安庆师范大学2014级单片机原理与应用课程设计报告课题名称4位数加法计算器的设计姓名吴昊天、伍浩然、王鹏、万吉学号070814018 070814008 070814005 070814001 院、系、部计算机学院物联网工程专业物联网工程指导教师汪文明2016 年6月6日一、设计任务及要求：设计任务：1、通过4*4矩阵键盘输入数字及运算符；2、可以进行4位十进制数以内的加法预算。
如果计算结果超出四位数，则全部显示“ E ；3、可以进行加减乘除所有运算；4、添加其他功能。
要求：首先进行预设计，根据设计的任务要求，先确定设计的硬件电路方案，然后进行硬件电路的初步设计，在计算机上画出硬件电路图，在老师的指导下进行修正硬件电路图，并对所涉及的参数进行计算。
在确定硬件的基础上，要进行软件的总体设计，包括软件主流程的设计以及各子程序的设计，同时，要写出详细的操作说明，如时间的调整方法，显示窗口的时间切换等，以配合软件的设计。
然后进入硬件的调试及编程工作，设计组内的同学可根据任务分工，有调试硬件各功能模块的，如键盘子程序、显示子程序等，有进行整体程序的编制的，各模块的编制过程中要注意资源的衔接。
最后进入联机调试，联机调试的原则也要采用分步走的原则，各个功能模块要逐步套入，通过一个再增加一项功能，从而达到设计的总体要求，不要上来编制个最大的程序，最后无法查找错误。
最后写出设计报告。
指导教师签名：2016年6月6日、成绩指导教师签名：年月曰一、绪言 (1)二、系统设计 (1)2.1设计任务 (1)2.2方案比较与论证 (1)2.2.1系统整体流程图 (2)222单片机的选择方案论证 (2)2.2.3键盘选择方案论证 (2)2.2.4显示模块的选择方案论证 (2)2.2.5蜂鸣器的选择方案论证 (2)三、硬件电路设计 (2)3.1计算器的控制电路图 (2)3.2矩阵键盘的设计................................................ (3)3.3 LCD1602显示电路的设计 (3)3.4蜂鸣器驱动电路的设计 (4)3.5主要元器件选择 (4)四、程序流程图 (5)五、c语言程序设计 (5)六、计算器的仿真 (19)6.1Keil 调试 (19)6.2Proteus 调试 (19)七、结束语 (20)八、参考文献 (21)一、绪言近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月异更新。
在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。
电子时钟是现代社会中的主要计时工具之一，广泛应用于手机，电脑，汽车等社会生活需要的各个方面，及对时间有要求的场合。
本设计采用AT89C52单片机作为主要核心部件，附以上电复位电路，时钟电路及按键调时电路组成。
数字钟已成为人们日常生活中：必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧场、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。
由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点，它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域。
二、系统设计2.1设计任务1、通过4*4矩阵键盘输入数字及运算符；2、可以进行4位十进制数以内的加法预算。
如果计算结果超出四位数，则全部显示“ E”3、可以进行加减乘除所有运算；4、添加其他功能。
2.2方案比较与论证2.2.1系统整体流程图图1系统整体流程图2.2.2计算器的控制方案论证用4*4的矩阵键盘组成0-9数字键及加、减、乘、除、等于、清零按键，LCD屏幕实时显示输入的数字和运算符号，每按下一个按键都有蜂鸣器发出的响声。
从矩阵键盘输入一个数字，选择运算符，再输入一个数字，然后按下“等于”键，最后的计算结果会呈现在LCD屏幕上。
223单片机的选择方案论证方案一：采用可编程逻辑期间CPLD作为控制器。
CPL可以实现各种复杂的逻辑功能、规模大、密度高、体积小、稳定性高、I/O资源丰富、易于进行功能扩展。
采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模控制系统的控制核心。
但本系统不需要复杂的逻辑功能，对数据的处理速度的要求也不是非常高，且从使用及经济的角度考虑我们放弃了此方案方案二：采用Atmel公司的AT89C5单片机作为控制器。
AT89C5是一个低功耗，高性能的51内核的CM08位单片机，片内含8k空间的可反复擦些1000次的Flash只读存储器，具有256 bytes的随机存取数据存储器（RAMI，32个双向I/O 口，2个16位可编程定时计数器。
综合考虑，选择方案二，采用Atmel公司的AT89C5单片机作为控制器。
2.2.4键盘选择方案论证方案一：采用独立式键盘。
由于各键相互独立，每个按键各接一根输入线，通过检测输入线的电平状态可以很容易的判断哪个按键被按下。
此种键盘适用于按键较少或操作速度较高的场合。
但本题发挥部分要求16个功能键，按键数目较多，这就需要较多的输入口线，而且电路结构复杂。
