单片机课程设计—简易计算器

设计名称：简易计算器                 

院    部：物理与电气工程学院         

专业班级：12级电信三班                

*******       080212092     

          刘慧         080212096     

          吴阳慧       080212101     

*******                     

完成时间：2014年6月8日             

评阅意见：

               评阅教师                日期               

                     摘  要

单片机课程设计是单片机原理课程的实践性环节。是在我们学习了《单片机原理》等课程的基础上进行的综合性训练，我们组这次训练的课题是基于单片机简易计算器，能够进行多位简单的加减运算，同时它能支持2位整数运算。它主要由STCC52单片机、数码管，键盘等模块组成。本计算器是将键盘输入信息经处理通过缓存，送入数码管显示，键盘采用行列式，数码管采用动态扫描方式，计算功能通过软件实现，用汇编语言对单片机可编程芯片进行编程，实现对计算器的设计。

关键词：单片机；计算器；汇编语言；键盘；数码管

一．课程设计的目的和要求 

1．1课程设计的目的 

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。本次设计是设计一个简易计算器，能够进行多位简单的加减运算，同时它能支持2位整数运算。它主要由STCC52单片机、数码管，键盘等模块组成。本计算器是将键盘输入信息经处理通过缓存，送入数码管显示，键盘采用行列式，数码管采用动态扫描方式，计算功能通过软件实现，用汇编语言对单片机可编

芯片进行编程，实现对计算器的设计。 

1.2课程设计要求

1　4*4键盘输入，数码管显示。

2　完成两位整数的加减

3　由于键盘只有16个按键，安排如下：  

   +---------------+

   |0 | 1 | 2 | 3 |

   | 4| 5 | 6 | 7 |

   | 8| 9 |+ | - | 

   |=| c|  |  |

   +---------------+

二、方案的论证和比较：

 2.1 按键电路设计 

方案一：计算器输入数字和其他功能按键要用到很多按键，如果采用按键的方式，在这种情况下，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。 

方案二：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4×4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。  

2.2  4*4键盘扫描电路(扫描式，反转式) 

   方案一扫描法：对键盘上的某一行送低电平，其他行为高电平，然后读取列值。若列值中有一位是低，则表明该行与低电平对应列的键被按下；否则，扫描下一行。

   方案二：反转法：先将所有行扫描线输出低电平，读列值。若列值有一位是低，则表明有键按下，读列值；然后所有列扫描线输出低电平，再读行值。根据读到的值组合就可以查表得到的键码。此设计中我们用反转法。

三．课程设计简述及整体方框图

 3.1  方案

  按照设计要求，提出方案 。此方案首先通过键盘得到数据，并通过程序对数据进行处理，最后通过数码管显示出来。结构框图如图1

                            图（1）

3.2、硬件电路设计

简易数字计算器系统硬件设计主要包括：键盘电路，显示电路以及其他辅助电路。下面分别进行设计。

3.2.1主控电路设计

STCC52具有如下特点：40个引脚（引脚图如图2所示），4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。 此外STCC52RC设计和配置了振荡频率可为0Hz可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，外中断系统可继续工作，掉电模式决结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能盤至外中断激活戶硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。 

STCC52芯片引脚图如图（2）所示。

               图（2）STCC52芯片引脚图

3.2.2键盘电路设计

    计算器所需按键有：

    数字键：’1’,’2’,’3’,’4’,’5’,’6’,’7’,’8’,’9’,’0’

    功能键：‘+’，‘-’，‘=’‘c’(清零)  

共计16个按键，采用4*4矩阵键盘，键盘的行和列之间都有公共端相连，四行和四列的8个公共端分别接P3.0~P3.7，这样扫描P3口就可以完成对矩阵键盘的扫描，通过对16个按键进行编码，从而得到键盘的口地址，对比P3口的扫描结果和各按键的地址，我们就可以得到是哪个键按下，从而完成键盘扫描的功能。

