【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 停止。 基于單片機(jī)的簡(jiǎn)易計(jì)算 器設(shè)計(jì)論文 15 系統(tǒng)顯示電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)顯示器件選擇 目前市場(chǎng)上的計(jì)算器顯示屏主要包括以下幾種： OLED 段碼液晶屏，此種液晶屏只能顯示固定的數(shù)字和字符，由于簡(jiǎn)易計(jì)算器的 運(yùn)算符號(hào)種類較少，因而考慮到 OLED 段碼液晶屏的價(jià)格相對(duì)較 低，在一些簡(jiǎn)單的計(jì)算器上應(yīng)用較多。 LED 數(shù)碼管顯示屏，近年來(lái)隨著 LED 技術(shù)的發(fā)展， LED 數(shù)碼管應(yīng)用場(chǎng)合也逐漸增 多， LED 數(shù)碼管顯示亮度較高，同時(shí) LED 顏色種類較多，客戶可以根據(jù)自己的喜好選擇自己喜歡的顏色，不足之處是 LED 數(shù)碼管功耗較高，顯示效果會(huì)有輕微的閃爍，長(zhǎng)時(shí)間觀看不利于眼睛的保護(hù)。 LCD 液晶屏，目前市場(chǎng)上主要用到的液晶屏分為字符型液晶屏和中文漢字液晶 屏， 字符型 LCD 液晶顯示，液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)，現(xiàn)在字符型液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的信息顯示 器件 ；中文漢字液晶屏體積尺寸較大，同時(shí)價(jià)格較貴，考慮到價(jià)格和體積因素，字符型 LCD 液晶更適合本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需要，采用 LCD液晶顯示價(jià)格適中，顯示效果穩(wěn)定，不足是亮度效果會(huì)相對(duì)降低 。 綜合以上幾種顯示器件的優(yōu)缺點(diǎn)，系統(tǒng)最終采用 LCD 液晶顯示器做系統(tǒng)的顯示器件，系統(tǒng)選用字符型 LCD1602 作為顯示部分。 系統(tǒng)顯示電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)顯示電路主要包括單片機(jī)控制器、單片機(jī) P0 口上拉電阻、 LCD1602 液晶顯示器和對(duì)比度調(diào)節(jié)電阻器組成，此部分電路如圖 34所示。 圖 34 系統(tǒng)顯示器件電路圖 由圖 34所示： 液晶 LCD1602 的 1 腳為接地端， 2腳為電源引腳，此款液晶顯示器采基于單片機(jī)的簡(jiǎn)易計(jì)算 器設(shè)計(jì)論文 16 用 DC5V 電壓供電，此處 VCC 接 5V 電壓， 3 腳為液晶顯示器的對(duì)比度調(diào)節(jié)引腳，通過(guò)電阻 R6 接地， R6 阻值可以選擇 到 之間的電阻，也可以接 的可調(diào)電位器接地，可通過(guò)改變此電阻的阻值大小來(lái)調(diào)節(jié)液晶的對(duì)比度； 4腳、 5腳、 6 腳為液晶片選控制引腳，分別連接到單片機(jī)的 P2 P2 P27 端口， 7~14 腳為數(shù)據(jù)接口，與單片機(jī)的P0口相連實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸， 1 1腳為液晶的背光控制腳，分別接到電源和地，如果懸空不接則不使用背光。 系統(tǒng)矩陣鍵盤(pán)輸入電路設(shè)計(jì) 按鍵輸入電路用來(lái)完成密碼的輸入和修改，按鍵輸入電路采用 4*4 矩陣鍵盤(pán)實(shí)現(xiàn)，矩陣鍵盤(pán)電路如圖 35所示。 圖 35 系統(tǒng)矩陣鍵盤(pán)輸入電路 系統(tǒng)矩陣鍵盤(pán)對(duì)應(yīng)按鍵功能如圖 36所示。 