单片机设计简易计算器.docx

1、单片机设计简易计算器简易计算器Simply Calculatori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

2、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“ ICC AVR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

3、扫描M 1 M 2 M 3 M 4PD 0P D 1SWM 5，BS WM 6 cs.BS WM 7BS WM 8PBSW BS W BS WBS WPBM 9M 10M 1 1M 1 2PD 2SW，BS WBS WBS WPBM 13M 14M 1 5M 1 6PD 3SW BS WBS WBS WPBPD 4PD 5PD 6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- P

4、D7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

5、 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, DE BE 7E, ED DD BD 7D, EB DB BB 7B E7 D7 B7 77。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 D

6、7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10ms1是否按键1對按下rDDRD=0XFEFPORT

7、D=0XF01rDDRD=0X0F“是否是第 按键写一排 建否DDRD=0XFD1rPORTD=0XF0r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

8、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。UJC1L图 Protues 仿真图调式过程编写完程序后保存程序，在“ ICC AVR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。

9、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

10、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

11、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

12、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

13、，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.ATmega 128单片机原理与开发指导.机械工业出版社，20062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 ,20053周航慈 . 单片机程序设计基础 . 北航出版

14、社 ，20054何立民.MCS-51单片机应用系统设计.北航出版社，20025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 const unsigned char tab1= Welcome const unsigned char tab3=90+-*/= ;unsigned char key10;unsigned int temp1=0,temp2=0;unsigned char count1 = 0;unsigned char wei;void delay(unsigned int ms)unsigned int i,j;for(i=0;ims;i+)for(j=0;j1141;j+);void int_port()DDRA=0XFF;DDRB=DDRB|0X07;PORTB&=BIT(PB0);DDRD=0XFF;PORTD=0XFF;DDRD=0XF0;PORTD=PORTD&0X0F;void com_lcd(unsigned char com)PORTB&=BIT(PB2);PORTB&=BIT(PB1);PORTA=com;PORTB|=BIT(PB0);delay(1);PORTB&=BIT(PB0);void da