简易计算器课程设计.docx

1、简易计算器课程设计1、封面P12、目录P23、前言P34、关键字P35、原理与总体方案P36、硬件设计P67、调试P108、测试与分析P119、总结P1310、附件P14前言近几年，随着大规模集成电路的发展，各种便携式嵌入式设备，具有十分广阔的市场前景。嵌入式系统是一种专用的计算机系统，作为装置或设备的一部分。通常，嵌入式系统是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。事实上，所有带有数字接口的设备，如手表、微波炉、录像机、汽车等，都使用嵌入式系统，有些嵌入式系统还包含操作系统，但大多数嵌入式系统都是是由单个程序实现整个控制逻辑。在嵌入式系统中，数据和命令通过网络接口或串行口经过ARM程

2、序处理后，或显示在LCD上，或传输到远端PC上。本文通过周立功的LPC2106芯片完成的简易计算器，正是对嵌入式应用的学习和探索。一、摘要：计算器一般是指“电子计算器”，是能进行数学运算的手持机器，拥有集成电路芯片。对于嵌入式系统，以其占用资源少、专用性强，在汽车电子、航空和工控领域得到了广泛地应用。本设计就是先通过C语言进行相应程序的编写然后在ADS中进行运行最后导入PROTUES进行仿真。最后利用ARM中的LPC2106芯片来控制液晶显示器和4X4矩阵式键盘，从而实现简单的加、减、乘、除等四则运算功能。 关键字：中断，扫描，仿真，计算二、原理与总体方案： 主程序在初始化后调用键盘程序，再判

3、断返回的值。若为数字09，则根据按键的次数进行保存和显示处理。若为功能键，则先判断上次的功能键，根据代号执行不同功能，并将按键次数清零。程序中键盘部分使用行列式扫描原理，若无键按下则调用动态显示程序，并继续检测键盘；若有键按下则得其键值，并通过查表转换为数字09和功能键与清零键的代号。最后将计算结果拆分成个、十、百位，再返回主程序继续检测键盘并显示；若为清零键，则返回主程序的最开始。电路设计与原理：通过LPC2106芯片进行相应的设置来控制LCD显示器。而通过对键盘上的值进行扫描，把相应的键值通过MM74C922芯片进行运算从而让ARM芯片接收。1.系统整体流程图： N Y 2.3.寄存器初始

4、化：2）仿真设计 仿真电路图： 仿真图形：1.计算加法 2.计算减法（结果为负数） 3.计算减法（结果为正数） 4.计算乘法 5.计算除法 （除法只能进行整除，无小数） 注：本设计不能进行连续运算，只能进行当次运算，且只能进行单行显示。进行除法时会自动取整，无小数。显示器上不会显示加减乘除等运算符号，只有操作数和操作结果。三、硬件设计：器件件数LPC21061个LED1个KEYPAD1个电源若干电源地若干电线若干 3.1元件清单： 注：无实物，以电路设计图为依准。 3.2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

5、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44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2.1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2.1矩阵键盘布局图 电路中采用4*4键盘作为输入电路模块的话，电路连线会比较简单，而且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。但是在硬件电路设

6、计的过程中，实验室没有提供矩阵键盘，所以我们将4*4的矩阵键盘换成了16个独立按键。采用独立按键的方式的话，会占用大量的I/O 口资源，但是在这种情况下，编程会很简单。矩阵键盘内部电路图如图2.2所示。图2.2 矩阵键盘内部电路图3.3显示模块:本设计采用LCD1液晶显示屏来显示输出数据。通过D0-D7引脚向LCD1写指令字或写数据以使LCD1实现不同的功能或显示相应数据。LCD1管脚图如图2.3所示。图2.3 LCD1管脚图3.4各模块的特性与作用:3.4.1LPC2106的特性及引脚功能：LPC2106 是基于一个支持实时仿真和跟踪的32 位ARM CPU 的微处理器，并带有256kB 嵌

7、入的高速Flash 存储器。128 位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32 位代码能够最大时钟速率下运行，并具有广泛应用。含向量中断控制器,多个串行接口,两个三十二位定时器,片内晶振的操作频率范围：10MHZ-25MHZ,两个低功耗模式：空闲和掉电.CPU操作电压范围：1.65V-1.95V图2.4 LPC2106管脚图管脚说明：V3、V18：供电电压Vss、DBGSEL:接地XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。P0.0-P0.14作为GPIO接口，P0.15作为EINT2接口。3.4.2 LCD的特性： LCD 显示屏可以采用字符显

