于单片机的简易计算器设计 是统编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能 用于存放用户数据，所以，用户能使用的只有个，可存放读写的数据， 运算的中间结果或用户定义的字型表。 图 程序存储器 共有个位掩膜，用于存放用户程序，原始数据或表格。 定时计数器 有两个位的可编程定时计数器，以实现定时或计数产生中断用 于控制程序转向。 基于单片机的简易计算器设计 并行输入输出口 共有组位口或，用于对外部数据的传输。 全双工串行口 内置个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送， 该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。 中断系统 具备较完善的中断功能，有两个外中断两个定时计数器中断和个 串行中断，可满足不同的控制要求，并具有级的优先级别选择。 时钟电路 内置最高频率达的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉 冲时序，但单片机需外置振荡电容。 单片机的结构有两种类型，种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即 哈佛结构，另种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储 器合二为的结构，即普林斯顿结构。的系列单片机 采用的是哈佛结构的形式，而后续产品位的系列单片机则采用普林 斯顿结构。 基于单片机的简易计算器设计 下图是系列单片机的内部结构示意图。 图 的引脚说明 系列单片机中的及均采用封装的双列直接 结构，右图是它们的引脚配置，个引脚中，正电源和地线两根，外置石 英振荡器的时钟线两根，组位共个口，中断口线与口线复用。现 在我们对这些引脚的功能加以说明， 的引脚说明。 基于单片机的简易计算器设计 系列单片机中的及均采用封装的双列直接 结构，右图是它们的引脚配置，个引脚中，正电源和地线两根，外置石 英振荡器的时钟线两根，组位共个口，中断口线与口线复用。现 在我们对这些引脚的功能加以说明 图 复位信号复用脚，当通电，时钟电路开始工作，在 引脚上出现个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。 初始化后，程序计数器指向，输出口全部为高电平，堆栈 指针写入，其它专用寄存器被清。由高电平下降为低电平后，系 基于单片机的简易计算器设计 统即从地址开始执行程序。然而，初始复位不改变包括工作寄存 器的状态，的初始态。 的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，见下图。此外， 还是复用脚，掉电其间，此脚可接上备用电源，以保证单片机 内部的数据不丢失。 图 当访问外部程序器时，地址锁存的输出用于锁存地址 的低位字节。而访问内部程序存储器时，端将有个时钟频率的正脉冲基于单片机的简易计算器设计 信号，这个信号可以用于识别单片机是否工作，也可以当作个时钟向外输出。 更有个特点，当访问外部程序存储器，会跳过个脉冲。 如果单片机是，在编程其间，将用于输入编程脉冲。 当访问外部程序存储器时，此脚输出负脉冲选通信号，的 位地址数据将出现在和口上，外部程序存储器则把指令数据放到口上， 由读入并执行。 程序存储器的内外部选通线，和单片机，内置有 的程序存储器，当为高电平并且程序地址小于时，读取内部程序存 储器指令数据，而超过地址则读取外部指令数据。如为低电平，则不管 地址大小，律读取外部程序存储器指令。显然，对内部无程序存储器的, 端必须接地。 在编程时，脚还需加上的编程电压。 基于单片机的简易计算器设计 相关知识 数码管显示 在本任务中用位数码管显示当前数值的千，百，十，个，由于数码管个 数多，如采用静态显示方式，则占用单片机的口线太多，如果用定时器计 数器的串行移位寄存器工作方式及外接串入并出移位寄存器的方式，则 电路复杂。所以，在数码管个数较多时，常采用动态显示方字节。而访问内部程序存储器时，端将有个时钟频率的正脉冲基于单片机的简易计算器设计 信号，这个信号可以用于识别单片机是否工作，也可以当作个时钟向外输出。 更有个特点，当访问外部程序存储器，会跳过个脉冲。 如果单片机是，在编程其间，将用于输入编程脉冲。 当访问外部程序存储器时，此脚输出负脉冲选通信号，的 位地址数据将出现在和口上，外部程序存储器则把指令数据放到口上， 由读入并执行。 程序存储器的内外部选通线，和单片机，内置有 的程序存储器，当为高电平并且程序地址小于时，读取内部程序存 储器指令数据，而超过地址则读取外部指令数据。如为低电平，则不管 地址大小，律读取外部程序存储器指令。显然，对内部无程序存储器的, 端必须接地。 