基于单片机的计算器设计毕业论文.doc

专业：电子信息工程1111班指导老师： 姓 名： 学号：摘 要近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，但仅单片机方面的知识是不够的，还应根据具体硬件结构、软硬件结合，来加以完善。计算机在人们的日常生活中是比较常见的电子产品之一。可是它还在发展之中，以后必将出现功能更加强大的计算机，基于这样的理念，本次设计是用AT89S51单片机、LCD显示器、控制按键为元件来设计的计算器。利用此设计熟悉单片机微控制器及C语言编程，对其片资源及各个I/O端口的功能和基本用途的了解。掌握Microsoft Visual C+ 6.0应用程序开发环境，常用的LCD显示器的使用方法和一般键盘的使用方法。关键字：AT89C51 LCD 控制按键 第一章 简介1.1 课题简介当今社会，随着人们物质生活的不断提高，电子产品已经走进了家家户户，无论是生活或学习，还是娱乐和消遣几乎样样都离不开电子产品，大型复杂的计算能力是人脑所不能胜任的，而且比较容易出错。计算器作为一种快速通用的计算工具方便了用户的使用。计算器可谓是我们最亲密的电子伙伴之一。本设计着重在于分析计算器软件和开发过程中的环节和步骤，并从实践经验出发对计算器设计做了详细的分析和研究。单片机由于其微小的体积和极低的成本，广泛的应用于家用电器、工业控制等领域中。在工业生产中。单片微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。本系统就是充分利用了8051芯片的I/O引脚。系统以采用MCS-51系列单片机Intel8051为中心器件来设计计算器控制器，实现了能根据实际输入值显示并存储的功能，计算程序则是参照教材。至于位数和功能，如果有需要可以通过设计扩充原系统来实现 。1.2 设计目的通过本次课题设计，应用单片机应用基础、计算机应用基础等所学相关知识及查阅资料，完成简易计算器的设计，以达到理论与实践更好的结合、进一步提高综合运用所学知识和设计的能力的目的。通过本次设计的训练，可以使我在基本思路和基本方法上对基于MCS-51单片机的嵌入式系统设计有一个比较感性的认识，并具备一定程度的设计能力。第二章 硬件系统设计硬件系统是指构成微机系统的实体和装置，通常由运算器、控制器、存储器、输入接口电路和输入设备、输出接口电路和输出设备等组成。单片机实质上是一个硬件的芯片，在实际应用中，通常很难直接和被控对象进行电气连接，必须外加各种扩展接口电路、外部设备、被控对象等硬件和软件，才能构成一个单片机应用系统。本设计选用以AT89S51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。2.1 键盘接口电路计算机输入数字和其他功能按键时要用到很多按键，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样的方式，而是采用矩阵键盘的方式。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。这样键盘上按键的数量就为4*4个。这样行列式键盘结构能有效的提高单片机系统中I/O口的利用率。计算器的键盘布局如图3.2所示：一般有16个键组成，在单片机中正好有一个P端口实现16个按键功能，这种形式在单片机系统中最常用。图3.2 矩阵键盘内部电路2.2 LCD显示模块本设计采用LCD液晶显示器来显示输出数据。LCD的特性有：1、+5V电压，对比可调度；2、内含复位电路；3、提供各种控制命令，如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能；4、有80字节显示数据存储器DDRAM;5、内建有160个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM;6、8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM。本设计通过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的数据。其接口电路如图3.3所示。 图3.3 LCD接口电路LCD的引脚说明如表3.1所示： 表3.1 LCD的引脚说明符号引脚说明符号引脚说明VSS电源地DB4Data I/OVDD电源正极（+5V）DB5Data I/OV0液晶显示偏压输入DB6Data I/ORS数据/命令选择端（H/L）DB7Data I/OR/W读写控制信号（H/L）CS1片选IC1信号E使能信号CS2片选IC2信号DB0Data I/ORST复位端（H：正常工作，L：复位）DB1Data I/OVEE负电源输出（-10V）DB2Data I/OBLA背光源正极（+4.2）DB3Data I/OBLK背光源正极第三章 软件设计3.1 汇编语言和C语言的特点及选择本设计是硬件电路和软件编程相结合的设计方案，选择合适的编程语言是一个重要的环节。在单片机的应用系统程序设计时，常用的是汇编语言和C语言。