嵌入式计算器

嵌入式计算器xxxxx学院课程结业论文论文题目：简易计算器设计论文姓名： xxx所在院系： xxxxxxxxx班级： xxxx学号： xxx指导教师： xxxxxxxx二〇一七年五月摘要随着电子科技技术的不断发展在当今社会计算器已深入人们生活中给人们的生活带来了方便推动了社会的发展。

我们主要制作通过采用ARM中的LPC2103芯片为主控单元设计一个能够实现整数的加、减、乘、除基本计算功能的简易计算器。

而且要通过 4*4 矩阵键盘输入数值和计算符号来进行运算利用八位数码管进行动态显示。

关键词ARM LPC2103 4*4 键盘计算器：加、减、乘、除数码管动态显示目录一、引言 (3)二、原理与总体方案 (4)2.1 系统整体流程图 (5)2.2 程序运行流程图 (6)2.3 仿真电路图设计 (7)2.4加法仿真 (7)2.5 减法仿真 (8)2.6乘法仿真 (9)2.7除法仿真 (10)三、硬件设计 (10)3.1元件清单 (10)3.2 键盘接口电路 (11)3.3显示模块: (12)3.4各模块的特性与作用 (13)3.4.1 LPC2103的特性及引脚功能 (13)3.4.2 数字式键盘的特性 (14)3.4.3 MM74C922的特性及其引脚功能： (15)四、部分模块程序 (15)4.1 LED显示模块 (15)4.2矩阵模块 (16)4.3算术运算模块 (17)五、心得体会 (27)六、致谢 (28)七、参考文献 (28)一、引言LPC2000系列基于一个支持实时仿真的ARM7TDMI-S CPU，并带有8kB 和32kB 嵌入的高速Flash 存储器。

128 位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32 位代码能够在最大时钟速率下运行。

这可以使得中断服务程序和DSP 算法中重要功能的性能较Thumb 模式提高30。

对代码规模有严格控制的应用可使用16位Thumb模式将代码规模降低超过30%，而性能的损失却很小。

由于LPC2000 非常小的尺寸和极低的功耗，它们非常适合于那些将小型化作为主要要求的应用，多个UART、SPI 到SSP 总线组成的混合串行通信接口和片内2kB/4kB/8kB 的SRAM 一起作用，可使得LPC2101/2102/2103 非常适合用来实现通信网关和协议转换器、数学协处理器以及足够大空间的缓冲区的强大处理功能。

而多个32 16位的定时器、一个经改良后的10 位ADC、PWM特性(通过所有定时器上的一个输出匹配来实现)和 32 个快速 GPIO(含有多达个边沿或电平有效的外部中断管脚)使它们特别适用于工业控制和医疗系统。

近几年，随着大规模集成电路的发展，各种便携式嵌入式设备，具有十分广阔的市场前景。

在嵌入式系统中，数据和命令通过网络接口或串行口经过ARM程序处理后，或显示在 LED 上，或传输到远端 PC 上。

本次通过LPC2103 芯片完成的简易计算器，目的是彻底理解和掌握LPC2103和C语言的汇编及仿真软件Proteus的使用。

二、原理与总体方案主程序在初始化后调用键盘程序，再判断返回的值。

若为数字0—9，则根据按键的次数进行保存和显示处理。

若为功能键，则先判断上次的功能键，根据代号执行不同功能，并将按键次数清零。

程序中键盘部分使用行列式扫描原理，若无键按下则调用动态显示程序，并继续检测键盘；若有键按下则得其键值，并通过查表转换为数字0—9和功能键与清零键的代号。

最后将计算结果拆分成个、十、百位，再返回主程序继续检测键盘并显示；若为清零键，则返回主程序的最开始。

电路设计与原理：通过LPC2103芯片进行相应的设置来控制LED显示器。

而通过对键盘上的值进行扫描，把相应的键值通过MM74C922芯片进行运算从而让ARM芯片接收。

2.1 系统整体流程图2.2 程序运行流程图2.3 仿真电路图设计2.4加法仿真2+3=5 2.5 减法仿真9-6=34*6=2456/8=7三、硬件设计3.1元件清单器件件数LPC2103 1个七段数码管1个3.2 键盘接口电路计算器输入数字和其他功能按键要用到很多按键，如果采用独立按键的方式，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。