8、示，当使用字符显示方式时，可以直接用外码作为输入数据，由显示屏自动给出显示字模数据，而无需由微处理器提供字模。3.4.3 数字式键盘的特性： 数字式键盘的实质仍是行列式键盘，4 根行线和4 根列线通过下拉电阻接地，在其表面贴有标示对应按键的膜，使得易于观察和操作，更加贴近使用者的需求。3.4.4 MM74C922的特性及其引脚功能： MM74C922具有功耗低，电压为3-5V，三态门输出，与LPTTL兼容，输出锁存按下最后的键，用一个电容器就可以消除键盘抖动，两键轮回，行具有上拉功能，具有芯片内或芯片外时钟，最大开关电阻为管脚说明： A-D为行键扫描电平输出端，1-4为列键输入读取端；OSC为

9、振荡器的外接引线端，可用外部的输入脉冲或电容器；OE为数据输出端，低电平有效；DAV为数据输出有效，高电平有效；VCC为电源端，接3-5V；GND为接地端。本设计中选用LPC2106的P0.0P0.10 与LCD 显示屏相连，它们所输出信号控制显示屏上的显示，其中P0.0P0.7 分别接显示屏的D0D7，P0.8P0.10分别接显示屏的RS、RW、E 接口；选用LPC2106的P0.11P0.14 连续4 个IO口与芯片MM74C922和计算器键盘相连，可通过反转法检测到按下按键的键码，再通过查键盘对应的字符编码使LCD 显示，其中AD依次接键盘的4 根行线，14依次接键盘的4 根列线。管脚说

10、明： A-D为行键扫描电平输出端，1-4为列键输入读取端；OSC为振荡器的外接引线端，可用外部的输入脉冲或电容器；OE为数据输出端，低电平有效；DAV为数据输出有效，高电平有效；VCC为电源端，接3-5V；GND为接地端。本设计中选用LPC2106的P0.0P0.10 与LCD 显示屏相连，它们所输出信号控制显示屏上的显示，其中P0.0P0.7 分别接显示屏的D0D7，P0.8P0.10分别接显示屏的RS、RW、E 接口；选用LPC2106的P0.11P0.14 连续4 个IO口与芯片MM74C922和计算器键盘相连，可通过反转法检测到按下按键的键码，再通过查键盘对应的字符编码使LCD 显示，

11、其中AD依次接键盘的4 根行线，14依次接键盘的4 根列线。四、调试： 4.1 GPIO: LPC2000系列ARM的GPIO具有如下特性：a、可以独立控制每个GPIO口的方向（输入/输出模式）；b、可以独立设置每个GPIO的输出状态（高/低电平）；c、所有GPIO口在复位后默认为输入状态。每个作为GPIO功能的引脚受到四个寄存器控制，分别为控制方向的IOxDIR、控制输出电平状态的IOxSET和IOxCLR、反映引脚电平状态的IOxPIN。这四个寄存器构成一组，而一组寄存器控制着一个端口（P0、P1、P2或P3）。注意事项：引脚设置为输出方式时，输出状态由IOxSET和IOxCLR中最后操作

12、的寄存器决定。LPC2000系列ARM大部分的I/O引脚为推挽方式输出，但是具有总线功能的I/O引脚为开漏输出（P0.2/3和P0.11/14）。使用这些开漏输出的引脚作为GPIO功能，并用于高电平输出或者引脚状态输入时，要接上拉电阻才能正常使用。推挽输出的I/O引脚正常拉出/灌入电流均为4mA，短时间极限值为40mA。复位后，大部分引脚默认作为GPIO功能，并且均为输入状态。但是，有部分引脚在复位后默认作为第二功能（如：P0.27P0.30在复位后默认为A/D输入引脚）。4.2硬件和程序原理:在键盘按键后，产生一个中断，mcu对键盘进行扫描，确定按下的键，如果不是等号，就把按下的字符依次存入

13、数组，并在lcd显示表达式，如果是等号，就计算出数组中存入的表达式的值，并显示在lcd中。计算表达式值的方法：把表达式中的表示数值的字符转成数值存入一个数值数组，把表达式中的表示运算符的字符存入运算符数组；关于四则运算优先级算法：依次检索运算符数组，当遇到 * 号 或者 / 号的时候，就先计算乘法或除法，算出结果后存入数值数组相应位置，然后删除此运算符和多余的数值，再重复检索，直到数值数组中只有一个数值为止，这个数值即是运算结果。调用stdio.h库里的sprintf函数，把数值转化成字符数组，然后显示到lcd中。五、测试与分析：5.1 ADS1.2新建工程:5.2 Proteus实时仿真:六