机硬件，程序可读性和可移植性比较差。而C语言虽然执行效率没有汇编语言高，但语言简洁，使用方便，灵活，运算丰富，表达化类型多样化，数据结构类型丰富，具有结构化的控制语句，程序设计自由度大，有很好的可重用性，可移植性等特点。由于现在单片机的发展已经达到了很高的水平，内部的各种资源相当的丰富，CPU的处理速度非常的快。用C语言来控制单片机无疑是一个理想的选择。所以在本设计中采用C语言编写软件程序。主程序的设计详见附录三。 3.2 键扫程序设计键扫程序的过程为：开始时，先判断是否有键闭合，无键闭合时，返回继续判断，有键闭合时，先去抖动，然后确定是否有键按下，若无键按下，则返回继续判断是否有键闭合，若有键按下，则判断键号，然后释放，若释放按键完毕，则返回，若没有释放按键，则返回继续释放。3.3 算术运算程序设计算术运算程序的过程为：先判断输入的运算符是+、-、*、/ 中的哪一个，若是+或-，则要判断运算结果是否溢出，溢出则显示错误信息，没溢出就显示运算结果，若是/，则要先判断除数是否为零，为零就显示错误信息，不为零则显示运算结果，若是-，则直接显示运算结果。3.4 显示程序设计显示程序的过程为：显示开始时，先进行LCD的初始化，判断是否显示汉字或ACSII码或图形，若不显示，则返回，若显示的是汉字或ACSII码，则进行相应功能的设置，然后送地址和数据，再判断是否显示完,显示完则返回，没有显示完则继续送地址，若显示的是图形，则先进行相应功能的设置，再送行地址和列地址，然后送数据，最后判断是否显示完，显示完则返回，没有显示完则继续送行地址和列地址。第四章 系统调试与存在的问题4.1 硬件调试常见故障：1、逻辑错误：它是由设计错误或加工过程中的工艺性错误所造成的。这类错误包括错线、开路、短路等。2、元器件失效：有两方面的原因：一是器件本身已损坏或性能不符合要求；二是组装错误造成元件失效，如电解电容、集成电路安装方向错误等。3、可靠性差：因其可靠性差的原因很多，如金属化孔、接插件接触不良会造成系统时好时坏，经不起振动；走线和布局不合理也会引起系统可靠性差。4、电源故障：若样机由电源故障，则加电后很容易造成器件损坏。电源故障包括电压值不符合设计要求，电源引线和插座不对，功率不足，负载能力差等。调试方法：包括多级调试和联机调试。在调试过程中要针对可能出现的故障认真分析，直至检查出原因并排除。本次硬件调试过程中，对所出现的问题进行了认真的分析和改正，最后能够很好的达到设计要求的效果。4.2 软件调试软件调试一般分为以下四个阶段：1、 编写程序并查错；2、在C语言的编译系统中编译源程序3、对程序进行编译连接，并及时发现程序中存在的错误；4、改正错误。在本次调试中出现的问题有：1、在程序中有的函数名未定义；2、在抄录程序时，少录入一些字符，如：“；”、“”、“-”等符号，而出现错误；3、有一些函数名录入时少写一个字母或顺序颠倒；4、没有注意函数名的调用及定义；5、芯片引脚定义出错而导致没有实验现象。在软件调试过程中，对出现的错误进行了认真的分析和修改，多次调试成功后，能够很好的达到既定的设计效果。总 结我的题目是简易计算器的设计，对于我们这些实践中的新手来说，这是一次考验。怎样才能找到课堂所学与实际应用的最佳结合点？怎样让自己的业余更接近专业？怎样让自己的计划更具有序性，而不会忙无一用？这都是我们所要考虑和努力的。这次课程设计我学到很多很多的东西，学会了怎么样去制定计划，怎么样去实现这个计划，并掌握了在执行过程中怎么样去克服心理上的不良情绪。不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上没有学到过的知识，掌握了一种系统的研究方法，可以进行一些简单的编程。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。同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，例如对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，对C语言掌握得不够好等。在这里也真诚地对所有关心我、帮助我、鼓励我的老师、同学、朋友道声:“谢谢!”附 录附录一：计算器硬件连线图附录二：源程序Main.c /*- 名称：液晶显示计算器,时间，温度 编写：guoqing 日期：2013.10 内容：计算器模块：整数之间运算，没有小数所有除法得出的结果不正确，有负号运算，不能作连续运算 时间模块，温度模块-*/#include<reg52.h> /包含头文件，一般情况不需要改动，头文件包含特殊功能寄存器的定义#include<stdio.h>#include"display.h"#include"delay.h"#include"keyboard.h"#include"ds18b20.h"#include"1302.h"bit ReadTempFlag;/定义读温度标志bit ReadTimeFlag;/定义读时间标志bit ReadcomFlag;/定义读计算器标志unsigned int TempData8; /存储显示时间值的全局变量void