单片机设计简易计算器.docx
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单片机设计简易计算器
简易计算器
SimplyCalculator
i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，输入设备的选取等。
本设计是通过单片机来实现的，因此选用了ATMEGA1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“ICCAVR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
M1M2M3M4
PD0
PD1
SW
M5
，B
SW
M6
cs.——
〉B
SW
M7
〉B
SW
M8
PB
SW
>B
SW
>B
SW
〉B
SW
PB
M9
M10
M11
M12
PD2
SW
，B
SW
〉B
SW
〉B
SW
PB
M13
M14
M15
M16
PD3
SW
>B
SW
〉B
SW
〉B
SW
PB
PD4
PD5
PD6
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PD0-PD7为
输出，且PD0-PD3依次设置为低电平，而PD什PD7设置为高电平，然后我们设置PD4-PD7为输入，而PD0-PD3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PD4-PD7为输入，如果M1被按下，则PD4会比被拉为低电平，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M5-M8是否被按下，设置8个I/O口输出FC来来检测M9-M12,设置8个I/O口输出F7来检测M13-M16,如果M—M4没有被按下，就继续检测M4-M8,一次类推，就可以检测出16个按键了。
在这次设计中，16个按键M—M16所对应检测值分别为：
EE,DEBE7E,EDDDBD7D,EBDBBB7BE7D7B777。
数字显示与计算
本次设计选用的显示器是1602液晶显示器此液晶显示器能显示32个字符，VS張地,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）,D0—D7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
程图
键盘扫描流程图为:
开始
延时10ms
1
是否按键
1
對按下
r
DDRD=0XFE
F
PORTD=0XF0
1
r
DDRD=0X0F
“是否是第按键
写一排建
〔否
DDRD=0XFD
1
r
PORTD=0XF0
r
是
DDRD=OXOF
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。
UJC1€L
图Protues仿真图
调式过程
编写完程序后保存程序，在“ICCAVR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.ATmega128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，2004
附录程序
#include<>
#include<>
#include<>
constunsignedchartab1[]="Welcome"constunsignedchartab3[]="90+-*/=";
unsignedcharkey[10];
unsignedinttemp1=0,temp2=0;
unsignedcharcount1=0;
unsignedcharwei;
voiddelay（unsignedintms）
{
unsignedinti,j;
for（i=0;i{for（j=0;j<1141;j++）;}
}
voidint_port（）
{
DDRA=0XFF;
DDRB=DDRB|0X07;
PORTB&=~BIT（PB0）;
DDRD=0XFF;
PORTD=0XFF;
DDRD=0XF0;
PORTD=PORTD&0X0F;
voidcom_lcd（unsignedcharcom）
{
PORTB&=~BIT（PB2）;
PORTB&=~BIT（PB1）;
PORTA=com;
PORTB|=BIT（PB0）;
delay
（1）;
PORTB&=~BIT（PB0）;
}
voidda
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