计算器电子竞赛.docx
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计算器电子竞赛
电子设计大赛论文
计算器
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一、设计内容
本设计是基于52系列单片机来进行的数字计算器系统设计，可以完成计算器的键盘输入，进行加、减、乘、除基本四则运算，并在LCD上显示相应的结果；设计电路采用STC89C52单片机为主要控制电路，利用MM74C922作为计算器4*4键盘的扫描IC读取键盘上的输入；显示采用字符LCD静态显示；软件方面使用C语言编程，并用PROTUES仿真，具体设计如下：
（1）由于设计的计算器要进行四则运算，为了得到较好的显示效果，经综合分析后，最后采用LCD显示数据和结果。
（2）采用键盘输入方式，键盘包括数字键（0～9）、符号键（+、-、×、÷）、清除键（on\c）和等号键（=），故只需要16个按键即可，设计中采用矩阵键盘。
（3）在执行过程中，开机显示零，等待键入数值，当键入数字，通过LCD显示出来，当键入+、-、*、/运算符，计算器在内部执行数值转换和存储，并等待再次键入数值，当再键入数值后将显示键入的数值，按等号就会在LCD上输出运算结果。
（4）错误提示：
当计算器执行过程中有错误时，会在LCD上显示相应的提示,如：
当输入的数值或计算得到的结果大于计算器的表示范围时，计算器会在LCD上提示overflow；当除数为0时，计算器会在LCD上提示error。
二、总体框图
（1）系统模块图：
（2）算术运算程序流程图：
（3）系统总流程图：
三、功能模块
（一）、总体硬件设计：
本设计选用STC89C52单片机为主控单元；显示部分：
采用LCD静态显示；按键部分：
采用4*4键盘；用MM74C922为4*4键盘扫描IC，读取输入的键值。
总体设计效果如下图：
（二）、单片机接口电路说明：
1、手动上电复位电路：
当VCC上电时，C充电，在10K电阻上出现电压，使得单片机复位；几个毫秒后，C充满，10K电阻上电流降为0，电压也为0，使得单片机进入工作状态。
工作期间，按下S，C放电。
S松手，C又充电，在10K电阻上出现电压，使得单片机复位。
几个毫秒后，单片机进入工作状态。
2、内部时钟模式电路：
当单片机工作于内部时钟模式的时候，只需在XTAL1和XTAL2引脚连接一个晶体振荡器或者陶瓷振荡器，并接两个电容后接地即可，在使用时对于电容的选择有一定的要求：
当外接晶体振荡器的时候，电容值一般选择C1=C2=30+10pF或30-10pF；
当外接陶瓷振荡器的时候，电容值一般选择C1=C2=40+10pF或40-10pF；
3、单片机与复位、时钟电路连接电路图：
（三）、键盘接口电路：
计算器输入数字和其他功能按键要用到很多按键，如果采用独立按键的方式，在这种情况下，编程会很简单，但是会占用大量的I/O口资源，因此在很多情况下都不采用这种方式，而是采用矩阵键盘的方案。
矩阵键盘采用四条I/O线作为行线，四条I/O线作为列线组成键盘，在行线和列线的每个交叉点上设置一个按键。
这样键盘上按键的个数就为4×4个。
这种行列式键盘结构能有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。
矩阵键盘的工作原理：
计算器的键盘布局如图1所示：
一般有16个键组成，在单片机中正好可以用一个P口实现16个按键功能，这种形式在单片机系统中也最常用。
图1矩阵键盘布局图
矩阵键盘内部电路图如图2所示：
图2
为了进一步节省单片机I/O口资源，我们在设计中使用了MM74C922芯片。
MM74C922是一款4*4键盘扫描IC，它可检测到与之相连的4*4键盘的按键输入，并通过数据输出口将按键相应的编码输出。
其引脚图如图3所示：
图3MM94C22硬件图
MM74C922引脚说明：
（1）Y1~Y4（脚1~脚4）：
4*4键盘第一列至第四。
（2）X1~X4（脚11、10、8、7）：
4*4键盘第一行至第四行。
（3）DOA~DOD（DataoutA~D，脚14~17）：
按键之BCD码输出，其中DOA为LSB，DOD为MSB。
（4）VCC（脚18）：
电源脚，+3V~+15V。
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（5）GND（脚9）：
接地管脚。
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（6）OSC（Oscillator，脚5）：
键盘扫描电路之频率所需外加电容的连引脚。
（7）KBM（KeyboardMask，脚6）：
内部消除开关弹跳电路所外加电容的引脚。
（8）OE（OutputEnable，脚13）：
芯片使能脚，接低电位可使芯片使能。
（9）DA（DataAvailable，脚12）：
数据有效输出脚。
任一按键按下时，此脚位会输出高电位，按键释放后此脚又会恢复为低电位。
如下图4所示，在本设计中，计算器输入键盘的4条行线、列线分别连接到MM74C922的X1-X4、Y1-Y4引脚，MM74C922的数据输出口与单片机的P2口相连，MM74C922的DA引脚经过一个非门连接到单片机的/INT0脚，当MM74C922检测到键盘输入时，DA产生高电平，与之相连的/INT0检测到低电平，给单片机一个中断，单片机从P2口的低四位读入键盘上按下的键的值。
图4键盘接口电路图
（四）、LCD显示模块：
本设计采用LCD液晶显示器来显示输出数据。
通过D0-D7引脚向LCD写指令字或写数据以使LCD实现不同的功能或显示相应数据。
图5LCD模块
（五）运算模块（单片机控制）：
STC89C52单片机是在一块芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多功能I/O等一台计算机所需要的基本功能部件。