Init_Timer0(void);/定时器初始化/*- 主程序-*/void KeyScan1(void); static int fun = 3 ; sbit KEY=P33; sbit KEY1=P34; sbit KEY2=P35; sbit KEY3=P36; sbit KEY4=P37;void main (void) int temp1;float temperature;char displaytemp12;/定义显示温度区域临时存储数组char displaytime8;/计算器模块数据unsigned char num,i,j=0,sign; unsigned char temp7,temp23; /最大输入8个 bit firstflag; int a=0,b=0,c=0; unsigned char s;LCD_Init(); /初始化液晶DelayMs(20); /延时有助于稳定LCD_Clear(); /清屏Init_Timer0();Init_DS18B20();Ds1302_Init();/UART_Init();Lcd_User_Chr(); /写入自定义字符while (1) /主循环 KeyScan1();if(fun = 5) fun = 1 ; if(fun =1) LCD_Write_String(1,0,"welcome to you"); LCD_Write_String(5,1,"*o*"); / LCD_Clear(); /读入温度 if(fun=2) LCD_Write_Char(14,1,0x01);/写入温度右上角点 LCD_Write_Char(15,1,'C'); /写入字符CReadTempFlag=1;if(ReadTempFlag=1) ReadTempFlag=0; temp1=ReadTemperature(); temperature=(float)temp1*0.0625; sprintf(displaytemp,"Temp is %5.3f",temperature);/打印温度值 LCD_Write_String(2,0,"hello world"); LCD_Write_String(0,1,displaytemp);/显示第二行 /读入时间 if(fun=3) if(!KEY1) /如果检测到低电平，说明按键按下 DelayMs(10); /延时去抖，一般10-20ms if(!KEY1) /再次确认按键是否按下，没有按下则退出 while(!KEY1);/如果确认按下按键等待按键释放，没有释放则一直等待 time_buf14+;/正常时间 小时加1 if( time_buf14=24) time_buf14=0; Ds1302_Write_Time(); LCD_Clear(); if(!KEY2) /如果检测到低电平，说明按键按下 DelayMs(10); /延时去抖，一般10-20ms if(!KEY2) /再次确认按键是否按下，没有按下则退出 while(!KEY2);/如果确认按下按键等待按键释放，没有释放则一直等待 time_buf14-;if(time_buf14=255)time_buf14=23; Ds1302_Write_Time(); /正常时间 小时减1 LCD_Clear(); if(!KEY3) /如果检测到低电平，说明按键按下 DelayMs(10); /延时去抖，一般10-20ms if(!KEY3) /再次确认按键是否按下，没有按下则退出 while(!KEY3);/如果确认按下按键等待按键释放，没有释放则一直等待 time_buf15+;if(time_buf15=60)time_buf15=0; Ds1302_Write_Time();break;/分加1 LCD_Clear(); if(!KEY4) /如果检测到低电平，说明按键按下 DelayMs(10); /延时去抖，一般10-20ms if(!KEY4) /再次确认按键是否按下，没有按下则退出 while(!KEY4);/如果确认按下按键等待按键释放，没有释放则一直等待 time_buf15-;if(time_buf15=60)time_buf15=0; Ds1302_Write_Time();break;/减1 LCD_Clear(); ReadTimeFlag=1; if(ReadTimeFlag=1) ReadTimeFlag=0; Ds1302_Read_Time(); TempData0=time_buf14/10; TempData1=time_buf14%10; TempData2='-' /加入"-" TempData3= time_buf15/10; TempData4=time_buf15%10; TempData5='-' /加入"-" TempData6= time_buf16/10; TempData7=time_buf16%10; displaytime0= TempData0+'0' ; /将数字转换成字符 