【文章內(nèi)容簡介】 停止。 基于單片機的簡易計算 器設(shè)計論文 15 系統(tǒng)顯示電路設(shè)計 系統(tǒng)顯示器件選擇 目前市場上的計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，由于簡易計算器的 運算符號種類較少，因而考慮到 OLED 段碼液晶屏的價格相對較 低，在一些簡單的計算器上應(yīng)用較多。 LED 數(shù)碼管顯示屏，近年來隨著 LED 技術(shù)的發(fā)展， LED 數(shù)碼管應(yīng)用場合也逐漸增 多， LED 數(shù)碼管顯示亮度較高，同時 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，顯示效果會有輕微的閃爍，長時間觀看不利于眼睛的保護。 LCD 液晶屏，目前市場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，現(xiàn)在字符型液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機應(yīng)用設(shè)計中最常用的信息顯示 器件 ；中文漢字液晶屏體積尺寸較大，同時價格較貴，考慮到價格和體積因素，字符型 LCD 液晶更適合本系統(tǒng)設(shè)計的需要，采用 LCD液晶顯示價格適中，顯示效果穩(wěn)定，不足是亮度效果會相對降低 。 綜合以上幾種顯示器件的優(yōu)缺點，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 系統(tǒng)顯示電路主要包括單片機控制器、單片機 P0 口上拉電阻、 LCD1602 液晶顯示器和對比度調(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的簡易計算 器設(shè)計論文 16 用 DC5V 電壓供電，此處 VCC 接 5V 電壓， 3 腳為液晶顯示器的對比度調(diào)節(jié)引腳，通過電阻 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，可通過改變此電阻的阻值大小來調(diào)節(jié)液晶的對比度； 4腳、 5腳、 6 腳為液晶片選控制引腳，分別連接到單片機的 P2 P2 P27 端口， 7~14 腳為數(shù)據(jù)接口，與單片機的P0口相連實現(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)矩陣鍵盤輸入電路設(shè)計 按鍵輸入電路用來完成密碼的輸入和修改，按鍵輸入電路采用 4*4 矩陣鍵盤實現(xiàn)，矩陣鍵盤電路如圖 35所示。 圖 35 系統(tǒng)矩陣鍵盤輸入電路 系統(tǒng)矩陣鍵盤對應(yīng)按鍵功能如圖 36所示。 圖 36系統(tǒng)矩陣鍵盤按鍵功能說明 如上表所示， 09位數(shù)字鍵，當運算時按下對應(yīng)數(shù)字的按鍵即可輸入相應(yīng)數(shù)字，符號鍵“＋”“ ”“ *”“ /”“ =”號對應(yīng)計算器的運算功能鍵，當輸入完相應(yīng)的數(shù)字后按下對應(yīng)的運算符后即可執(zhí)行相應(yīng)的計算操作，清除鍵指的是當運算過程中如果操作錯誤可以按下清除鍵完成對本次運算的清除 功能，按下清除鍵以后即可進行再次運算操作。 基于單片機的簡易計算 器設(shè)計論文 17 系統(tǒng)整體電路設(shè)計分析 當系統(tǒng)各部分電路設(shè)計完成后，需要對各部分電路進行總體匯總，然后對完整的電路進行可行性分析論證，在保證系統(tǒng)電路的完整性和可靠性的前提下方可進行下一步的軟件設(shè)計以及成品組裝，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，矩陣鍵盤輸入電路，單片機最小系統(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，因為單片機系統(tǒng)需要在比較穩(wěn)定的 5V電壓系 統(tǒng)下工作，因而要想保證整個系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可靠的運行，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)；考慮到計算器輸入鍵盤部分由 09共 10個數(shù)字鍵， 5個運算符號鍵，一個清除鍵，共需要 16 個按鍵，因而系統(tǒng)設(shè)計鍵盤輸入部分采用 4*4 的矩陣鍵盤，共16個按鍵完成；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個字符，可以很好的滿足系統(tǒng)設(shè)計的要求。基于單片機的簡易計算 器設(shè)計論文 18 第四章 計算器的軟件系統(tǒng)設(shè)計 系統(tǒng)軟件編程環(huán)境介紹 系統(tǒng)軟件設(shè)計采用 C語言編程，編譯環(huán)境為 Keil。 Keil c51 是美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機 C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，和匯編相比， C 在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。 Keil c51 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全 Windows 界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到 Keil c51 生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。 Keil C51 可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試 、仿真等整個開發(fā)流程。開發(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可執(zhí)行的二進制文件（ .HEX），然后通過單片機的燒寫軟件將 HEX 文件燒入單片機內(nèi)。 