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。

矩阵键盘的工作原理：计算器的键盘布局如图3-1所示：一般有16个键组成，在单片机中正好可以用一个P口实现16个按键功能，这种形式在单片机系统中也最常用。

图3-1 矩阵键盘布局图电路中采用4*4键盘作为输入电路模块的话，电路连线会比较简单，而且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。

但是在硬件电路设计的过程中，实验室没有提供矩阵键盘，所以我们将4*4的矩阵键盘换成了16个独立按键。

采用独立按键的方式的话，会占用大量的I/O 口资源，但是在这种情况下，编程会很简单。

图3-2 矩阵键盘内部电路图3.3显示模块:本设计采用共阳极的七段数码管LED1显示输出数据。

通过D0-D7引脚向LED1写指令字或写数据以使LED1实现不同的功能或显示相应数据。

LED1管脚图如图3-3所示。

图3-3 LED1管脚图3.4各模块的特性与作用3.4.1 LPC2103的特性及引脚功能LPC2013系列基于一个支持实时仿真的ARM7TDMI-S CPU，并带有8kB 和32kB 嵌入的高速Flash 存储器。

128 位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32 位代码能够在最大时钟速率下运行，并具有广泛应用。

含向量中断控制器,多个串行接口,两个三十二位定时器,片内晶振的操作频率范围：10MHZ-25MHZ,两个低功耗模式：空闲和掉电.CPU操作电压范围：1.65V-1.95V图3-4 LPC2103管脚图管脚说明：V3、V18：供电电压Vss、DBGSEL:接地XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：来自反向振荡器的输出。

P0.0-P0.14作为GPIO接口，P0.15作为EINT2接口。

3.4.2 数字式键盘的特性数字式键盘的实质仍是行列式键盘，4 根行线和 4 根列线通过下拉电阻接地，在其表面贴有标示对应按键的膜，使得易于观察和操作，更加贴近使用者的需求。

3.4.3 MM74C922的特性及其引脚功能：MM74C922具有功耗低，电压为3-5V，三态门输出，与LPTTL兼容，输出锁存按下最后的键，用一个电容器就可以消除键盘抖动，两键轮回，行具有上拉功能，具有芯片内或芯片外时钟，最大开关电阻为管脚说明：A-D为行键扫描电平输出端，1-4为列键输入读取端；OSC为振荡器的外接引线端，可用外部的输入脉冲或电容器；OE为数据输出端，低电平有效；DAV为数据输出有效，高电平有效；VCC为电源端，接3-5V；GND为接地端。