圖 36系統(tǒng)矩陣鍵盤(pán)按鍵功能說(shuō)明 如上表所示， 09位數(shù)字鍵，當(dāng)運(yùn)算時(shí)按下對(duì)應(yīng)數(shù)字的按鍵即可輸入相應(yīng)數(shù)字，符號(hào)鍵“＋”“ ”“ *”“ /”“ =”號(hào)對(duì)應(yīng)計(jì)算器的運(yùn)算功能鍵，當(dāng)輸入完相應(yīng)的數(shù)字后按下對(duì)應(yīng)的運(yùn)算符后即可執(zhí)行相應(yīng)的計(jì)算操作，清除鍵指的是當(dāng)運(yùn)算過(guò)程中如果操作錯(cuò)誤可以按下清除鍵完成對(duì)本次運(yùn)算的清除 功能，按下清除鍵以后即可進(jìn)行再次運(yùn)算操作。 基于單片機(jī)的簡(jiǎn)易計(jì)算 器設(shè)計(jì)論文 17 系統(tǒng)整體電路設(shè)計(jì)分析 當(dāng)系統(tǒng)各部分電路設(shè)計(jì)完成后，需要對(duì)各部分電路進(jìn)行總體匯總，然后對(duì)完整的電路進(jìn)行可行性分析論證，在保證系統(tǒng)電路的完整性和可靠性的前提下方可進(jìn)行下一步的軟件設(shè)計(jì)以及成品組裝，系統(tǒng)匯總完成的總體電路如圖 37所示。 圖 37 系統(tǒng)整體電路圖 圖 37為系統(tǒng)整體電路圖，主要包括電源部分電路，矩陣鍵盤(pán)輸入電路，單片機(jī)最小系統(tǒng)電路以及液晶顯示電路 4大部分組成，系統(tǒng)電源電路用了完成系統(tǒng)電壓的穩(wěn)壓和濾波作用，因?yàn)閱纹瑱C(jī)系統(tǒng)需要在比較穩(wěn)定的 5V電壓系 統(tǒng)下工作，因而要想保證整個(gè)系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可靠的運(yùn)行，首先要保證系統(tǒng)電源電路穩(wěn)定可靠，所以增加穩(wěn)壓濾波電路是必不可少的環(huán)節(jié)；考慮到計(jì)算器輸入鍵盤(pán)部分由 09共 10個(gè)數(shù)字鍵， 5個(gè)運(yùn)算符號(hào)鍵，一個(gè)清除鍵，共需要 16 個(gè)按鍵，因而系統(tǒng)設(shè)計(jì)鍵盤(pán)輸入部分采用 4*4 的矩陣鍵盤(pán)，共16個(gè)按鍵完成；顯示界面采用 LCD1602 字符型液晶顯示屏， LCD1602 液晶能夠顯示 2 行32個(gè)字符，可以很好的滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求?；趩纹瑱C(jī)的簡(jiǎn)易計(jì)算 器設(shè)計(jì)論文 18 第四章 計(jì)算器的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件編程環(huán)境介紹 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用 C語(yǔ)言編程，編譯環(huán)境為 Keil。 Keil c51 是美國(guó) Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機(jī) C 語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，和匯編相比， C 在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。 Keil c51 軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全 Windows 界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到 Keil c51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。 Keil C51 可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試 、仿真等整個(gè)開(kāi)發(fā)流程。開(kāi)發(fā)人員可用 IDE 本身或其它編輯器編輯 C 或匯編源文件，然后分別有 C51 及 A51 編輯器編譯連接生成單片機(jī)可執(zhí)行的二進(jìn)制文件（ .HEX），然后通過(guò)單片機(jī)的燒寫(xiě)軟件將 HEX 文件燒入單片機(jī)內(nèi)。 軟件主要三個(gè)方面：一是初始化系統(tǒng)；二是數(shù)據(jù)采集；三是數(shù)據(jù)處理并進(jìn)行顯示。這三個(gè)方面的操作分別在主程序中來(lái)進(jìn)行。