故此方案不可取。
方案二：采用矩阵键盘。
它由行和列组成，按键位于行列的交叉点上，行线信号和列线信号分别通过两个接口和CPU相连，通过行列扫描法判定按键的位置，此方案适用于按键较多的场合。
通过对4位数加法计算器题目的分析，采用4*4行列式键盘。
2.2.5显示模块的选择方案论证方案一：采用带字库LCD模块显示。
能显示复杂的信息，具有质量轻，体积小，功耗低，指令功能强，接口简单，可靠性强等优点，显示内容丰富，图形美观，易于人机交流。
但是价格昂贵。
方案二：采用LED数码管显示。
数码管能显示数字和符号，但是占用I/O 口资源较多，对于简单的电路可以选用此方案。
计算器，需要较为强大的人机交互界面，故选用方案一，显示所需信息。
2.2.6蜂鸣器的选择方案论证方案一：采用有源蜂鸣器。
有源蜂鸣器内部带震荡源，只要一通电就会发出响声。
方案二：采用无源蜂鸣器。
无源蜂鸣器内部不带震荡源，所以用直流信号无法令其鸣 叫，必须用2K~5K 的方波去驱动它。
综合考虑，为了程序控制的方便，选用了方案一。
三硬件电路设计 3.1计算器控制电路图图2计算器控制线路图3.2矩阵式键盘的设计键盘电路如图3所示。
设计数字键0〜9的键号依次为0〜9,运算符号分别为“ +”、 、“ *，以及“=”和清零“ C',通过逐行扫描函数来确定按下的键位。
£rj> .■:■□1 r21=!7R11k►XTAL1POCVADQ POP0 2/AO2 XTAL2poa/Am PO 型AD4P05/AD5 RSTPOWADfe PO 7/AD7P2 WASP2 1M9 P2 2TA10PSENP2.3/A11 ALE P24fAl2 E A P2.S/ABP2.如 4 P1 0/T2 P1 1/T2EXP2.7/A15P3.0/RXD P3 I/TXD pi 9P3.2/KT0 P3.4/TD pa.srriPI a PI d P1 5 P1 &P1 7F-2 7/RDAT09CSLCD 1602U1MJE35QLMJ16LBEEPI17TJJ —45ac■ i： E* L7 01013 15 ij .q图3键盘电路3.3 LCD1602显示电路的设计LCD1602液晶屏采用LM016L型号元件，其电路如图3所示。
3.4蜂鸣器驱动电路的设计蜂鸣器的驱动采用PNPE极管来驱动，低电平有效。
其电路如图5所示4RPPPQI■LV■[177FRZ1■11MJE3501<L /v 1 nU13.5主要元器件选择主要元器件选用型号和数量如表 1所示:表1主要元器件清单-►XT AL 1 PO O/ADOPO.1/AD1 PO.2/AD2 ・ XTAL2PO3/AD3 P0.4/AW PO.5/AD5 PO.6/AD6 ・RSTPO.7/AD7P2.Q/A8 P2.1/A9P2.2/A10-PSEN P2.3/A11图5蜂鸣器电路图R11kT-21 le!2 leLCD 液晶屏显不五C 语言程序设计#in elude <reg51.h> #in elude vintrin s.h>#defi ne uehar un sig ned char #defi ne uint un sig ned int sbit leden=P2A1; //定义 E 口 sbit lcdrs=P2A0; //定义 RS 口sbit beep=P2A2;II 定义蜂鸣器uehar code table[]={'0','1','2',3,'4','5','6',四、程序流程图蜂鸣器发 出响声II 创建键位数组,数字，运算符号，等于号，清零（小数点）7','8',9,'+','-','*',7','=','.'};uchar key,flag1,js,k1,k2;uchar a[20],b[20];float jieguo=0;void delay(uchar z) // 延迟函数{uchar x,y;for(x=z;x>0;x--)for(y=110;y>0;y--);}void write_cmd(uchar cmd) // 写命令函数{lcdrs=0;P仁cmd;delay(5);lcde n=1;delay(4);lcde n=0;}void write_data(uchar date) // 写数据函数{lcdrs=1;P仁date;delay(5);lcde n=1;delay(5);lcde n=0;}void init() //LCD初始化函数{lcde n=0;write_cmd(0x38); // 设置16x2 显示，8 位数据接口write_cmd(0x0c); //设置开显示，不显示光标(关显示是write_cmd(0x06); II 写一个字符后地址指针加 10x08)write_cmd(0x01); II 清屏}void keysca n(){uchar temp,uu=0xf7;uint i;for(i=0;i<4;i++){uu=_crol_(uu,1); II 左移P3=uu;temp=P3;temp=temp&0 x0f;if(temp!=OxOf){delay(10);temp=P3;temp=temp&O x0f;if(temp!