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四川师范大学成都学院 4位数加法计算器的设计 —电子线路实现训练 学生姓名 学 号 所 在 系 通信系 专业名称 通信工程 班 级 2009级通信工程2班 指导教师 四川师范大学成都学院 二○一一年六月 目 录 一、设计任务 1 二、方案与论证 1 （一） 控制器的选择 1 （二）显示器的选择 2 三、系统硬件设计 3 （一）系统总框图 3 （二）原理图设计 3 四、系统软件设计 5 五、总结与展望 5 六、参考文献 6 附录一：系统总电路 7 附录二：系统功能测试 8 四则运算如图： 8 时钟显示如图：（创新部分） 8 附录三：系统PCB图 9 附录四：源代码 10  4位数加法计算器的设计 —电子线路实现训练 一、设计任务 系统通过4×4的矩阵键盘输入数字及运算符。 可以进行4位十进制数以内的加法运算，如果计算结果超过4位十进制数，则屏幕显示E 可以进行加法以外的计算（乘、除、减）。 其他功能（时钟显示） 画出完整的电路原理图（包含电源部分）和PCB板图。 二、方案与论证 （一） 控制器的选择 控制器主要用于各模块控制对显示、计算等。控制器的选择有以下三种方案。 方案1： 8位AT89S51 AT89S51是ATMEL公司生产，该单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可以用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且由于其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点，使其在各个领域应用广泛。 方案2： 采用FPGA（现场可编程门列阵）作为系统的控制器。 FPGA采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模实时系统的控制核心。但由于本设计对数据处理的速度要求不高，FPGA的高速处理的优势得不到充分体现，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同时由于芯片的引脚较多，实物硬件电路板布线复杂，加重了电路设计和实际焊接的工作。 方案3: 32位LM3S615 LM3S615采用为小型嵌入式应用方案而优化的32位ARM?CortexTM-M3 v7M结构，可兼容Thumb?的Thumb-2专用指令集处理器内核，可提高代码密度，50-MHz操作。但其成本太高，故在本系统中不宜采用。 综上述：控制器方案1。 （二）显示器的选择 在本计算器系统控制过程中，系统需要对运行的结果做必要的显示。我们考虑有以下三种显示方案。 方案1：LCD液晶屏 液晶显示屏（LCD）具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险，平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强的特点。但由于只需要显示时间和转向、相数这样的数字，信息量比较少，且由于液晶是以点阵的模式显示各种符号，需要利用控制芯片创建字符库，编程工作量大，控制器的资源占用较多，其成本也偏高。在使用时，不能有静电干扰，否则易烧坏液晶显示芯片，不易维护。 方案2： LED数码管 数码管具有：低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐老化、防晒、防潮、防火、防高（低）温，对外界环境要求低，易于维护，同时其精度高，称量快，精确可靠，操作简单。数码显示是采用BCD编码显示数字，程序编译容易，资源占用较少。 方案3：LED点阵模块 LED就是light emitting diode ，发光二极管的英文缩写，简称LED。它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。但成本过高，功能过强大，故在此系统中不宜采用LED点阵。 综上述：显示器选择方案2。 三、系统硬件设计 （一）系统总框图 图1 系统总框图 （二）原理图设计 电源部分： 单片机与TTL电平是兼容的，因此单片机的供电电源一般为+5V。 单片机的电源部分电路直接将40脚接VCC，20脚接GND就可以了。9V的电压通过整流桥后变成脉动直流电，再经过滤波电路后减小脉动，LM7805用于输出电压为恒定的5V直流电压。 图2 直流稳压电源 键盘部分： 4×4矩阵键盘识别处理，每个按键有它的行值和列值，行值和列值的组合就是识别这个按键的编码。矩阵的行线和列线分别通过两并行接口和CPU通信。每个按键的状态同样需变成数字量“0”和“1”，开关的一端（列线）通过电阻接VCC，而接地是通过程序输出数字“0”实现的，键盘处理程序的任务是：确定有无键按下，判断哪一个键按下，键的功能是什么；还要消除按键在闭合或断开时的抖动。 图3 4×4矩阵键盘 LED数码管显示部分： 下图是七段数码管显示器及其引脚图每个引脚上加限流电阻，在本系统中采用共阳极。 图4 LED数码管显示器 四、系统软件设计 图5 总流程图 五、总结与展望 课程设计刚开始，拿着选定的题目不知如何入手。毕竟课程设计不同于实验课，电路图都要自己设计。静下心来，仔细