在编程时，脚还需加上的编程电压。 基于单片机的简易计算器设计 相关知识 数码管显示 在本任务中用位数码管显示当前数值的千，百，十，个，由于数码管个 数多，如采用静态显示方式，则占用单片机的口线太多，如果用定时器计 数器的串行移位寄存器工作方式及外接串入并出移位寄存器的方式，则 电路复杂。所以，在数码管个数较多时，常采用动态显示方式。 如图所示为单片机应用系统中的种数码管动态显示电路图，位数码 管的相同段并联在起，由个位口输出字形码控制显示字形， 每个数码管的公共端由另外个口口输出的字位码控制，即数码管显 示的字形是由单片机口输出的字形码确定，而哪个数码管点亮是由单片机 口输出的字位码确定的。个数码管分时轮流循环点亮，在同时刻只有 个数码管点亮，但由于数码管具有余辉特性及人眼具有视觉暂留特性，所以适当 地选取循环扫描频率，看上去所有数码管是同时点亮的，察觉不出闪烁现象。动 态显示方式所接数码管不能太多，否则会因每个数码管所分配的实际导通时间太 少，使得数码管的亮度不足。在本任务中，为了简便，字形码和字位码都没由加 驱动电路，在实际应用中应加驱动电路。数码管有共阴极和共阳极两种，对于共 阳数码管，字形驱动输出有效，字位驱动输出有效而对于共阴数码管则相 反，即字形驱动输出有效，字位驱动输出有效。 基于单片机的简易计算器设计 矩阵按键 键盘是单片机系统中最常用的人机对话输入设备，用户通过键盘向单片机输 入数据或指令。键盘控制程序需完成的任务有监测是否有键按下，有键按下时， 在无硬件去抖的动电路时，应用软件延时方法消除按键抖动影响当有多个键同 时按下时，只处理个按键，不管次按键持续多长时间，仅执行次按键功能 程序。 矩阵按键扫描程序是种节省口的方法,按键数目越多节省口就越可 观，思路先判断列行是否有按键按下，再判断该行列是那只键 按下。但是，在程序的写法上，采用了最简单的方法，使得程序效率最高。本程 序中，如果检测到键按下了，就不再检测其它的按键，这完全能满足绝大多数 需要，又能节省大量的时间。 本键盘扫描程序的优点在于不用专门的按键延时程序，提高了效率， 也不用中断来扫描键盘，节省了硬件资源。另外，本键盘扫描程序，每次扫描占 用时最短，不论有键按下或者无键按下都可以在很短的时间完成次扫描。 本键盘扫描子程序名叫，每次要扫描时用调用即可。 基于单片机的简易计算器设计 计算器硬件电路设计 单片机的口作键盘口，其中为键盘扫描输出线， 为键盘扫描输入线。键盘由共个按键组成，个数字键由组成 个运算符号加减乘除等于组成，个清除键作用相当于整体复位。个 数码管用于显示当前数值的千，百，十，个，采用动态显示方式，口接个 数码管的七段，口分别接个数码管的公共端，口输出数码管的字形码， 口输出数码管的字位码。 基于单片机的简易计算器设计 计算器程序设计 存储单元分配 单元数值个位显示单元单元数值十位显示单元单元数 值百位显示单元单元数值千位显示单元单元第操作数存储单 元单元第二操作数存储单元单元键值暂存单元单元清 除键状态单元结果数据转换暂存单元单元结果高低 位暂存单元单元操作数计数单元单元操作数数值位数计数单元 单元运算符号存储单元。 主程序设计 主程序进行程序中用到的些存储单元的初始化，数值显示和键盘扫描。 首先，进行存储单元初始化，给数码管显示单元赋予字形数据， 将数值计数单元，存储单元赋予初值 零。之后，调用键盘扫描子程序，和数码管显示数据转换程序，数码管动态显示 子程序。主程序不断进行键盘扫描，数码管显示数据转换子程序和动态显示子程 序。 基于单片机的简易计算器设计 数码管显示数据转换子程序 由于数值单元存放的是二进制数，而用户熟悉的是十进制数，所以应将数值 单元中的二进制转换为十进制数，即码。要通过数码管显示出当前数值，还 必须将码进步转换为七段码，转换的最终结果数据存放于显示缓冲区 单元中，其中单元存放数值的个位七段码，单元存放数值的十 位七段码，单元存放数值的百位七段码，单元存放数值的千位七段码。 数码管动态显示子程序 本任务由口输出字形码，口输出字位码。先将存放于单元的数值 个位七段码由口输出，同时口输出使数值个位显示数码管点亮的字位码。 由于采用的是共阳数码管，所以只有该位数码管对应的为，其他位 位，点亮延时。然后口输出数值十位七段码，位， 数值十位数码管点亮，延时。接着口输出数值百位七段码，为， 数值百位数码管点亮，延时。最后口输出数值千位七段码，为， 数值千位数码管点亮，延时。 基于单片机的简易计算器设计 系统硬件设计 选用设备单片机片选用设备弹片机片，键盘个，位共 阳极的七段数码管个，连线若干。 系统总框图如下 基于单片机的简易计算器设计 计算器硬件线路图 图 基于单片机的简易计算器设计 系统工作原理 首先赋予显示缓冲初始值，并把数据存储单元清零。 主程序调用键盘扫描子程序，判断键值，是数字第次直接赋予 单元，如是第二次输入数字，则把第次值乘十后与第二次值相加，结果 存