如果按功能划分，它由如下功能部件组成，即微处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM/EPROM）、并行I/O口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器（SFR）。
单片机是靠程序运行的，并且可以修改。
通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，通过使用单片机编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！
因此我们采用单片机作为计算器的主要功能部件，可以很快地实现运算功能。
四、软件编程：
1、主函数设计：
/******************函数声明*****************/
#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
chartranslate（intkeycode）;
voidarithmetic（）;
voidinit_LCM（）;
voidwrite_data（charddata）;
voidwrite_com（charcommand）;
voidcheck_BF（）;
voidclearLCD（）;
voiddisplay（longa）;
voiddealerror（）;
voiddataoverflow（）;
/******************定义变量和数组*****************/
longx=0,y=0,num=0;
intoperators,input,iny=0;
charkey;
charerror[5]="error";
charoverflow[8]="overflow";
sbitEN=P3^4;
sbitR_W=P3^5;
sbitRS=P3^6;
/******************主函数*****************/
main（）
{
EA=1;
EX0=1;
IT0=1;
P2=0xff;
display（0）;
init_LCM（）;
write_data（0x30）;
while
（1）
{
}
}
2、分块程序设计：
（1）、键盘输入检测程序设计：
有键按下时，单片机响应外部中断0，转入外部中断0中断处理函数，在中断处理函数中完成对按键的判断，以进行下一步的程序处理。
/**********键值转化为键盘上按键值函数*************/
chartranslate（intkeycode）
{
switch（keycode）
{
case0:
return'7';
break;
case1:
return'4';
break;
case2:
return'1';
break;
case3:
return'c';
break;
case4:
return'8';
break;
case5:
return'5';
break;
case6:
return'2';
break;
case7:
return'0';
break;
case8:
return'9';
break;
case9:
return'6';
break;
case10:
return'3';
break;
case11:
return'=';
break;
case12:
return'/';
break;
case13:
return'*';
break;
case14:
return'-';
break;
case15:
return'+';
break;
}
}
/***********外部中断0处理函数*************/
voidINT_0（void）interrupt0using0
{
key=translate（P2&0x0f）;
if（key<='9'&&key>='0'）//判断按下的键是否为数值
{
num=num*10+（key-'0'）;
if（operators>0）
{
y=num;
iny=1;
}
else
x=num;
if（num<134217728&&num>-134217728）//当前数值是否超出限定范围
{
display（num）;
}
else
dataoverflow（）;
}
else
{
switch（key）
{
case'c':
x=0;
y=0;
num=0;
iny=0;
operators=0;
display（num）;
break;
case'=':
arithmetic（）;
iny=0;
operators=0;
num=0;
break;
case'+':
if（operators）
arithmetic（）;
operators=1;
num=0;
break;
case'-':
if（operators）
arithmetic（）;
operators=2;
num=0;
break;
case'*':
if（operators）
arithmetic（）;
operators=3;
num=0;
break;
case'/':
if（operators）
arithmetic（）;
operators=4;
num=0;
break;
}
}
}
（2）、算术运算程序设计：
/**********算术运算函数*************/
voidarithmetic（）
{
if（iny）
{
switch（operators）
{
case1:
x=x+y;
num=x;
if（num<134217728&&num>-134217728）
{
display（num）;
}
else
dataoverflow（）;
break;
case2:
x=x-y;
num=x;
if（num<134217728&&num>-134217728）
{
display（num）;
}
else
dataoverflow（）;
break;
case3:
x=x*y;