程序采用模塊化的結(jié)構(gòu)，這樣程序結(jié)構(gòu)清楚，易編程和易讀性好，也便于調(diào)試和修改。 系統(tǒng)主程序流程圖 系統(tǒng)主程序主要包括系統(tǒng)的初始化、鍵盤(pán)掃描、運(yùn)算的執(zhí)行以及液晶的顯示等，系統(tǒng)主程序流程 圖如圖 41 所示。 基于單片機(jī)的簡(jiǎn)易計(jì)算 器設(shè)計(jì)論文 19 圖 41 系統(tǒng)主程序流程圖 系統(tǒng)主程序流程如圖 41 所示，當(dāng)系統(tǒng)上電后首先完成各個(gè)組件的初始化，一個(gè)系開(kāi)始 系統(tǒng)初始化 液晶顯示輸入數(shù)字和運(yùn)算符 判斷是否按下“ =”號(hào)鍵？ 執(zhí)行運(yùn)算操作顯示計(jì)算結(jié)果 是 否 否 是 判斷是否按下清除鍵？ 是 是 是 否 基于單片機(jī)的簡(jiǎn)易計(jì)算 器設(shè)計(jì)論文 20 統(tǒng)的初始化是程序運(yùn)行必不可少的環(huán)節(jié)，系統(tǒng)初始化部分主要包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)初始化、液晶顯示初始化、矩陣鍵盤(pán)初始化等；初始化完成以后系統(tǒng)首先要掃描矩陣鍵盤(pán)，通過(guò)判斷矩陣鍵盤(pán)對(duì)應(yīng)的單片機(jī) IO 端口是否發(fā)生變化來(lái)判斷是否進(jìn)入有效的運(yùn)算操作， 當(dāng)按鍵掃描到有按鍵輸入時(shí)，單片機(jī)通過(guò)鍵盤(pán)鍵值的判斷來(lái)確定輸入的是數(shù)字還是運(yùn)算符，同時(shí)通過(guò)控制液晶屏實(shí)時(shí)顯示輸入的運(yùn)算數(shù)字和運(yùn)算符，當(dāng)單片機(jī)判斷到有“ =”鍵按下后開(kāi)始執(zhí)行運(yùn)算符前后數(shù)字的相應(yīng)運(yùn)算，然后把運(yùn)算的結(jié)果顯示在液晶屏的“ =”符之后。此時(shí)如果系統(tǒng)檢測(cè)到清除功能鍵按下則系統(tǒng)返回到按鍵掃描狀態(tài)，如果沒(méi)有清除鍵按下，則一直保留此次運(yùn)算的狀態(tài)。 系統(tǒng)子程序介紹 系統(tǒng)子程序主要包括按鍵掃描子程序和液晶顯示子程序，按鍵掃描子程序是通過(guò)檢測(cè)矩陣鍵盤(pán)所接的單片機(jī) IO 端口的電平變化來(lái)實(shí)現(xiàn)。矩陣 鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì)成 4X4 矩 陣式，在程序中可以先判斷按鍵編碼，然后根據(jù)編碼將鍵盤(pán)代表的數(shù)值送到相應(yīng)的存儲(chǔ)單元，再進(jìn)行功能選擇或數(shù)據(jù)處理。 液晶顯示子程序主要完成在顯示字符發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)單片機(jī)控制液晶的讀寫(xiě)操作來(lái)完成顯示字符的更新。按鍵掃描子程序流程圖如圖 42所示。 開(kāi)始 基于單片機(jī)的簡(jiǎn)易計(jì)算 器設(shè)計(jì)論文 21 圖 42 系統(tǒng)按鍵掃描子程序流程圖 系統(tǒng)按鍵掃描是通 過(guò)對(duì)矩陣鍵盤(pán)行列掃描的方式實(shí)現(xiàn)的，系統(tǒng)首先對(duì)行進(jìn)行掃描，檢測(cè)出 4 行當(dāng)中是否有一行對(duì)應(yīng)的端口電平發(fā)生變化，如果有則進(jìn)行列的掃描，同樣如果 4 列中的一列端口電平發(fā)生了變化，則電平發(fā)生變化的行列交叉處的按鍵碼值即可檢測(cè)出來(lái)，此時(shí)單片機(jī)就可以通過(guò)對(duì)端口電平的變化來(lái)判斷出所按下的按鍵具體位置，然后即可記錄下對(duì)應(yīng)按鍵所對(duì)應(yīng)的數(shù)字或者符號(hào)，如此循環(huán)檢測(cè)即可完成按鍵的掃描工作。 鍵盤(pán)端口電平初始化 行列端口掃描 判斷行端口電平是否發(fā)生變化？ 得出對(duì)應(yīng)行列交叉線處按鍵碼值 是 否 否 是 判斷列端口電平是否發(fā)生變化？ 