displaytime1= TempData1+'0' ; displaytime3= TempData3+'0' ; displaytime4= TempData4+'0' ; displaytime6= TempData6+'0' ; displaytime7= TempData7+'0' ; LCD_Write_Char(3,0,TempData0); LCD_Write_Char(3,1,displaytime0);/打印到屏幕 LCD_Write_Char(4,1,displaytime1); LCD_Write_Char(5,1,TempData2); LCD_Write_Char(6,1,displaytime3); LCD_Write_Char(7,1,displaytime4); LCD_Write_Char(8,1,TempData5); LCD_Write_Char(9,1,displaytime6); LCD_Write_Char(10,1,displaytime7); LCD_Write_String(0,0,"now time is"); if(fun=4) LCD_Write_String(1,0,"Input:"); LCD_Write_String(0,1,"Output:"); num=KeyPro(); /扫描键盘 if(num!=0xff) /如果扫描是按键有效值则进行处理 if('+'=num) | ('-'=num) | ('x'=num)| ('/'=num) | ('='=num)/输入数字最大值8，输入符号表示输入结束 / i=0; /计数器复位 if('+'=num) LCD_Write_Char(i+7,0,num); if('-'=num) LCD_Write_Char(i+7,0,num); if('x'=num) LCD_Write_Char(i+7,0,num); if('/'=num) LCD_Write_Char(i+7,0,num); if('='=num) LCD_Write_Char(i+7,0,num); i+; j=0; if(firstflag=0) /如果是输入的第一个数据，赋值给a，并把标志位置1，到下一个数据输入时可以跳转赋值给b sscanf(temp2,"%d",&a);/从一个字符串输入到变量 firstflag=1; c=a; else sscanf(temp2,"%d",&b); for(s=0;s<3;s+) /赋值完成后把缓冲区清零，防止下次输入影响结果 temp2s=0; for(s=0;s<12;s+) /赋值完成后把缓冲区清零，防止下次输入影响结果 temps=0; / if(num!='=') /判断当前符号位并做相应处理 sign=num; /如果不是等号记下标志位 else firstflag=0; /检测到输入=号，判断上次读入的符合 switch(sign) case '+':a=c+b; break;case '-':a=c-b;break;case 'x':a=c*b;break;case '/':a=c/b;break;default:break; sprintf(temp2,"%d",a); /打印十进制到临时缓冲区 LCD_Write_String(7,1,temp2); LCD_Write_String(0,1,"Output:"); sign=0;a=b=0; /用完后所有数据清零 for(s=0;s<12;s+) temps=0; elseif(i<9) tempi=num+'0' temp2j=num+'0' LCD_Write_String(1,0,"Input:"); LCD_Write_Char(i+7,0,tempi); i+; /输入数值累加 j+; /*- 定时器初始化子程序-*/void Init_Timer0(void) TMOD |= 0x01; /使用模式1，16位定时器，使用"|"符号可以在使用多个定时器时不受影响 /TH0=0x00; /给定初值 /TL0=0x00; EA=1; /总中断打开 ET0=1; /定时器中断打开 TR0=1; /定时器开关打开/*- 定时器中断子程序-*/void Timer0_isr(void) interrupt 1 static unsigned int num,num1,num2; TH0=(65536-2000)/256; /重新赋值 2ms TL0=(65536-2000)%256; num+; num1+; num2+; if(num=200) / num=0; ReadTempFlag=1; /读标志位置1if(num1=300)num1=0;ReadTimeFlag=1;if(num2=100)num2=0;ReadcomFlag=1;void KeyScan1(void) if(!KEY) /如果检测到低电平，说明按键按下 DelayMs(10); /延时去抖，一般10-20ms if(!KEY) /再次确认按键是否按下，没有按下则退出 while(!KEY);/如果确认按下按键等待按键释放，没有释放则一直等待 fun+ ; LCD_Clear(); 29