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1、简易计算器Simply Calculator 1 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，输入设备的
2、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 原理分析矩阵键盘的扫描M 1SW -P B
3、M2S W -P BM 3S W -P BM 4S W - PBM 5SW -P BM6S W -P BM 7S W -P BM 8S W - PBM 9SW -P BM10S W -P BM 1 1S W -P BM 1 2S W - PBM 13SW -P BM14S W -P BM 1 5S W -P BM 1 6S W - PBP D 0P D 1P D 2P D 3P D 4P D 5P D 6P D 7精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 1 页，共 22 页 - - - - - -
4、 - - - - 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PD4 PD7设置为高电平，然后我们设置 PD4 PD7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
5、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 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 M1 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M1 M16所对应检测值分别为： EE
6、 ，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，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
7、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。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2 页，共 22 页 - - - - - - - - - - 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 运算子程序流开始显示Welcome是否按键按下是否是 +-*/是否是 =是否是 ce清屏显示数字显示+-*/计算结束是否是是否否否是开始是否是 +是否是是否是 *是否是
8、 /结束Result=c+dResule=c-dResule=c*dResule=c/d精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页，共 22 页 - - - - - - - - - - 程图键盘扫描流程图为：开始延时 10msDDRD=0XFE是否按键按下PORTD=0XF0DDRD=0X0F是否是第一排按键DDRD=0XFDPORTD=0XF0DDRD=0X0FDDRD=0XFBPORTD=0XF0DDRD=0X0F是否是第三排按键DDRD=0XF7PORTD=0XF0DDRD=0X0F取当
9、前状态否是否是肯定是第四排按键精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 4 页，共 22 页 - - - - - - - - - - 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
10、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。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 5 页，共 22
11、 页 - - - - - - - - - - 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。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
12、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，精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 6 页，共 22 页 - - -
13、 - - - - - - - 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
14、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
15、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。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 7 页，共 22 页 - - - - - - - - - - 实践课诚然是一门专业课， 给
16、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，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
17、,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精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 8 页，共 22 页 - - - - - - - - - - 附录 程序#include #include #include const unsigned char tab1= Welcome ;const
18、unsigned char tab3=90+-*/= ;精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 9 页，共 22 页 - - - - - - - - - - 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+
19、);void int_port() DDRA=0XFF; DDRB=DDRB|0X07; PORTB&=BIT(PB0); DDRD=0XFF; PORTD=0XFF; DDRD=0XF0; PORTD=PORTD&0X0F;精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 10 页，共 22 页 - - - - - - - - - - void com_lcd(unsigned char com) PORTB&=BIT(PB2); PORTB&=BIT(PB1); PORTA=com; PORTB|=BI
20、T(PB0); delay(1); PORTB&=BIT(PB0);void data_lcd(unsigned char data) PORTB|=BIT(PB2); PORTB&=BIT(PB1); PORTA=data; PORTB|=BIT(PB0); delay(1); PORTB&=BIT(PB0);unsigned char key_press()精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 11 页，共 22 页 - - - - - - - - - - unsigned char i;
21、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()/键检测精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 12 页，共 22 页 - - - - - - - - - - unsigned char key1,i=0X7F,j; delay(10); if(key_press() do i
22、=(i7); PORTD=i; DDRD=0X0F; key1=PIND; j=key1&0XF0; while(j=0XF0);while(key_press();switch(key1) case 0 xEE:key1=0 x0;break; case 0 xDE:key1=0 x1;break; 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 13 页，共 22 页 - - - - - - - - - - case 0 xBE:key1=0 x2;break; case 0 x7E:key1=0 x
23、3;break; case 0 xED:key1=0 x4;break; case 0 xDD:key1=0 x5;break; case 0 xBD:key1=0 x6;break; case 0 x7D:key1=0 x7;break; case 0 xEB:key1=0 x8;break;精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 14 页，共 22 页 - - - - - - - - - - case 0 xDB:key1=0 x9;break; case 0 xBB:key1=0 xA;br
24、eak; case 0 x7B:key1=0 xB;break; case 0 xE7:key1=0 xC;break; case 0 xD7:key1=0 xD;break; case 0 xB7:key1=0 xE;break; case 0 x77:key1=0 xF;break;精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 15 页，共 22 页 - - - - - - - - - - default: key1=16; else key1=16; return key1;void clear_
25、lcd()unsigned char i; com_lcd(0 x01); / 清屏 delay(1); com_lcd(0 x38);/5*7,2行显示 delay(1); com_lcd(0 x06);/文字不动，光标自动右移 delay(1); com_lcd(0 x0C);/开显示 delay(1); com_lcd(0 x81);/第一行首地址精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 16 页，共 22 页 - - - - - - - - - - delay(1); for (i=0;i1
26、6;i+) data_lcd(tab1i); delay(5);void clear_lcd_2() /清第二行 unsigned char i; com_lcd(0 xc0); delay(1);for (i=0;i16;i+) data_lcd(tab11); delay(1);unsigned int qushu(unsigned char m)/第一个数 unsigned char i; unsigned int num; unsigned int temp = 0; wei=m-1;/位数精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳
27、- - - - - - - - - -第 17 页，共 22 页 - - - - - - - - - - for (i=1;i=wei;i+) if(keyi=9) num=0; elsenum=keyi+1; temp=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 0 x0a:result2=c+d; break; case 0 x0b:resu
28、lt2=c-d; break; case 0 x0c:result2=c*d; break; case 0 x0d:result2=c/d;精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 18 页，共 22 页 - - - - - - - - - - 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
29、n = result_num ; clear_lcd_2(); com_lcd(0 xc0); delay(1); data_lcd(tab314); com_lcd(0 x04); delay(1); com_lcd(0 xcf); delay(1); if(n=0)aa=1; while(n!=0) /计算结果长度 n=n/10; aa+;精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 19 页，共 22 页 - - - - - - - - - - for (i=1;i=aa;i+) c=result
30、_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(key_press() count1+;keycount1=key_scan();精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - -
31、- - - - - - - -第 20 页，共 22 页 - - - - - - - - - - if(keycount1=0 x0a)|(keycount1=0 x0b)|(keycount1=0 x0c)|(keycount1=0 x0d)/当按下 +-*/ 时的处理 temp1=qushu(count1); data_lcd(tab3keycount1); else if(keycount1=0 x0e)/当按下=号时的处理 wei2=count1-wei-2; for (i=1;i=wei2;i+) if(keyi=9) num2=0; elsenum2=keyi+wei+1+1; t
32、emp2=temp2*10+num2; result1=result(temp1,temp2); disp_result(result1); count1=0; else if(keycount1=0 x0f)/当按下最后一个键清1602第二行com_lcd(0 x06);精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 21 页，共 22 页 - - - - - - - - - - delay(1);clear_lcd_2();count1=0;temp1=0;temp2=0;result1 = 0;elsecom_lcd(0 xc0+count1-1);delay(1);data_lcd(tab3keycount1);delay(1); 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 22 页，共 22 页 - - - - - - - - - -