=0x0f){temp=P3;switch(temp){case 0xee:key=1;beep=0;delay(200);beep=1;break; 〃延迟200 响声case 0xde:key=2;beep=0;delay(200);beep=1;break;case 0xbe:key=3;beep=0;delay(200);beep=1;break;case 0x7e:key=10;beep=0;delay(200);beep=1;break;case 0xed:key=4;beep=0;delay(200);beep=1;break;case 0xdd:key=5;beep=0;delay(200);beep=1;break;case 0xbd:key=6;beep=0;delay(200);beep=1;break;case 0x7d:key=11;beep=0;delay(200);beep=1;break;case 0xeb:key=7;beep=0;delay(200);beep=1;break;case 0xdb:key=8;beep=0;delay(200);beep=1;break;case 0xbb:key=9;beep=0;delay(200);beep=1;break;case 0x7b:key=12;beep=0;delay(200);beep=1;break;case 0xe7:key=0;beep=0;delay(200);beep=1;break;case 0xd7:key=15;beep=0;delay(200);beep=1;beep=0;delay(200);beep=1;beep=0;delay(200);beep=1;break; // 清零长响声case 0xb7:key=13;beep=0;delay(200);beep=1;break;case 0x77:key=14;beep=0;delay(180);beep=1;delay(100);beep=0;delay(180);beep=1;break; // 等于按键两声短响，中间较短间隔}while(temp!=0x0f){temp=P3;temp=temp&0 x0f;}flag1=1;}}}}void jscl() //计算显示函数{uchar i,j, n;float s,temp2;long int s1,s2,a1,b1,c1,temp1;a1=1;b1=1;s1=0;s2=0;s=0;if(k2!=0){for(j=0;j<k1+1;j++) 〃存放第一操作数{for(i=0;i<k1-j;i++)a仁a1*10;s仁s1+a[j]*a1;a1=1;}for(j=k1+1;j<k2+1;j++) // 存放第二操作数{for(i=0;i<k2-j;i++)b仁b1*10;s2=s2+a[j]*b1; b1=1;}if(js==10) //判断运算符号{s=s1+s2;}if(js==11){s=s1-s2;}if(js==12){s=s1*s2;}if(js==13){s=(s1*0.1)/(s2*0.1);}jieguo=s;}elses=jieguo;if(jieguo>9999||s>=9999){write_data('E');} else{c仁(Io ng in t)(s*1000)%10; if(c1>=5)s=s+0.01;temp1=(lo ng in t)(s);temp2=s-temp1;n=0;while(temp1){b[ n]=temp1%10; temp1=temp1/10;n++;}b[ n]=temp2*10;b[ n+1]=(uchar)(temp2*100)%10; for(i=n; i>0;i--){write_data(table[b[i-1]]);}if(jieguo<1){write_data(table[0]);write_data(table[15]);write_data(table[b[ n]]);write_data(table[b[ n+1]]);}else{write_data(table[15]);write_data(table[b[ n]]);write_data(table[b[ n+1]]);}}}void mai n(){uchar i,j;in it();write_cmd(0x80); //将液晶指针定位在第key=15;i=0;flag 仁0;while(1)//运算结果小数的处理行第一个单元keysca n();if(flag 仁=1){if(key==15) 〃判断为清零操作{write_cmd(OxO1);i=0; for(j=0;j<20;j++){a[j]=0;b[j]=0;}k仁0;k2=0;}else if(key<10) // 判断为数字{write_data(table[key]); a[i]=key;i++;}else if(key<14) //判断为运算符号{write_data(table[key]);k1=i-1;js=key; } else {write_data(table[key]); if(i==0) k2=0;else〃判断为等于操作k2=i-1;write_cmd(0x80+0x40); jscl();}flag 仁0;}}}6.计算器仿真在完成了计算器硬件设计和软件设计以后，便进入系统的调试阶段。