14、、总结：对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次实习必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！通过这次课程设计使我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问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。附件：代码：#include config.h#include math.h/宏

15、定义#define LCD_RS 10#define LCD_RW 11#define LCD_E 12#define D7 10; dly-) for(i=0; i500; i+); /* 名 称：Busy()* 功 能：LCD是否忙碌*void Busy() while(1) IOCLR = LCD_RS; IOSET = LCD_RW; if(!(IOPIN&D7) break; /* 名 称：Command()* 功 能：LCD命令*void Command(char com) Busy(); IOCLR = 0x0FFF; IOCLR = LCD_RS; IOCLR = LCD_RW

16、; IOSET = LCD_E; IOSET = com3; IOCLR = LCD_E;/* 名 称：LCDInit()* 功 能：LCD初始化* 入口参数：* 出口参数：无*void LCDInit() Command(0x0C); /显示开/关控制命令 Command(0x38); /功能设置命令：数据线长度为8位 / Command(0x80); /地址命令 Command(0x06); /输入方式设置/* 名 称：write()* 功 能：LCD写数据*void write(char data) Busy(); IOCLR = 0x0FFF; IOSET = LCD_RS; IOCL

17、R = LCD_RW; IOSET = LCD_E; IOSET = data3; DelayNS(1); IOCLR = LCD_E; /* 名 称：display()* 功 能：LCD显示*void display(long a) long temp,b,c=-1; uint8 lenth=1,i,j; / Command(0x01); if(a0;i-) b=1; for(j=0;ji-1;j+) b=b*10; write(0x30+a/b); a=a%b; /为低电平，其他为高电平。 /主函数int main() system_init(); LCDInit(); while(1)

18、ucKeyScan(); return(0);/* 名称：system_init()* 功能：system初始化函数*void system_init() /引脚功能选择 PINSEL0 = 0x80000000; /设置P0.15为EINT2,其余为GPIO PINSEL1 = 0x00000000; /设置P0.15P0.31为GPIO IODIR = 0x0f007ff; /设置P0.0-P0.10,P0.20-P0.23为输出,其余为输入 IOCLR = 0x80000000; /向量中断初始化 VICIntSelect =0x00; /设置P0.15为IRQ中断 VICVectAdd

19、r0 = (uint32)IRQ_EINT2; VICVectCntl0 = 0x30; VICIntEnable = 116; /使能EINT2 /外部中断初始化 EXTMODE = 12; /设置为EINT2下降沿触发 EXTPOLAR = 0; EXTINT = 12; /清除EINT2中断标志/* 名称：ucKeyScan()* 功能：键盘扫描函数当有外部中断2时调用此函数，使用列扫描的方式获取键码，键码由2位数字组成。高位为行号低位为列号。* int ucKeyScan() unsigned int ucTemp=0; /扫描状态暂存。 for(ucLine=0;ucLine24;

20、if(ucTemp!=0x0F) /判断该列是否有按键按下。 continue; /返回按键编码。格式为2位数，高位为列号，低位为行号。/* 名称：IRQ_EINT2()* 功能：EINT2中断服务程序*void _irq IRQ_EINT2(void) unsigned int ucTemp2=0,a; ucTemp2=IOPIN24; switch(ucTemp2) case 0x0E: ucRow=00;break; /判断列号。 case 0x0D: ucRow=10;break; case 0x0B: ucRow=20;break; case 0x07: ucRow=30;break

21、; default: ucRow=40;break; num=ucRow+ucLine;if(repeat=1&num!=23&x!=3) /计算结束后，若输入数字，在输入前清屏 Command(0x01); add1=add2=sign=0; count=0; repeat=0; DelayNS(10); /延时让LCD反应 switch(num) case 00:write(7);k=8;break; case 01:write(4);k=5;break; case 02:write(1);k=2;break; case 03:Command(0x01);k=0;add1=add2=sig

22、n=0;break; case 10:write(8);k=9;break; case 11:write(5);k=6;break; case 12:write(2);k=3;break; case 13:write(0);k=1;break; case 20:write(9);k=10;break; case 21:write(6);k=7;break; case 22:write(3);k=4;break; case 23: if(repeat=0) /是否重复 write(=); count=1; repeat=1; arithmetic(add1,add2); else count=0; break; case 30: if(sign=0) write(/); sign=1; break; case 31: if(sign=0) write(X); sign=2; break; case 32: if(sign=0) write(-); sign=3; break; case 33: if(sign=0) write