单片机设计简易计算器.docx

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1、简易计算器Simply Calculator1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

2、备的选取等。本设计是通过单片机来实现的，因此选 用了 ATMEGA16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2.1矩阵键盘的扫描图2.1矩

3、阵键盘图如图2.1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PD0PD7为输出，且PD0PD3 依次设置为低电平，而PD4PD7设置为高电平，然后我们设置PD4PD7为输入，而 PD0PD3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，D5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

4、平，其 他全为高电平，然后我们设置PD4PD7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M5M8是否被按下，设置8个 I/O 口输出FC来来检测M9M12,设置8个I/O 口输出F7来检测M13M16,如果M1M4没 有被按下，就继续检测M4M8, 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 M1M16 所对应检测值分别为：EE，DE，BE，7E，ED，DD，BD，7D，EB，DB，BB， 7B， E7， D7， B7，

5、 77。2.2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，VSS接 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）,D0D7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

6、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3.1流程图主程序流程图和运算子程序流程图为:图3.1主程序流程图图3.2运算子程序流程图键盘扫描流程图为:图3.3键盘扫描子程序流程图3.2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

7、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4.1 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4.1所示。 LCCd. LP.C16LMRESETpeg兀FC1BDA:TAL1PC：3T：kE.L2心F脸FCTDliP.HnADCDPCSiTDIPA1ADC1PCffTOSC!p.iixi.aDc

8、zPCTiTUcCEP.OADCPA4/ADC P DIIRXDp,y 5PP1EIPPAffADGbPDZincraPA?/ADC?PEQINTIPDZidBPBOMGKnOPDStiCIfi.PG1.T1P 碰PPHZiicraAiMnPDTrtJCZP日对氾汕1屋P HSiWBIP晌低吁AWCPBTijKHREF=TB：T=-图4.1 Protues仿真图4.2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。把后缀

9、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4.1所示。5总结5.1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

10、，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。5.2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

11、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

12、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

13、，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.北航出版社,20054 何立民.MCS-51单片机应

14、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 tab3二1234567890+-*/=;unsigned char key10;unsigned int temp1=0,temp2=0;unsigned char count1 = 0;unsigned char wei;void delay(unsigned int ms)(unsigned i

15、nt 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 data_lcd(unsigned char data)(PORTB

16、|=BIT(PB2);PORTB&=BIT(PB1);PORTA=data;PORTB|=BIT(PB0);delay(1);PORTB&=BIT(PB0);unsigned char key_press()(unsigned char i;DDRD=0XFF;PORTD=0XF0;DDRD=0X0F;i=PIND;if(i=0XF0)(DDRD=0XFF;/没键按下return 0;else(DDRD=0XFF;/有键按下return 1;unsigned char key_scan()/键检测(unsigned char key1,i=0X7F,j;delay(10);if(key_pre

17、ss()(do(i=(i7);PORTD=i;DDRD=0X0F;key1=PIND;j=key1&0XF0;while(j=0XF0);while(key_press();switch(key1)(case 0xEE:key1=0x0;break;case 0xDE:key1=0x1;break;case 0xBE:key1=0x2;break;case 0x7E:key1=0x3;break;case 0xED:key1=0x4;break;case 0xDD:key1=0x5;break;case 0xBD:key1=0x6;break;case 0x7D:key1=0x7;break;

18、case 0xEB:key1=0x8;break;case 0xDB:key1=0x9;break;case 0xBB:key1=0xA;break;case 0x7B:key1=0xB;break;case 0xE7:key1=0xC;break;case 0xD7:key1=0xD;break;case 0xB7:key1=0xE;break;case 0x77:key1=0xF;break;default:key1=16;else(key1=16;return key1;void clear_lcd() (unsigned char i;com_lcd(0x01); /清屏delay(1

19、);com_lcd(0x38);/5*7,2 行显示delay(1);com_lcd(0x06);/文字不动，光标自动右移delay(1);com_lcd(0x0C);/开显示delay(1);com_lcd(0x81);/第一行首地址delay(1);for (i=0;i16;i+)( data_lcd(tab1i);delay(5);void clear_lcd_2()清第二行( unsigned char i;com_lcd(0xc0);delay(1);for (i=0;i16;i+)( data_lcd(tab11);delay(1);unsigned int qushu(unsig

20、ned char m)/第一个数(unsigned char i;unsigned int num;unsigned int temp = 0;wei=m-1;/位数for (i=1;i=wei;i+)(if(keyi=9)( num=0; else(num=keyi+1;temp二temp*10+num;return temp;unsigned int result(unsigned int c,unsigned int d)/运算子程序( unsigned int result2;unsigned char k;k=keywei+1;switch(k)(case 0x0a:result2=

21、c+d;break;case 0x0b:result2=c-d;break;case 0x0c:result2=c*d;break;case 0x0d:result2=c/d;default: ;return result2;void disp_result(unsigned int result_num )/显示结果子程序(unsigned char aa=0;unsigned char i,c;unsigned int n = result_num ;clear_lcd_2();com_lcd(0xc0);delay(1);data_lcd(tab314);com_lcd(0x04);de

22、lay(1);com_lcd(0xcf);delay(1);if(n=0)aa=1;while(n!=0)/计算结果长度(n=n/10;aa+;for (i=1;i=aa;i+)(c=result_num%10;if(c=0)( c=10; data_lcd(tab3c-1);/显示结果delay(1);result_num=result_num/10;void main()(unsigned char wei2,i;unsigned int result1 = 0;unsigned int num2;int_port();clear_lcd();asm(nop)；while(1)(if(ke

23、y_press()( count1+;keycount1=key_scan();if(keycount1=0x0a)|(keycount1=0x0b)|(keycount1=0x0c)|(keycount1=0x0d)/当按下+-*/时的处理(temp1=qushu(count1);data_lcd(tab3keycount1);else if(keycount1=0x0e)/当按下二号时的处理(wei2=count1-wei-2;for (i=1;i=wei2;i+)(if(keyi=9)( num2=0; else(num2=keyi+wei+1+1;temp2=temp2*10+num2;result1=result(temp1,temp2);disp_result(result1);count1=0;else if(keycount1=0x0f)/当按下最后一个键清 1602 第二行(com_lcd(0x06);delay(1);clear_lcd_2();count1=0;temp1=0;temp2=0;result1 = 0;else(com_lcd(0xc0+count1-1);delay(1);data_lcd(tab3keycount1);delay(1);