单片机简易计算器课程设计

简易计算机1引言说起计算器，值得我们骄傲的是，最早的计算工具诞生在中国。中国古代最早采用的一种计算工具叫筹策，又被叫做算筹。这种算筹多用竹子制成，也有用木头，兽骨充当材料的。约二百七十枚一束，放在布袋里可随身携带。直到今天仍在使用的珠算盘，是中国古代计算工具领域中的另一项发明，明代时的珠算盘已经与现代的珠算盘几乎相同。17世纪初，西方国家的计算工具有了较大的发展，英国数学家纳皮尔发明的纳皮尔算筹，英国牧师奥却德发明了圆柱型对数计算尺，这种计算尺不仅能做加减乘除、乘方、开方运算，甚至可以计算三角函数，指数函数和对数函数，这些计算工具不仅带动了计算器的发展，也为现代计算器发展奠定了良好的基础，成为现代社会应用广泛的计算工具。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，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。本任务是个简易的两位数的四则运算，程序都是根据教材内和网络中的程序参考编写而成，在功能上还并不完善，限制也较多。本任务重在设计构思与团队合作，使得我们用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。随着半导体集成工艺的不断发展，单片机的集成度将更高、体积将更小、功能将更强。在单片机家族中，80C51系列是其中的佼佼者，加之Intel公司将其MCS–51系列中的80C51内核使用权以专利互换或出售形式转让给全世界许多著名IC制造厂商，如Philips、NEC、Atmel、AMD、华邦等，这些公司都在保持与80C51单片机兼容的基础上改善了80C51的许多特性。这样，80C51就变成有众多制造厂商支持的、发展出上百品种的大家族，现统称为80C51系列。80C51单片机已成为单片机发展的主流。专家认为，虽然世界上的MCU品种繁多，功能各异，开发装置也互不兼容，但是客观发展表明，80C51可能最终形成事实上的标准MCU芯片。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。汽车上一般配备40多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作！单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的总和，甚至比人类的数量还要多。单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如CPU，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过10元即可......用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VCD等等的家电里面都可以看到它的身影！......它主要是作为控制部分的核心部件。简易计算机2设计方案及原理1.首先赋予显示缓冲初始值‘0000’，并把数据存储单元清零。2.主程序调用键盘扫描子程序，判断键值，是数字第一次直接赋予23H单元，如是第二次输入数字，则把第一次值乘十后与第二次值相加，结果存储到23H单元，并R4计数2次，表示已输入两位，扫描键值时就不在赋值和显示。等待运算符号的按下，按下等于号就直接与零计算并显示，如加减乘除就R5加一并把R4清零，表示可以输入下一操作数，与第一次相同，并等待等于键按下。清零键则不管在任何情况下都清零，相当与软复位。3.在扫描完键盘后，调用数据显示转换子程序，并选择，由于本任务是两位四则运算，只有乘法中结果会超出FFH的范围，在此就是选择处理方式，超出范围则跳过数据显示转换子程序，未超出则调用数据显示转换子程序，两种选择都是要把值转换为七段码。4.调用数码管动态显示子程序，显示数值，重新循环。硬件系统设计1、LED接口电路简易计算器需要2位8段码LED显示电路。用8031单片机经8255A扩展2位8段码LED显示器，用8255A的A口作为段码（字形代码）数据口，PB0和PB1作为位控制端口。在位控制口加集电极开路的反相高压驱动器74LS06以提供驱动LED显示器所需的足够大的电流，然后接至各数码显示器的共阴极端。同理，在段码数据口集电极开路的正相高压驱动器74LS07提供足够大的电流，然后接到数码显示器的各段。逻辑电路结构如下：2、键盘接口电路简易计算器需要4*4的行列式键盘。用8031单片机经8255A扩展4*4行列式键盘，8255A的B口和C口用于扩展键盘接口，B口高4位作为输出口，C口低4位作为输入口。逻辑电路结构如下：8255APB4PB5PB6PB7PC0PC1PC2PC374LS373GCSA1A0D0~D7WRRDRESETWRRDRSTALEP2.78031+5VQ2~Q7Q1Q0A2~A7A1A0D0~D7A8~A11OECEP0.0~P0.7P2.0~2.3PSEN2732XTAL2XTAL1晶振6MHZ4X4键盘简易计算机33、计算器逻辑电路图将LED接口电路和键盘接口电路结合到一起就是简易计算器的逻辑电路图，如下：8255APA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7PB0PB1PB4PB5PB6PB7PC0PC1PC2PC374LS373GCSA1A0D0~D7WRRDRESETWRRDRSTALEP2.78031+5VQ2~Q7Q1Q0A2~A7A1A0D0~D7A8~A11OECEP0.0~P0.7P2.0~2.3PSEN+5V2732XTAL2XTAL1晶振6MHZ8X74LS072X74LS064X4键盘三、软件设计1、LED显示程序设计LED显示器由七段发光二极管组成，排列成8字形状，因此也成为七段LED显示器，器排列形状如下图所示：为了显示数字或符号，要为LED显示器提供代码，即字形代码。七段发光二极管，再加上一个小数点位，共计8段，因此提供的字形代码的长度正好是一个字节。