3.2.3数码管显示电路

     图3  LED数码管

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。

       图4  LED数码管显示原理图

3.3软件设计简述

 3.3.1键盘扫描子程序设计

    要进行数据的计算就必须先进行数据的输入，也就必须确定按键输入的数值是什么，这就需要对键盘进行扫描，从而确定究竟是哪个键按下。

对于键盘的扫描，这里采用行列扫描的方法来完成对键盘的扫描。原理就是先确定按键在哪一行，接着再确定是哪一列，这样就可以知道是哪个按键被按下了。我是将P3口作为按键扫描口的，比如,先使行线输出全“0”，读列线，再使列线输出全为“0”，读行线。两次结果再相与，则得到一个值为键值。同理，每个按键都会有一个对应的十六进制值，我把它们列出来进行一一对应就行了，下面是扫描按键图。

                      图5    扫描按键图

键扫程序的过程为：开始时，先判断是否有键闭合，无键闭合时，返回继续判断，有键闭合时，先去抖动，然后确定是否有键按下，若无键按下，则返回继续判断是否有键闭合，若有键按下，则判断键号，然后释放，若释放按键完毕，则返回，若没有释放按键，则返回继续释放。其流程图如图(6)所示。

                        图(6)键扫程序流程图

3.3.2数码管显示电路

    采用2位数码管对计算数据和结果的显示，这里选取共阳数码管，利用NPN三极管对数码管进行驱动，为了节省I/O资源，采取动态显示的方法来显示计算数据及结果，动态扫描。

  为了实现数码管的动态显示，P0口输出显示值，通过P0口的二进制代码送到数码管进行显示。

P2口用来作为位选端，控制哪几位数码管进行显示。比如当P2.3为高电平时，其他位全给0，具体的在软件中会有说明。此时就将扫描的数据送给指定数码管显示。其流程图如图(7)所示。

  图(7)数码管显示流程图

3.3.3运算子程序设计

算术运算程序的过程为：先判断输入的运算符是+、-、=中的哪一个，若是+或-，则要判断运算结果是否溢出，溢出则显示错误信息，没溢出就显示运算结果，若是=，则直接显示运算结果。其流程图如图8所示。

    Y

N

     图8 算术运算程序设计流程图

3.4程序主框图

                    图9 系统工作总流程

四．仿真软件图

五．系统功能测试与整体指标

5.1 软件调试步骤

    1）打开软件后,在Project菜单中选择New Project命令，打开一个新项目。保存此项目，输入工程文件名后，并保存工程文件的目录。

2）为项目文件选择一个目标器件，即选择8051的类型。在Data base 列表框中选择“ATML C52”，确定。

3）上述设置好后，创建源程序文件并输入程序代码。输入好代码后点击“文件/保存”。

4）把源文件添加到项目中，用鼠标指在目标工作区的目标1，点击右键在弹出的菜单中选择添加文件到源代码组，在弹出的添加文件框中，选择需要添加到项目中的文件。

5）开始编译，对项目文件进行编译。若没有错误后进行硬件调试。

5.2 程序调试步骤

程序调试应一个模块一个模块地进行，首先单独调试各功能子程序，检查程序是否能够实现预期的功能，接口电路的控制是否正常等；最后逐步将各子程序连接起来进行总调试。故调试步骤如下：

  1）矩阵4*4键盘的调试

键盘程序是整个程序的基础，我们必须保证其正确。调试方法：先把程序下载到单片机，让数码管显示，在有键按下时显示的是否为设定的值。

2）数码管程序调试

     正确的显示数值是整个程序的关键。调试方法：先把程序下载到单片机，让数码管显示，是否正确的显示数值。

5.3 测试结果

实例测试：将写入程序的单片机插入实验板插座内，程序正确的有0~9数值的显示和正常的四则运算以及判断错误、溢出。

六、总结与思考及致谢

电子设计正在当今社会发挥越来越重要的作用，其采用的软硬件结合技术也逐渐成熟，该模拟系统正是采用软硬相结合的方法实现的。我的题目是简易计算器的设计，对于我们这些实践中的新手来说，这是一次考验。怎样才能找到课堂所学与实际应用的最佳结合点？怎样让自己的业余更接近专业？怎样让自己的计划更具有序性，而不会忙无一用？这都是我们所要考虑和努力的。

