基于单片机的计算器设计.docx
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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