简易计算器用到的数字0~9的共阴极字形代码如下表：简易计算机40~9七段数码管共阴级字形代码显示字型gfedcba段码001111113fh1000011006h210110115bh310011114fh4110011066h511011016dh611111017dh7000011107h811111117fh911011116fh2位LED显示的程序框图如下：简易计算机52、读键输入程序设计为了实现键盘的数据输入功能和命令处理功能，每个键都有其处理子程序，为此每个键都对应一个码——键码。为了得到被按键的键码，现使用行扫描法识别按键。其程序框图如下：简易计算机63、主程序设计（1）数值送显示缓冲程序设计简易计算器所显示的数值最大位两位。要显示数值，先判断数值正负，如果是负值，则符号位显示“-”，然后将数值除以10，余数送显最最低位，判断商是否为0，若为0则返回，若不为0，则将商除以10，将余数送显高位。程序框图如下：（2）运算主程序设计首先初始化参数，送LED低位显示“0”，高位不显示。然后扫描键盘看是否有键输入，若有，读取键码。判断键码是数字键、清零键还是功能键（“+”“-”“*”“/”“=”），是数值键则送LED显示并保存数值，是清零键则做清零处理，是功能键则又判断是“=”还是运算键，若是“=”则计算最后结果并送LED显示，若是运算键则保存相对运算程序的首地址。运算主程序框图如下所示：简易计算机74、简易计算器源程序OUTBITequ07FFDh;位控制口OUTSEGequ07FFCh;段控制口INequ07FFEh;键盘读入口data1equ70hdata2equ71hdizhi1equ72hdizhi2equ73hLEDBufequ60h;显示缓冲ljmpStart简易计算机8LEDMAP:;八段管显示码db3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07hdb7fh,6fh,77h,7ch,39h,5eh,79h,71hDelay:;延时子程序movr7,#0DelayLoop:djnzr7,DelayLoopdjnzr6,DelayLoopretDisplayLED:movr0,#LEDBufmovr1,#2;共2个八段管movr2,#00000010b;从左边开始显示Loop:movdptr,#OUTBITmova,#0movx@dptr,a;关所有八段管mova,@r0movdptr,#OUTSEGmovx@dptr,amovdptr,#OUTBITmova,r2movx@dptr,a;显示一位八段管movr6,#1callDelaymova,r2;显示下一位rramovr2,aincr0djnzr1,LoopretTestKey:movdptr,#OUTBITmova,#0简易计算机9movx@dptr,a;输出线置为0movdptr,#INmovxa,@dptr;读入键状态cplaanla,#0fh;高四位不用retKeyTable:;键码定义db0dh,0ch,0bh,0ahdb0eh,03h,06h,09hdb0fh,02h,05h,08hdb00h,01h,04h,07hGetKey:movdptr,#OUTBITmovP2,dphmovr0,#Low(IN)movr1,#00100000bmovr2,#4KLoop:mova,r1;找出键所在列cplamovx@dptr,acplarramovr1,a;下一列movxa,@r0cplaanla,#0fhjnzGoon1;该列有键入djnzr2,KLoopmovr2,#0ffh;没有键按下,返回0ffhsjmpExitGoon1:movr1,a;键值=列X4+行mova,r2decarlarla简易计算机10movr2,a;r2=(r2-1)*4mova,r1;r1中为读入的行值movr1,#4LoopC:rrca;移位找出所在行jcExitincr2;r2=r2+行值djnzr1,LoopCExit:mova,r2;取出键码movdptr,#KeyTablemovca,@a+dptrmovr2,aWaitRelease:movdptr,#OUTBIT;等键释放clramovx@dptr,amovr6,#10callDelaycallTestKeyjnzWaitReleasemova,r2retStart:movsp,#40hmovLEDBuf+0,#0movLEDBuf+1,#03fhmovdptr,#7FFFhmova,#89hmovx@dptr,aMLoop:callDisplayLED;显示callTestKey;有键入?jzMLoop;无键入,继续显示callGetKey;读入键码Jisuan:movr3,acjner3,#0fh,Qita;判断是否为清零键?简易计算机11movr3,#00h;清零movr4,#00hmovr5,#00hmovdata1,#00hmovdata2,#00hmovdizhi1,#00hmovdizhi2,#00hmovLEDBuf+0,#0movLEDBuf+1,#03fhljmpMLoopQita:clrccjner3,#0ah,follow;判断是数字键还是功能键?follow:jcShuziljmpGnShuzi:mova,r4;判断是否已有运算符输入，没有就将数值存在jnzShuzi2data1，有就将数值存在data2mova,r3movdata1,aljmpXs;显示第一次输入的数值Shuzi2:mova,r3movdata2,aljmpXs;显示第二次输入的数值Gn:movr4,#01h;将01h给r4，说明已有运算符输入cjner3,#0eh,Ja;判断键值是否为“=”?movr4,#00h;将r4清零mova,dizhi1;执行“=”movdph,amova,dizhi2movdpl,amova,#00hjmp@a+dptr;转到本次输入的算法程序Ja:cjner3,#0ah,Jn;若键值为“+”