单片机简易计算器的设计.docx
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1、单片机简易计算器的设计计算机科学与技术系 硬件课程设计实验 基于AT89C51单片机简易计算器的设计 单片机的出现是计算机制造技术高速发展的产物,它是嵌入式控制系统的核心,如今,它已广泛的应用到我们生活的各个领域,电子、科技、通信、汽车、工业等。本设计是基于51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、除六位数范围内的基本四则运算,并在LCD上显示相应的结果。设计电路采用AT89C51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。 简单计
2、算器 单片机 LCD 一、总体设计 根据功能和指标要求,本系统选用MCS-51系列单片机为主控机。通过扩展必要的外围接口电路,实现对计算器的设计。具体设计如下: 由于要设计的是简单的计算器,可以进行四则运算,为了得到较好的显示效果,采用LCD 显示数据和结果。 另外键盘包括数字键、符号键、清除键和等号键,故只需要16 个按键即可,设计中采用集成的计算键盘。 执行过程: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1 计算机科学与技术系 硬件课程设计实验 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
3、上输出运算结果。 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上提示溢出;当除数为0时,计算器会在LCD上提示错误。 系统模块图: 二、硬件设计 、总体硬件设计 本设计选用AT89C51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;利用MM74C922为4*4的键盘扫描IC,读取输入的键值。 总体设计效果如下图: 2 计算机科学与技术系 硬件课程设计实验 、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
4、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。 3 计算机科学与技术系 硬件课程设计实验 图 2 矩阵键盘布局图 矩阵键盘内部电路图如图3所示: 为了进一步节省单片机I/O口资源,我们在设计中使用了MM74C
5、922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4所示: 4 计算机科学与技术系 硬件课程设计实验 图4 MM94C22硬件图 MM74C922引脚说明: (1) Y1Y4:44键盘第一列至第四。 (2) X1X4:44键盘第一行至第四行。 (3) DOA DOD:按键之BCD码输出,其中DOA为LSB,DOD为MSB。 (4) VCC:电源脚,+3V+15V。ab126计算公式大全 (5) GND:接地管脚。新艺图库 (6) OSC:键盘扫描电路之频率所需外加电容的连引脚。 (7) KBM:内部
6、消除开关弹跳电路所外加电容的引脚。 (8) OE:芯片致能脚,接低电位可使芯片5 计算机科学与技术系 硬件课程设计实验 致能。 (9) DA: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。 MM74C922对各按键的响应如下表所示: 如下图5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
7、断,单片机从P2口的低四位读入键盘上按下的键的值。 6 计算机科学与技术系 硬件课程设计实验 图5 键盘接口电路图 、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6 LCD 模块 运算模块 MCS-51 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、数据存储器7 计算机科学与技术系 硬件课程设计实验 、程序存储器、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。
8、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。 三、软件设计 现实生活中人们熟知的计算器,其功能主要如下: 1、 键盘输入; 2、 数值显示; 3、 加、减、乘、除四则运算; 4、 对错误的控制及提示; 针对上述功能,计算器软件程序要完成以下模块的设计: 1、 键盘输入检测模块 2、 LCD显示模块; 3、 算术运算模块 4、 错误处理及提示模块。 系统总流程图 8 计算机科学与技术系 硬件课程设计实验 开始 初始化参
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