简易计算器课程设计.docx

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1、简易计算器课程设计 评阅教师评语：课程设计成绩 考勤成绩 实做成绩 报告成绩 总评成绩指导教师签名： 课程设计报告 论文题目基于ARM的简易计算器设计 学院（系）：电子信息与自动化学院 班级：测控技术与仪器 学生姓名：同组同学： 学号：学号： 指导教师：杨泽林王先全杨继森鲁进时间：从2022年 6 月10 日到2022年 6 月28 日 1 目录 1、封面P1 2、目录P2 3、前言P3 4、关键字P3 5、原理与总体方案P3 6、硬件设计P6 7、调试P10 8、测试与分析P11 9、总结P13 10、附件P14 前言 近几年，随着大规模集成电路的发展，各种便携式嵌入式设备，具有十分广阔的市

2、场前景。嵌入式系统是一种专用的计算机系统，作为装置或设备的一部分。通常，嵌入式系统是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。事实上，所有带有数字接口的设备，如手表、微波炉、录像机、汽车等，都使用嵌入式系统，有些嵌入式系统还包含操作系统，但大多数嵌入式系统都是是由单个程序实现整个控制逻辑。在嵌入式系统中，数据和命令通过网络接口或串行口经过ARM程序处理后，或显示在LCD上，或传输到远端PC上。 本文通过周立功的LPC2106芯片完成的简易计算器，正是对嵌入式应用的学习和探索。 一、摘要： 计算器一般是指“电子计算器”，是能进行数学运算的手持机器，拥有集成电路芯片。对于嵌入式系统，以其占用

3、资源少、专用性强，在汽车电子、航空和工控领域得到了广泛地应用。本设计就是先通过C语言进行相应程序的编写然后在ADS中进行运行最后导入PROTUES进行仿真。最后利用ARM中的LPC2106芯片来控制液晶显示器和4X4矩阵式键盘，从而实现简单的加、减、乘、除等四则运算功能。 关键字：中断，扫描，仿真，计算 二、原理与总体方案： 主程序在初始化后调用键盘程序，再判断返回的值。若为数字09，则根据按键的次数进行保存和显示处理。若为功能键，则先判断上次的功能键，根据代号执行不同功能，并将按键次数清零。程序中键盘部分使用行列式扫描原理，若无键按下则调用动态显示程序，并继续检测键盘；若有键按下则得其键值，

4、并通过查表转换为数字09和功能键与清零键的代号。最后将计算结果拆分成个、十、百位，再返回主程序继续检测键盘并显示；若为清零键，则返回主程序的最开始。 电路设计与原理：通过LPC2106芯片进行相应的设置来控制LCD显示器。 而通过对键盘上的值进行扫描，把相应的键值通过MM74C922芯片进行运算从而 让ARM 芯片接收。 1.系统整体流程图： N Y 2. 3.寄存器初始化： 开始 系统初始化 调用显示子程序 调用采样子程序 数据处理 按键扫描 参数设定子程序 有按键 引脚功能选择初始化 向量中断初始化 System 初始化函数 Lcd 初始化函数 EINT2中断服务程序 键值转化为键盘上按键

5、值函数 算术运算函数 检查总线是否忙 写数据函数 显示文本函数 Lcd 显示函数 写函数 2 ）仿真设计 仿真电路图： 仿真图形： 1.计算加法 2.计算减法（结果为负数） 3.计算减法（结果为正数） 4.计算乘法 外部中断初始化 5.计算除法 （除法只能进行整除，无小数） 注：本设计不能进行连续运算，只能进行当次运算，且只能进行单行显示。进行除法时会自动取整，无小数。显示器上不会显示加减乘除等运算符号，只有操作数和操作结果。 三、硬件设计： 3.1元件清单： 注：无实物，以电路设计图为依准。 3.2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

6、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2.1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。 器件 件数 LPC2106 1个 LED 1个 KEYPAD 1个 电源 若干 电源地 若干 电线 若干 图2.1矩阵键盘布局图

7、电路中采用4*4键盘作为输入电路模块的话，电路连线会比较简单，而且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。但是在硬件电路设计的过程中，实验室没有提供矩阵键盘，所以我们将4*4的矩阵键盘换成了16个独立按键。采用独立按键的方式的话，会占用大量的I/O 口资源，但是在这种情况下，编程会很简单。 矩阵键盘内部电路图如图2.2所示。 图2.2 矩阵键盘内部电路图 3.3显示模块: 本设计采用LCD1液晶显示屏来显示输出数据。通过D0-D7引脚向LCD1写指令字或写数据以使LCD1实现不同的功能或显示相应数据。LCD1管脚图如图2.3所示。 图2.3 LCD1管脚图 3.4各模块的

8、特性与作用: 3.4.1LPC2106的特性及引脚功能： LPC2106 是基于一个支持实时仿真和跟踪的32 位ARM CPU 的微处理器，并带有256kB 嵌入的高速Flash 存储器。128 位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32 位代码能够最大时钟速率下运行，并具有广泛应用。含向量中断控制器,多个串行接口,两个三十二位定时器,片内晶振的操作频率范围：10MHZ-25MHZ,两个低功耗模式：空闲和掉电. CPU操作电压范围：1.65V-1.95V 图2.4 LPC2106管脚图 管脚说明： V3、V18：供电电压 Vss、DBGSEL:接地 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作