軟件主要三個方面：一是初始化系統(tǒng)；二是數(shù)據(jù)采集；三是數(shù)據(jù)處理并進行顯示。這三個方面的操作分別在主程序中來進行。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、鍵盤掃描、運算的執(zhí)行以及液晶的顯示等，系統(tǒng)主程序流程 圖如圖 41 所示。 基于單片機的簡易計算 器設(shè)計論文 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，當系統(tǒng)上電后首先完成各個組件的初始化，一個系開始 系統(tǒng)初始化 液晶顯示輸入數(shù)字和運算符 判斷是否按下“ =”號鍵？ 執(zhí)行運算操作顯示計算結(jié)果 是 否 否 是 判斷是否按下清除鍵？ 是 是 是 否 基于單片機的簡易計算 器設(shè)計論文 20 統(tǒng)的初始化是程序運行必不可少的環(huán)節(jié)，系統(tǒng)初始化部分主要包括：單片機初始化、液晶顯示初始化、矩陣鍵盤初始化等；初始化完成以后系統(tǒng)首先要掃描矩陣鍵盤，通過判斷矩陣鍵盤對應(yīng)的單片機 IO 端口是否發(fā)生變化來判斷是否進入有效的運算操作， 當按鍵掃描到有按鍵輸入時，單片機通過鍵盤鍵值的判斷來確定輸入的是數(shù)字還是運算符，同時通過控制液晶屏實時顯示輸入的運算數(shù)字和運算符，當單片機判斷到有“ =”鍵按下后開始執(zhí)行運算符前后數(shù)字的相應(yīng)運算，然后把運算的結(jié)果顯示在液晶屏的“ =”符之后。此時如果系統(tǒng)檢測到清除功能鍵按下則系統(tǒng)返回到按鍵掃描狀態(tài)，如果沒有清除鍵按下，則一直保留此次運算的狀態(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檢測矩陣鍵盤所接的單片機 IO 端口的電平變化來實現(xiàn)。矩陣 鍵盤電路設(shè)計成 4X4 矩 陣式，在程序中可以先判斷按鍵編碼，然后根據(jù)編碼將鍵盤代表的數(shù)值送到相應(yīng)的存儲單元，再進行功能選擇或數(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，通過單片機控制液晶的讀寫操作來完成顯示字符的更新。按鍵掃描子程序流程圖如圖 42所示。 開始 基于單片機的簡易計算 器設(shè)計論文 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 過對矩陣鍵盤行列掃描的方式實現(xiàn)的，系統(tǒng)首先對行進行掃描，檢測出 4 行當中是否有一行對應(yīng)的端口電平發(fā)生變化，如果有則進行列的掃描，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出來，此時單片機就可以通過對端口電平的變化來判斷出所按下的按鍵具體位置，然后即可記錄下對應(yīng)按鍵所對應(yīng)的數(shù)字或者符號，如此循環(huán)檢測即可完成按鍵的掃描工作。 鍵盤端口電平初始化 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？ 基于單片機的簡易計算 器設(shè)計論文 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 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，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前比較好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發(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)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺，其處理器模型支持 805 HC1 PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC3AVR、 ARM、 8086 和 MSP430 等 多種型號的單片機 。 系統(tǒng)仿真結(jié)果分析 系統(tǒng)完成加法運算的仿真運行效果圖如圖 51所示。 圖 51系統(tǒng)運行仿真效果圖 系統(tǒng)完成加法運算的運行效果圖 51所示，加數(shù)分別為 123 和 56，完成運算符為加法運算，運算得出的結(jié)果為 179，經(jīng)驗證運算結(jié)果正確，液晶顯示內(nèi)容和實際運算輸出數(shù)字及運算符完全一致，系統(tǒng)加法運算仿真運行正確無誤。 系統(tǒng)完成減法運算的仿真運行效果圖如圖 52所示。 基于單片機的簡易計算 器設(shè)計論文 23 圖 52 系統(tǒng)減法運算仿真效果圖 系統(tǒng)完成減法運算的運行效果圖 52所示，減數(shù)和被減數(shù)分別為 456和 123，完成運算符為減法運算，運算得出的結(jié)果為 333，經(jīng)驗證運算結(jié)果正確，液晶顯示內(nèi)容和實際運算輸出數(shù)字及運算符完全一致，系統(tǒng)減法運算仿真運行正確無誤。 系統(tǒng)完成乘法運算的仿真運行效果圖如圖 53所示。 圖 53 系統(tǒng)乘法運算仿真效果圖 系統(tǒng)完成乘法運算的運行效果圖 53所示，乘數(shù)和被乘數(shù)分別為 45 和 2，完成運算符為乘法運算，運算得出的結(jié)果為 90，經(jīng)驗證運算結(jié)果正確，液晶顯示內(nèi)容和實際運算輸出數(shù)字及運算符完全一致，系統(tǒng)乘法運算仿真運行正確無誤。 系統(tǒng)完成除法運算的仿真運 行效果圖如圖 54所示。 基于單片機的簡易計算 器設(shè)計論文 24 圖 54 系統(tǒng)除法運算運行仿真圖 系統(tǒng)完成除法運算的運行效果圖 54所示，除數(shù)和被除數(shù)分別為 10000 和 5，完成運算符為除法運算，運算得出的結(jié)果為 2021，經(jīng)驗證運算結(jié)果正確，液晶顯示內(nèi)容和實際運算輸出數(shù)字及運算符完全一致，系統(tǒng)除法運算仿真運行正確無誤。 基于單片機的簡易計算 器設(shè)計