软件了调用hex文件及烧入单片机。

图4-1keil调试

2.3proteus7.1介绍

   Proteus的ISIS是一款Labcenter出品的电路分析实物仿真系统,可仿真各种电路和IC,并支持单片机,元件库齐全,使用方便,是不可多得的专业的单片机软件仿真系统。

该软件的特点:

(1)全部满足我们提出的单片机软件仿真系统的标准,并在同类产品中具有明显的优势。

(2)具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS一232动态仿真、1C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能;有各种虚拟仪器,如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。

③目前支持的单片机类型有:

68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。

④支持大量的存储器和外围芯片。

总之该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件,功能极其强大,可仿真51、AVR、PIC。

2.4Proteus对于本设计的仿真

操作步骤如下:

(1)进入proteusISIS集成环境,在工作前,在systerm菜单下设置界面的颜色、图形界面大小等项目,我采用了系统默认值。

        

(2)通过工具栏中的

(从库中选择元件命令)命令,在pickdevices窗口中选择电路所需的元件,放置元件到编辑区并调整其相对位置,进行元件参数设置,元器件间连线。

器件库如表2-1所示,选择后如图2-12所示。

器件库

器件名称

MicroprocessorICs

89C51

Switches&Relays

BUTTON

Optoelectronics

LM016L

Resistors

RESPACK-8

Resistors

POT-LIN

TerminalsMode

POWER

表2-1器件库及所选器件

(3)连线并加上需要的说明,并完成仿真原理图,如图4-3所示。

操作说明:

(1)本计算器实现8位数的加、减、乘、除运算。

(2)按下数值键,显示按下的“数字”按运算符,再,按第2个操作数,显示,按“=”键,得到运算结果。

(3)按“清零”键清除运算结果,可重新开始。

图2-3仿真原理

(4)加载程序。

将编译调试完成的简易计算器机器码程序(hex文件)加载到AT89C51单片机中。

(5)单击仿真工具栏中的仿真键

,观察仿真结果。

可以按暂停、继续、单步、等按钮,查看效果。

运行单步运行暂停  停止

图4-4仿真工具栏

(6)调试与思考

图2-2器件列表

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