通过这次课程设计，最大的一点体会是单片机学的不够扎实，不会的很多啊，当然这次的课程设计做计算器程序用的是汇编，我们互相学习，到处找资料看，问同学，所以我们的软件主程序才能编译成功，系统才能调试出结果。很感谢那些热心教导我的同学和指导我的老师。在其中，很明显我们的计算器处理数据及显示存在太大的局限性，我觉得主要还是我对程序中的运算模块理解不深，这点仍需大大加强。

在此次课程设计中，首先我要感谢王陈宁老师和郭乐老师在课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮助，这是我能顺利完成这次报告的主要原因，更重要的是老师帮我解决了许多技术上的难题，让我能把系统做得更加完善。在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。

其次，我要感谢帮助过我的同学，他们也为我解决了不少我不太明白的设计商的难题。同时也感谢学院为我提供良好的做课程设计的环境。

最后再一次感谢所有在设计中曾经帮助过我的良师益友和同学！

附录主程序：

   YJ EQU 50H    ;结果放

   YJ1 EQU 51H    ;中间结果存放

   GONG EQU 52H    ;功能键存放

ORG 0000H

LJMP START

ORG 0100H                        

START:MOV R3,#0   ;初始化显示为空

      MOV GONG,#0;功能键清空

      MOV 34H,#00H

      MOV 33H,#00H

LOOP1:LCALL DISP   ;调显示子序

LOOP2:LCALL TKEY；判断有无按键

      JZ LOOP2

      LCALL KEY；读键

      INC R3  ；KEY返回，按键次数自加1

      CJNE A,#0,NEXT1  ;判断是否为数字键

      LJMP E1           ;转数字键处理

NEXT1:CJNE A,#1,NEXT2

       LJMP E1

NEXT2:CJNE A,#2,NEXT3

       LJMP E1

NEXT3:CJNE A,#3,NEXT4

       LJMP E1

NEXT4:CJNE A,#4,NEXT5

       LJMP E1

NEXT5:CJNE A,#5,NEXT6

       LJMP E1

NEXT6:CJNE A,#6,NEXT7

       LJMP E1

NEXT7:CJNE A,#7,NEXT8

       LJMP E1

NEXT8:CJNE A,#8,NEXT9

       LJMP E1

NEXT9:CJNE A,#9,NEXT10

       LJMP E1

NEXT10:CJNE A,#10,NEXT11   ;判断是否为功能键

        LJMP E2       ;转功能键处理

NEXT11:CJNE A,#11,NEXT12

        LJMP E2

NEXT12:CJNE A,#12,NEXT13

        LJMP E2

NEXT13:LJMP E3             ;判断是否为清除键

E1:CJNE R3,#1,N1    ;判断第几次按键

   LJMP E11         ;为第一个数字

N1:CJNE R3,#2,N2    ;

   LJMP E12            ;为第二个数字

N2:LJMP E3            ;第三个数字转溢出

E11: MOV R4,A     ;输入值暂存R4

    MOV 34H,A     ;输入值送显示缓存

    MOV 33H,#00H

    LJMP LOOP1     ;等待再次输入

E12:MOV R7,A          ;个位数暂存R7

    MOV B,#10

    MOV A,R4

    MUL AB          ;十位数

    ADD A,R7

    MOV R4,A      ;输入值存R4

    MOV 33H,34H      ;输入值送显示缓存

    MOV 34H,R7

    LJMP LOOP1

E3: MOV R3,#0       ; 按键次数清0

    MOV R4,#0       ; 输入值清0

    MOV YJ,#0       ; 计算结果清0

    MOV GONG,#0       ; 功能键设为0

    MOV 34H,#00H   ; 显示清空

    MOV 33H,#00H

    LJMP LOOP1

E2:MOV 34H,#00H

   MOV 33H,#00H

    MOV R0,GONG  ;与上次功能键交换

    MOV GONG,A

    MOV A,R0

    CJNE A,#10,N21  ;判断功能键

    LJMP JIA        ;“+”