9、电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 P0.0-P0.14作为GPIO接口，P0.15作为EINT2接口。 3.4.2 LCD的特性： ?LCD 显示屏可以采用字符显示，当使用字符显示方式时，可以直接用外码 作为输入数据，由显示屏自动给出显示字模数据，而无需由微处理器提供字模。 3.4.3 数字式键盘的特性： ?数字式键盘的实质仍是行列式键盘，4 根行线和4 根列线通过下拉电阻接 地，在其表面贴有标示对应按键的膜，使得易于观察和操作，更加贴近使用者的需求。 3.4.4 MM74C922的特性及其引脚功能： MM74C922具有功耗低，电压为3-5V，三态门输出，与LPTTL兼容，输

10、出锁存按下最后的键，用一个电容器就可以消除键盘抖动，两键轮回，行具有上拉功能，具有芯片内或芯片外时钟，最大开关电阻为管脚说明： A-D为行键扫描电平输出端，1-4为列键输入读取端； OSC为振荡器的外接引线端，可用外部的输入脉冲或电容器； OE为数据输出端，低电平有效；DA V为数据输出有效，高电平有效； VCC为电源端，接3-5V；GND为接地端。 ?本设计中选用LPC2106的P0.0P0.10 与LCD 显示屏相连，它们所输出信号 控制显示屏上的显示，其中P0.0P0.7 分别接显示屏的D0D7，P0.8P0.10分别接显示屏的RS、RW、E 接口；选用LPC2106的P0.11P0.1

11、4 连续4 个IO口与芯片MM74C922和计算器键盘相连，可通过反转法检测到按下按键的键码，再通过查键盘对应的字符编码使LCD 显示，其中AD依次接键盘的4 根行线，14依次接键盘的4 根列线。 管脚说明： A-D为行键扫描电平输出端，1-4为列键输入读取端； OSC为振荡器的外接引线端，可用外部的输入脉冲或电容器； OE为数据输出端，低电平有效；DA V为数据输出有效，高电平有效； VCC为电源端，接3-5V；GND为接地端。 本设计中选用LPC2106的P0.0P0.10 与LCD 显示屏相连，它们所输出信号控制显示屏上的显示，其中P0.0P0.7 分别接显示屏的D0D7，P0.8P0.

12、10分别接显示屏的RS、RW、E 接口；选用LPC2106的P0.11P0.14 连续4 个IO口与芯片MM74C922和计算器键盘相连，可通过反转法检测到按下按键的键码，再通过查键盘对应的字符编码使LCD 显示，其中AD依次接键盘的4 根行线，14依次接键盘的4 根列线。 四、调试： 4.1 GPIO: LPC2000系列ARM的GPIO具有如下特性： a、可以独立控制每个GPIO口的方向（输入/输出模式）； b、可以独立设置每个GPIO的输出状态（高/低电平）； c、所有GPIO口在复位后默认为输入状态。 每个作为GPIO功能的引脚受到四个寄存器控制，分别为控制方向的IOxDIR、控制输出

13、电平状态的IOxSET和IOxCLR、反映引脚电平状态的IOxPIN。这四个寄存器构成一组，而一组寄存器控制着一个端口（P0、P1、P2或P3）。 注意事项： 引脚设置为输出方式时，输出状态由IOxSET和IOxCLR中最后操作的寄存器决定。 LPC2000系列ARM大部分的I/O引脚为推挽方式输出，但是具有2I C总线功能的I/O引脚为开漏输出（P0.2/3和P0.11/14）。使用这些开漏输出的引脚作为GPIO 功能，并用于高电平输出或者引脚状态输入时，要接上拉电阻才能正常使用。 推挽输出的I/O引脚正常拉出/灌入电流均为4mA，短时间极限值为40mA。 复位后，大部分引脚默认作为GPIO

14、功能，并且均为输入状态。但是，有部分引脚在复位后默认作为第二功能（如：P0.27P0.30在复位后默认为A/D输入引脚）。 4.2硬件和程序原理: 在键盘按键后，产生一个中断，mcu对键盘进行扫描，确定按下的键，如果不 是等号，就把按下的字符依次存入数组，并在lcd显示表达式，如果是等号，就计算出数组中存入的表达式的值，并显示在lcd中。 计算表达式值的方法：把表达式中的表示数值的字符转成数值存入一个数值数组，把表达式中的表示运算符的字符存入运算符数组； 关于四则运算优先级算法：依次检索运算符数组，当遇到 * 号或者 / 号的时候，就先计算乘法或除法，算出结果后存入数值数组相应位置，然后删除此运算符和多余的数值，再重复检索，直到数值数组中只有一个数值为止，这个数值即是运算结果。 调用stdio.h库里的sprintf函数，把数值转化成字符数组，然后显示到lcd 中。 五、测试与分析： 5.1 ADS1.2新建工程: