【正文】 備及電子配件通過人 工或機器設(shè)備。高級計算器和只讀存儲器由微處理器來實現(xiàn)各種復(fù)雜的計算程序，有更多的隨機存取記憶體單元來存儲程序和數(shù)據(jù)輸入。為了減少計算器的大小，一鍵常常有多種功能。除了顯示的結(jié)果，但也經(jīng)常會有溢出指示，錯誤指示。為了節(jié)約能源，計算器生 產(chǎn)大規(guī)模集成電路采用 CMOS 工藝（互補型金屬 氧化物 半導(dǎo)體集成電路），內(nèi)部配備掉電定時器電路不自動操作。 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文） 5 這次設(shè)計是多功能計算器的設(shè)計，所以它實現(xiàn)的不僅僅是簡單的運算，還添加了電子表的功能，其主要實現(xiàn)功能如下所述： 本設(shè)計為基于單片機的多功能計算器的設(shè)計，它的基本功能是進行四則運算“加”、“減”、“乘”、“除”； 進行基本的四則運算，鍵盤由 16 個鍵組成，其中包含數(shù)字鍵 0～ 9，符號鍵“ +”、“ ”、“ *”、“ /”、“ =”和清零鍵； 設(shè)計運算的過程中的數(shù)字和符號在顯示器上都需要顯示，按下“ =”號鍵時，計算結(jié)果自動顯示出來； 可以連續(xù)多次的運算，也就是說前面計算所得的結(jié)果還可以作為后面運算的第一個值； 錯誤提示，例如除數(shù)為 0，或者運算結(jié)果超過了計算器本身設(shè)定的范圍時 (溢出 )，可以在顯示器上提示錯誤并內(nèi)部歸零； 附加功能：在以上幾點完成的情況下對系統(tǒng)進行下一步的擴展，增加了時鐘芯片，這樣系統(tǒng)既可以作為計算器，也可作為電子表，電子表具有調(diào)時。 單片機的選擇 在前面我們已經(jīng)介紹了 AT89C 系列的單片機，本設(shè)計中我們采用 AT89C52 單片機，它的性能好，價格低。 按鍵及鍵掃電路 單片機 復(fù)位、晶振電路 顯示電路 實時時鐘電路 電源系統(tǒng) 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文） 7 圖 32 AT89C52引腳圖 晶振電路的設(shè)計 本次設(shè)計的系統(tǒng)對于時間要求不是很高， 只要按圖來進行設(shè)計就可以使系統(tǒng)可靠起振并運行的穩(wěn)定。晶振電路的設(shè)計如下圖 33 所示。當程序運行出錯或操作錯誤導(dǎo)致系統(tǒng)死鎖狀態(tài)時，為了讓系統(tǒng)化險為夷，需要按復(fù)第三章 計算器的硬件系統(tǒng)設(shè)計 8 位鍵重新啟動單片機。這次設(shè)計中，手動復(fù)位明顯比加電復(fù)位更適合，所以在這里采用按鍵手動復(fù)位中的按鍵電平復(fù)位，電路設(shè)計如圖 34 所示。 矩陣式鍵盤的硬件結(jié)構(gòu)比較簡單，有行輸出口和列輸出口構(gòu)成行列式鍵盤，按鍵設(shè)置在行、列的交點上。 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文） 9 圖 35 鍵盤接口電路 單片機應(yīng)用系統(tǒng)中常用的 LED 顯示器件有 LED 數(shù)碼管顯示器和 LED 液晶顯示器兩種。 這次設(shè)計進行的是計算器設(shè)計，如果用液晶作為顯示器，兩行就足夠了，一行顯示算式，一行顯示結(jié)果，所以這次設(shè)計選擇 TC1602 字符型液晶模塊進行顯示。它包含 16 個引腳，引腳功能如下表 32： 表 32 TC1602顯示模塊 第 1 腳 GND 電源地 第 2 腳 Vcc 接 +5V電源 第 3 腳 VL 液晶顯示器調(diào)整對比度端 第 4 腳 RS 寄存器選擇信號線。 BLA 接正， BLK 接負便會點亮背光燈 TC1602 引腳電路圖如圖 36 所示： 圖 36 TC1602電路圖 圖中 7～ 14 腳接單片機的 P0 口。 DS1302 實時時鐘電路的設(shè)計 在這次設(shè)計中， DS1302 時鐘電路是系統(tǒng) 擴展的一個模塊，屬于附加功能，它跟計算器是不屬于一個部分的，在上學(xué)期創(chuàng)新設(shè)計的基礎(chǔ)上，我多添加了這個模塊，這樣我的計算器除了計算功能外，還多了一項電子表的功能，使系統(tǒng)功能完善了許多。 實時時鐘電路 DS1302的 主要特點是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可 以為 電源提供可編程的充電功能，并且 還 可以關(guān)閉充電功能 ， 采用普通 晶振 ， 工作電壓為 ～。但是這次設(shè)計，我設(shè)計的只是電子表，所以只需要時、分、秒，很多功能不可以體現(xiàn)出來，我準備在以后對系統(tǒng)進一步擴展，比如可以做個萬年歷，這樣時鐘芯片就可以得到充分的利用。設(shè)置方法如下：首先按設(shè)置鍵 1 下，可按“ +”、“ ”對“小時”進行設(shè)置，設(shè)置完畢按確認鍵退出；和前面一樣，按設(shè)置鍵 2下對“分”進行設(shè)置，按設(shè)置鍵 3下對“秒”進行設(shè)置。通過 的概述，這次設(shè)計我選擇用 C 語言進行編程。在進行單片機的應(yīng)用系統(tǒng)程序設(shè)計時，常見的有匯編語言和 C 語言兩種。如今單片機的發(fā)展水平已經(jīng)達到了一定高度，內(nèi)部資源相當豐富， CPU 的處理速度非?？?。所以在這次設(shè)計中我選擇 C 語言來編寫程序代碼。 uchar rrr=0xff。 uchar love[14]。 unsigned long data1=0,data2=0,data3=0,ddata=0。 void display(uchar)。 void clear(void)。 void remove0(void)。 void main() { init()。 delay()。} } } 主模塊是可以說是本次設(shè)計的主框架。它的好壞直接影響到程序最終功能的實現(xiàn)。 第四章 計算器的軟件系統(tǒng)設(shè)計 14 N Y N Y 圖 41 主模塊程序流程圖 矩陣按鍵掃描程序是用來節(jié)省 I/O 口的，它可以根據(jù)按鍵數(shù)目的多少來節(jié)省對應(yīng)的 I/O口。 鍵盤掃描子程序應(yīng)具有以下功能： （ 1）如果鍵有按下，就計算鍵值。 開始 初始化液晶屏、 DS1302 及相關(guān)變量 計算模式 判斷模式切換鍵是否按下 電子表模式 判斷模式切換鍵是否按下 返回 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文） 15 （ 2）去除按鍵抖動。在實際應(yīng)用中，應(yīng)大于 20ms，否則，就會發(fā)生按一次做多次處理的情況，從而程序不能正常執(zhí)行 。首先要計算出閉合鍵的鍵值，然后對按鍵判斷是否釋放。 (4)命令處理。 開始 是否有鍵按下 消抖 確實有鍵按下 判斷并計算鍵號，執(zhí)行相應(yīng)命令 按鍵是否釋放 返回 第四章 計算器的軟件系統(tǒng)設(shè)計 16 在這個模塊中，我要實現(xiàn)“加”、“減”、“乘”、“除”四種整數(shù)的運算，需要定義三個數(shù)： x、 y、 z ，類型為長整型（ 2147485648～ +2147485647）；其中 x為第一個數(shù)， y為第二個數(shù)， z 為兩數(shù)運算的結(jié)果。 在運算中 x的值有可能是負數(shù)，而 y必定是正數(shù)，所以我在進行“加”、“減”、“乘”三種運算時都可能會有溢出，都需要進行報錯；在除法運算時，若除數(shù)為 0，也需要報錯。為了阻止這種情況的發(fā)生，這次設(shè)計規(guī)定了當z + 或 z 時，結(jié)果顯示不保留小數(shù)；當 z+ 或z 時，結(jié)果顯示保留四位小數(shù)。 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文） 17 N Y Y N 圖 43 運算模塊程序流程圖 在這次 設(shè)計中，顯示器上只需要顯示數(shù)字和符號，不需要顯示圖形或者漢字，而且需要顯示的數(shù)字和符號都有在 TC1602 液晶模塊內(nèi)置的字符發(fā)生存儲器里，在編程時，通過開始 判斷是哪個運算符 加 減 乘 除 除數(shù)是否為0 運算結(jié)果是否溢出 數(shù)值送顯示緩沖區(qū) 錯誤信息送顯示緩沖區(qū) 第四章 計算器的軟件系統(tǒng)設(shè)計 18 查表就可得到相應(yīng)字符的代碼。 N Y Y N Y 圖 44 顯示程序流程圖 在這個模塊中，我們需要了解液晶的基本操作時序 —— 寫指令和寫數(shù)據(jù)。寫數(shù)據(jù)：輸入： RS=H， RW=L，D0~D7=數(shù)據(jù)， E=高脈沖；輸出：無。在本設(shè)計中 ，我只用到了時間，所以我在這里就只對時間寄存器進行解釋，時（ 85H、 84H）、分（ 83H、 82H）、秒（ 81H、 82H）寄存器及控制寄存器（ 8FH、 8EH）介紹如表 41 所示。當 WP 為 1 時，禁止對任一寄存器進行寫操作，也就是說在電路上電的初始態(tài)WP 為 1，必須先將它置為 0，才可進行寫操作。 例如，執(zhí)行以下語句，就在時鐘芯片中寫入了時間 —— 11:20:05。 //去保護 write_ds1302(0x84,0x12)。 //寫分鐘， 20 分 write_ds1302(0x80,0x01)。 //寫完后，上保護 DS1302 時鐘程序流程圖如圖 45 所示。 （ 2）有的變量所定義的類型錯誤，雖然程序沒有錯誤，但仿真后結(jié)果錯誤。 （ 4）事先定義的芯片引腳與仿真圖中引腳不是同一個。這是因為系統(tǒng)本身定義的是長整型，而此結(jié)果已經(jīng)溢出，不屬于長整型了，我們一眼就能看出是溢出，應(yīng)該提示 錯誤信息，但是計算機不能，所以在編寫程序時不能直接判斷運算結(jié)果是否大于長整型，而應(yīng)該間接判斷，判斷方法在運算模塊的設(shè)計中已講解過。 Protues 仿真如圖 51 所示。 焊接好后要做的就是進行調(diào)試，這個過程中遇到的問題如下： （ 1）通過 STCISP 軟件把在 Keil 中生成的 .hex 文件加載到單片機中，開機，進行運算，發(fā)現(xiàn)液晶屏點亮但不顯示任何數(shù)據(jù)，經(jīng)過對電路的檢查，發(fā)現(xiàn)本應(yīng)接地液晶第 3 腳（ VL）接到了電源端，改正后液晶可以顯示。 經(jīng)過多 次的調(diào)試，我的計算器終于能達到同仿真時一樣的效果了。 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文） 23 圖 52 計算器實物圖 計算器進行各種運算的截圖如圖 53所示。 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文） 25 第六章 總結(jié)和展望 我的題目是多功能計算器的設(shè)計，對于我們這些實踐中的新手來說，這是一次考驗。通過這次課程設(shè)計使我學(xué)到很多很多東西，學(xué)會了如何讓去制定計劃，如何去實現(xiàn)這個計劃，而且掌握了在執(zhí)行過程中如何去克服心理上的不良情緒。同時通過這次設(shè)計，我體會到了大學(xué)四年學(xué)習(xí)中存在的不足，例如沒有深刻的理解以前老師教過的知識，沒有系統(tǒng)的掌握所學(xué)內(nèi)容，對 C 語言的運用能力也很差。在實物焊接的后期我還是遇到了一些困擾，因為如何把時間顯示在液晶顯示器上而不影響計算器本省運算功能的操作出現(xiàn)了問題，但最終經(jīng)過我的深思熟慮還是巧妙的化解了這個難題。通過這次畢業(yè)設(shè)計使我懂得了要把理論上學(xué)會的東西與實際中的結(jié)合起來，只有把二者合起來，通過 理論得出結(jié)論，才能提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力，更好的為社會服務(wù)。現(xiàn)在市場上的計算器功能都很多，我只能完成其中的一小部分，限于個人水平、時間及條件的限制，這次畢業(yè)設(shè)計我也只能做到那么多。 參考文獻 26 參考文獻 [1] 何立民 .MCS