基于單片機(jī)的簡(jiǎn)易計(jì)算 器設(shè)計(jì)論文 22 第五章 系統(tǒng)的仿真與調(diào)試 系統(tǒng)仿真軟件介紹 Proteus 軟件是英國(guó) Lab Center Electronics 公司出 版的 EDA 工具軟件。 Proteus不僅具有其它 EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前比較好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國(guó)內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛(ài)好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。 Proteus 是世界上著名的 EDA 仿真工具 ，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真。 它是 目前世界上唯一將電路仿真軟件、 PCB 設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持 805 HC1 PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC3AVR、 ARM、 8086 和 MSP430 等 多種型號(hào)的單片機(jī) 。 系統(tǒng)仿真結(jié)果分析 系統(tǒng)完成加法運(yùn)算的仿真運(yùn)行效果圖如圖 51所示。 圖 51系統(tǒng)運(yùn)行仿真效果圖 系統(tǒng)完成加法運(yùn)算的運(yùn)行效果圖 51所示，加數(shù)分別為 123 和 56，完成運(yùn)算符為加法運(yùn)算，運(yùn)算得出的結(jié)果為 179，經(jīng)驗(yàn)證運(yùn)算結(jié)果正確，液晶顯示內(nèi)容和實(shí)際運(yùn)算輸出數(shù)字及運(yùn)算符完全一致，系統(tǒng)加法運(yùn)算仿真運(yùn)行正確無(wú)誤。 系統(tǒng)完成減法運(yùn)算的仿真運(yùn)行效果圖如圖 52所示。 基于單片機(jī)的簡(jiǎn)易計(jì)算 器設(shè)計(jì)論文 23 圖 52 系統(tǒng)減法運(yùn)算仿真效果圖 系統(tǒng)完成減法運(yùn)算的運(yùn)行效果圖 52所示，減數(shù)和被減數(shù)分別為 456和 123，完成運(yùn)算符為減法運(yùn)算，運(yùn)算得出的結(jié)果為 333，經(jīng)驗(yàn)證運(yùn)算結(jié)果正確，液晶顯示內(nèi)容和實(shí)際運(yùn)算輸出數(shù)字及運(yùn)算符完全一致，系統(tǒng)減法運(yùn)算仿真運(yùn)行正確無(wú)誤。 系統(tǒng)完成乘法運(yùn)算的仿真運(yùn)行效果圖如圖 53所示。 圖 53 系統(tǒng)乘法運(yùn)算仿真效果圖 系統(tǒng)完成乘法運(yùn)算的運(yùn)行效果圖 53所示，乘數(shù)和被乘數(shù)分別為 45 和 2，完成運(yùn)算符為乘法運(yùn)算，運(yùn)算得出的結(jié)果為 90，經(jīng)驗(yàn)證運(yùn)算結(jié)果正確，液晶顯示內(nèi)容和實(shí)際運(yùn)算輸出數(shù)字及運(yùn)算符完全一致，系統(tǒng)乘法運(yùn)算仿真運(yùn)行正確無(wú)誤。 系統(tǒng)完成除法運(yùn)算的仿真運(yùn) 行效果圖如圖 54所示。 基于單片機(jī)的簡(jiǎn)易計(jì)算 器設(shè)計(jì)論文 24 圖 54 系統(tǒng)除法運(yùn)算運(yùn)行仿真圖 系統(tǒng)完成除法運(yùn)算的運(yùn)行效果圖 54所示，除數(shù)和被除數(shù)分別為 10000 和 5，完成運(yùn)算符為除法運(yùn)算，運(yùn)算得出的結(jié)果為 2021，經(jīng)驗(yàn)證運(yùn)算結(jié)果正確，液晶顯示內(nèi)容和實(shí)際運(yùn)算輸出數(shù)字及運(yùn)算符完全一致，系統(tǒng)除法運(yùn)算仿真運(yùn)行正確無(wú)誤。 基于單片機(jī)的簡(jiǎn)易計(jì)算 器設(shè)計(jì)