N21:CJNE A,#11,N22  

    LJMP JIAN       ;“-”

N22:CJNE A,#0,N23

    LJMP FIRST      ;首次按功能键即A=#0

N23:LJMP DENG       ;“=”

N4:LJMP E3

FIRST:MOV YJ,R4        ;输入值送结果

      MOV R3,#0        ;按键次数清0

      LJMP DISP1    ;结果处理

JIA:MOV A,YJ        ;上次结果送累加器

    ADD A,R4        ;上次结果加输入值

    JB CY,N4        ;溢出

    MOV YJ,A        ;存本次结果

    MOV R3,#0        ;按键次数清0             

    LJMP DISP1

JIAN:MOV A,YJ    ；上次结果送累加器

    SUBB A,R4        ;上次结果减输入值

    JB CY,N4        ;负数溢出

    MOV YJ,A        

    MOV R3,#0    ；按键次数清零                 

    LJMP DISP1

DENG:MOV R3,#0；

     LJMP DISP1

DISP1: MOV B,#10

       MOV A,YJ      ;结果送累加器

       DIV AB       ;结果除10

       MOV YJ1,A   ;暂存商

       MOV A,B     ;取个位数

       MOV 34H,A   ;个位数送显示缓存

       MOV A,YJ1

       JZ DISP11；结果是否为一位数

       MOV 33H,A   ;十位数送显示缓存

DISP11:LJMP LOOP1

DISP: MOV R0,#34H；待显缓冲个位地址

DIR1: MOV DPTR,#LEDCA

      MOV A,@R0

      MOVC A,@A+DPTR

      MOV P0,A

      CJNE R0,#34H,DIR2

      SETB P2.0

      LCALL DELAY10MS

      CLR P2.0

      DEC R0

      SJMP DIR1

DIR2:SETB P2.1

     LCALL DELAY10MS

     CLR P2.1

     RET

TKEY:ACALL DISP

        MOV P3,#0FH；读入键状态

        MOV A,P3

        CPL A

        ANL A,#0FH；高四位不用

        RET

   KEY:  MOV R6,#10

         ACALL DELAY10MS

         MOV P3,#0FH

         MOV A,P3

         CJNE A,#0FH,K2

         LJMP LOOP1

      K2:MOV B,A

         MOV P3,#0EFH

         MOV A,P3

         CJNE A,#0EFH,KEY3

         MOV P3,#0DFH

         MOV A,P3

         CJNE A,#0DFH,KEY3

         MOV P3,#0BFH

         MOV A,P3

         CJNE A,#0BFH,KEY3

         MOV P3,#07FH

         MOV A,P3

         CJNE A,#07FH,KEY3

         LJMP LOOP1

    KEY3:ANL A,#0F0H

         ORL B,A

         MOV R1,#16

         MOV R2,#0

         MOV DPTR,#KTAB

    KEY4:MOV A,R2

         MOVC A,@A+DPTR

         CJNE A,B,KEY6

         MOV P3,#0FH

    KEY5:MOV A,P3

         CJNE A,#0FH,KEY5

         MOV R6,#10

         ACALL DELAY10MS

         MOV A,R2

         RET

    KEY6:INC R2

         DJNZ R1,KEY4

         AJMP LOOP1     

     DELAY10MS: MOV  R6,#10

            DL:MOV  R7,#250

               DJNZ R7,$

               DJNZ R6,DL

               RET

       KTAB:DB 0EEH,0DEH,0BEH,7EH

               DB 0EDH,0DDH,0BDH,7DH

               DB 0EBH,0DBH,0BBH,7BH

               DB 0E7H,0D7H,0B7H,77H                  

                                         //  按键键值表

         LEDCA:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H

               DB 99H,92H,82H,0F8H

               DB 80H,90H,88H,83H

               DB 0C6H,0A1H,86H,8EH           //共阳LED显示码表

               END