四、部分模块程序4.1 LED显示模块void Hc595_SendBits(unsigned int bits){int i;IO0CLR = HC595_CS;for(i = 0; i < 12; ++i){IO0CLR = HC595_CLK;if((bits & 0x80000000))IO0SET = HC595_DATA;elseIO0CLR = HC595_DATA;bits <<= 1;IO0SET = HC595_CLK;}IO0SET = HC595_CS;}void Show(int x){Static unsigned cha rzk[]={0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x18}; //共阳型段码unsigned int i, t, bit;for(i = 0; i < 4; ++i){t = x % 10;bit = 0x8 << 32 - 4 - i | zk[t] << 32 - 12; //bits高4位形成位码, 接下来的8位段码Hc595_SendBits(bit);x /= 10;Sleep();if(x == 0) break;}}4.2矩阵模块void KeyScan(){int i=0,a=0;for(i=0;i<=3;i++){switch(i){case 0:IO0SET=c4;IO0CLR=c5|c6|c7;break;case 1:IO0SET=c5;IO0CLR=c4|c6|c7;break;case 2:IO0SET=c6;IO0CLR=c4|c5|c7;break;case 3:IO0SET=c7;IO0CLR=c4|c5|c6;break;}if(IO0PIN&c0){a=i+1;break;}if(IO0PIN&c1){a=i+5;break;}if(IO0PIN&c2){a=i+9;break;}if(IO0PIN&c3){a=i+13;break;}}4.3算术运算模块while(IO0PIN&c0|IO0PIN&c1|IO0PIN&c2|IO0PIN&c3);switch(a){case 1:x=10*x+7;value=x;break;case 2:x=10*x+8;value=x;break;case 3:x=10*x+9;value=x;break;case 4:y=x,b=a,x=0;break;case 5:x=10*x+4;value=x;break;case 6:x=10*x+5;value=x;break;case 7:x=10*x+6;value=x;break;case 8:y=x,b=a,x=0;break;case 9:x=10*x+1;value=x;break;case 10:x=10*x+2;value=x;break;case 11:x=10*x+3;value=x;break;case 12:y=x,b=a,x=0;break;case 13:value=0;y=0;x=0;b=0;break;case 14:x=10*x+0;value=x;break;case 15:switch(b){case 16:y+=x; break;case 12:y-=x; break;case 8:y*=x; break;case 4:y/=x; break;}value=y,x=y;break;case 16: y=x,b=a,x=0;break;}}正确图纸可以仿真程序完整程序#include <LPC21xx.h>#define HC595_CS (1 << 10) #define HC595_DATA (1 << 9) #define HC595_CLK (1 << 8) #define c0 1<<0#define c1 1<<1#define c2 1<<2#define c3 1<<3#define c4 1<<4#define c5 1<<5#define c6 1<<6#define c7 1<<7int count=0,export=0,x=0,b=0;void Sleep(){unsigned int i;for (i = 0; i < 2000; i++);}void Hc595_SendBits(unsigned int bits) {int i;IO0CLR = HC595_CS;for(i = 0; i < 12; ++i){IO0CLR = HC595_CLK;if((bits & 0x80000000))IO0SET = HC595_DATA;elseIO0CLR = HC595_DATA;bits <<= 1;IO0SET = HC595_CLK;}IO0SET = HC595_CS;}void Show(int x){static unsigned char zk[]={0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02, 0x78,0x00,0x18}; //共阳型段码unsigned int i, t, bit;for(i = 0; i < 4; ++i){t = x % 10;bit = 0x8 << 32 - 4 - i | zk[t] << 32 - 12; //bits高4位形成位码, 接下来的8位段码Hc595_SendBits(bit);x /= 10;Sleep();if(x == 0) break;}}void computer(){int i=0,a=0;for(i=0;i<=3;i++){switch(i){case0:IO0SET=c4;IO0CLR=c5|c6|c7;break;case1:IO0SET=c5;IO0CLR=c4|c6|c7;break;case2:IO0SET=c6;IO0CLR=c4|c5|c7;break;case3:IO0SET=c7;IO0CLR=c4|c5|c6;break;}if(IO0PIN&c0){a=i+1;break;}if(IO0PIN&c1){a=i+5;break;}if(IO0PIN&c2){a=i+9;break;}if(IO0PIN&c3){a=i+13;break;} }while(IO0PIN&c0|IO0PIN&c1|IO0PIN&c2|IO0 PIN&c3);switch(a){case 1:x=10*x+0;export=x;break;case 2:x=10*x+1;export=x;break;case 3:x=10*x+2;export=x;break;case 4:x=10*x+3;export=x;break;case 5:x=10*x+4;export=x;break;case 6:x=10*x+5;export=x;break;case 7:x=10*x+6;export=x;break;case 8:x=10*x+7;export=x;break;case 9:x=10*x+8;export=x;break;case 10:x=10*x+9;export=x;break;case 11:switch(b){case 0:count=x; break;case 1:count=count+x; break;case 2:count=count-x; break;case 3:count=count*x; break;case 4:count=count/x; break;default :break;}b=1;x=0;break;case 12:switch(b){case 0:count=x; break;case 1:count=count+x; break;case 2:count=count-x; break;case 3:count=count*x; break;case 4:count=count/x; break;default :break;}b=2;x=0;break;case 13:switch(b){case 0:count=x; break;case 1:count=count+x; break;case 2:count=count-x; break;case 3:count=count*x; break;case 4:count=count/x; break;default :break;}b=3;x=0;break;case 14:switch(b){case 0:count=x; break;case 1:count=count+x; break;case 2:count=count-x; break;case 3:count=count*x; break;case 4:count=count/x; break;default :break;}b=4;x=0;break;case 15:switch(b){case 0:count=x; break;case 1:count=count+x; break;case 2:count=count-x; break;case 3:count=count*x; break;case 4:count=count/x; break;default :break;}export=count;x=0;b=0;break;case16:export=0;count=0;x=0;b=0;break;default :break;}}int main(){PINSEL0=0x00;IO0DIR=IO0DIR|0xff0;while(1){computer();Show(export);}}五、心得体会我选的题目是基于LPC2103设计一个简易的计算器要求是通过4*4 矩阵键盘输入八位数码管动态显示能实现加、减、乘、除等基本运算功能我我基本完成了设计要求的基本功能并实现了扩展部分的连续运算功能。