num=x;
if（num<134217728&&num>-134217728）
{
display（num）;
}
else
dataoverflow（）;
break;
case4:
if（y==0）
dealerror（）;
else
{
x=x/y;
num=x;
if（num<134217728&&num>-134217728）
{
display（num）;
}
else
dataoverflow（）;
}
break;
}
y=0;
}
}
（3）、LCD显示程序设计：
利用LCD静态显示，通过程序向LCD写指令字或数据使LCD完成不同功能或显示相应数据。
/**************LCD初始化函数*************/
voidinit_LCM（）
{
write_com（0x30）;
write_com（0x30）;
write_com（0x30）;
write_com（0x38）;
write_com（0x08）;
write_com（0x01）;
write_com（0x06）;
write_com（0x0e）;
}
/***********LCD写数据函数*************/
voidwrite_data（charddata）
{
RS=1;/*写指令*/
R_W=0;
EN=1;/*使能信号开*/
P1=ddata;/*将数据送入p1口*/
EN=0;/*使能信号关*/
check_BF（）;
}
/***********LCD写指令函数*************/
voidwrite_com（charcommand）
{
RS=0;/*写指令*/
R_W=0;
EN=1;/*使能信号开*/
P1=command;/*将数据送入p1口*/
EN=0;/*使能信号关*/
check_BF（）;
}
/************LCD检查忙碌函数***********/
voidcheck_BF（）
{
chari,x=0x80;
P1=0xff;
while（x&0x80）
{
RS=0;
R_W=1;
EN=1;
x=P1;
EN=0;
for（i=0;i<10;i++）;
}
EN=0;/*关闭使能信号*/
}
/**********LCD清屏函数**********/
voidclearLCD（）
{
write_com（0x01）;
}
/**********LCD显示函数**********/
voiddisplay（longa）
{
longtemp,b,c=-1;
intlenth=1,i,j;
clearLCD（）;
if（a<0）
{
a=a*c;
write_data（'-'）;
}
temp=a;
while（（temp=temp/10）!
=0）
{
lenth++;
}
for（i=lenth;i>0;i--）
{
b=1;
for（j=0;j{
b=b*10;
}
write_data（0x30+a/b）;
a=a%b;
}
}
（4）、错误处理及提示程序设计：
/**********除数为处理函数**********/
voiddealerror（）
{
inti=0;
clearLCD（）;
for（i=0;i<5;i++）
write_data（error[i]）;
}
/*********数值溢出处理函数**********/
voiddataoverflow（）
{
inti=0;
clearLCD（）;
for（i=0;i<8;i++）
write_data（overflow[i]）;
}
五、联机调试：
在联机调试的过程中，由于一开始设的液晶显示器的电压过高，使得屏幕太亮，所以没有数字显示。
在我们的耐心调试之下，发现电压在1.5一2V是液晶显示器正常工作电压。
修改后，LCD显示正确。
六、心得体会
这是我们进入大学来的第三个关于设计类的课题。
第一个是C语言，第二个是电子科技竞赛。
这次与前两次的不同在于这个留给我的更多的是抽象与纠结。
在这次长通杯竞赛中，我学到了好多东西，有些甚至是课本上面所没有的。
1、我们对proteus仿真软件有了初步的了解和认识。
通过使用proteus仿真软件，可以让我们在虚拟的环境中进行实验，可以先通过它来检验电路的正确性和可行性，而不需要真实电路环境的介入，不必顾及仪器设备的短缺与时间环境的限制，能够极大的提高实验的效率。
这让从来没有接触过这种软件的我们感到无比的欣喜。
2、以前总认为查阅资料没有多大的意义，但是通过这次比赛，我们了解到查阅参考书的独立思考的能力以及培养非常重要，我们在设计电路时，遇到很多不理解的东西，有的我们通过查阅参考书弄明白，有的通过网络查到，但由于时间和资料有限我们更多的还是独立思考。
这也提示我们以后要学会学方面的查找资料，逐步提高自己的学习能力。
3、相互讨论共同研究也是很重要的，我们在仿真的时候经常出现一些问题，比如电路设计中的控制器的设计，以及乒乓球游戏机怎样计分等的分析。
一个人的能力毕竟是有限的，所以我们几个集思广益，每个人都发动自己的思维，集体讨论，最后取得了很好的效果。
最后我们还懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到了不少棘手的问题，可谓是困难重重。
但这毕竟第一次做关于实物的课程设计，难免会遇到过各种各样的问题，我们必须要学着自己去找资料、去理解、去解决问题，加强我们独立思考的能力。
同时在设计的过程中。
我发现了许多自己的不足之处，认识的自己对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，没有在日常生活中将理论与实际相结合起来，以后要多加努力才行啊！
感谢老师给了我们这样一次机会，让我们有机会将我们所学的东西付诸于实践。
这次比赛不仅是我们收获了好多，同时还不断的鞭策我们，使我们不断的学习，朝向自己的目标，不断前进！
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