ARM课程设计-计算机系统设计.doc
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ARM课程设计-计算机系统设计.doc
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《嵌入式系统二》课程设计报告
计算器系统的设计
设计日期:
2011年07月4日至2011年07月8日
设计题目:
计算器系统的设计
设计的主要内容及目标:
基于2410试验箱实现计算器功能,通过输入输出端口扩展键盘的方法,将按键键值在数码管中显示,可实现带括号以及优先级的计算器,可运算加减乘除等基本运算。
指导教师:
2011年7月4日
教师评阅意见书:
评阅教师:
2011年月日
摘要
基于JXARM9-2410实验箱实现计算器功能,通过了解键盘接口原理以及输入输出端口扩展键盘的方法,编写矩阵键盘的扫描程序,将按键键值在数码管中显示,可运算加减乘除等基本运算,也可实现带括号以及优先级的运算。
计算时可显示-999999~+999999之间的任何数,由于键盘数量有限,只能进行加法和乘法两种运算。
系统硬件主要分为处理器模块、LED模块、键盘模块。
软件主要由主模块、显示模块、按键处理模块组成。
关键词:
JXARM9-2410试验箱,处理模块,LED模块,键盘模块
1目的及意义
计算器是我们日常生活和生产工作中重要的工具,能极大的提高我们的计算速度,通过本次课程设计,对计算器能有更深程度的了解,对今后的学习生活一定会有很大的帮助。
2系统的基本原理及设计思想
2.1基本原理
1.键盘原理
JXARM9-2410教学实验系统的键盘电路由一块74HC273锁存器和74LVCH244缓冲器完成键盘识别。
在没有按键的情况下,ROW0-ROW3通过上拉来保持高电平。
检测时通过将COL0-COL3中的某一列输入低电平,如果该列没有键按下时,通过74LVCH244读取到的行值应该为高电平,如果该列某行位置有键按下,那么该行读到的值应为低电平。
因此,采用轮询方式检测键盘的方法为:
循环往各列输入低电平,然后读取行值,如果为高电平,则判断下一列,否则,该行有键按下,此时已经读取到了按键的行值和列值,然后根据行值和列值得到键码。
2.LED原理
JXARM9-2410拥有六位7段数码管。
要在某位数码管上显示一个段码表中的字符,需要使用地址空间0x10000006选择位码,并将待显示的数据存储在地址空间0x10000004中。
表1JXARM9-2410教学实验系统段码表
字符
0
1
2
3
4
5
6
7
段码
0xc0
0xf9
0xa4
0xb0
0x99
0x92
0x82
0xf8
字符
8
9
A
B
C
D
E
F
段码
0x80
0x90
0x88
0x83
0xc6
0xa1
0x86
0x8e
表2JXARM9-2410教学实验系统位码表
位数
1
2
3
4
5
6
位码
0x3e
0x3d
0x3b
0x37
0x2f
0x1f
表3JXARM9-2410教学实验系统地址空间分配
地址空间
说明
数据宽度
读/写(属性)
0x10000004
数码管数据寄存器
8位
W
0x10000006
数码管扫描控制寄存器
8位
W
3.计算原理
定义一个操作数栈Opnd,一个操作符栈Optr。
思想是:
置操作数栈为空,操作符栈压入元素“#”(它具有最高优先级),依次读入表达式中的每个字符CH,如果CH是操作数,则CH压入操作数栈,如果CH是操作符,那么将CH和操作数栈顶元素进行优先级比较(如‘X’优先级高于‘+’)。
如果优先级大于当前栈顶元素,那么将其压栈,如果优先级小于当前栈顶元素,那么执行op=optr.pop();(取当前栈顶操作符),a=opnd.pop()(取当前栈顶操作数存入临时变量a);b=opnd,pop()(取当前栈顶操作数存入临时变量b);c=计算(aopb);opnd.push(c);如果优先级相等,则当前操作符出栈。
重复上述操作直到表达式处理完毕。
最后操作数栈剩余的操作数就是计算的最终结果。
2.2设计思想
1.系统结构框图
本系统由小键盘模块,处理模块,显示模块组成。
其结构框图如图1所示:
小键盘模块
处理模块
显示模块
键盘键值
待显示数值
图1系统结构框图
2.系统设计思想
小键盘模块:
计算器的输入部分,用于得到用户输入的表达式,该模块调用系统提供的Key_GetKeyPoll();函数,得到当前采集到的键值的ASCII码,并将ASCII码传递到处理模块。
处理模块:
计算器的核心部分,该模块接收小键盘模块传递的ASCII码值,进行处理,将待显示数值的段码和位码传递到显示模块。
显示模块:
计算器的显示部分,用于显示计算机的中间数据和最终结果,该模块接收处理模块待显示的数据,将有效数据显示在LED上。
完成计算机器的功能。
3.设计方案
方案一:
小键盘模块和显示模块采用上述方法,处理模块采用单栈结构的逆波兰式算法。
方案二:
小键盘模块和显示模块采用上述方法,处理模块采用运算符号触发。
4.用户说明
计算器键盘说明:
1
2
3
+
4
5
6
×
7
8
9
CE
0
(
)
=
系统采用JXARM9-2410教学实验箱提供的4*4键盘,布局如图,由于数量限制,故只能进行加法和乘法两种算法。
计算器LED显示部分说明:
系统采用JXARM9-2410教学实验箱提供的6位7段数码管,计算式可显示-999999~+999999之间的任何数。
3核心程序设计
调用按键函数,判断相应按键键值,调用相应的子程序,通过计算将最后结果显示在数码管上,具体流程图如图2。
开始
调用CH=Key_GetkeyPoll()函数
CH>=’0’&&CH<=’9’
处理左括号Push(Sym,&SymTop,’(’);
处理右括号Push(Num,&NumTop,ResTmp);
处理加号Push(Sym,&SymTop,’+’);
处理乘号Push(Sym,&SymTop,’*’);
CE计算器清零NumTop=0;SymTop=0;
计算Calculate(Pop(Num,&NumTop))
显示当前数值display(num);
Num=(num*10)+(ch-‘0’)
Ch=70
Ch=66
Ch=68
Ch=69
Ch=65
Y
N
Y
Y
N
Ch=67
Y
N
Y
N
Y
N
Y
N
N
图2程序流程图
4结果及分析
4.1实验结果
小键盘输入:
7+8*6
LED依次显示:
7,8,6,55
小键盘输入:
(7+8)*6
LED依次显示:
7,8,6,90
4.2实验结果分析
由实验结果可看出,本次系统可以完成简单计算器的功能,可识别乘法优先,并可以对括号进行配对和优先操作。
能正确显示结果,以及中间输入过程。
5课程设计体会
本次的嵌入式课程设计的题目是简单计算器,系统只要分为处理模块(主模块),LED模块(显示模块),小键盘模块(输入模块)。
在课程设计中遇到不少的困难,这些困难都通过老师指点,共同讨论或查阅资料一一解决,在验收通过后,我感觉到,这次课程设计是对我的努力的肯定。
系统最终很成功,这些都离不开老师和自身的努力。
本次的课程设计对我以后的工作学习和深造,起到了不可多得的作用。
6源代码
/*----------------------------包含文件------------------------------*/
#include"def.h"
#include"2410lib.h"
#include"option.h"
#include"2410addr.h"
#include"interrupt.h"
#defineSEG00x3e
#defineSEG10x3d
#defineSEG20x3b
#defineSEG30x37
#defineSEG40x2f
#defineSEG50x1f
/*------------------------------栈定义-------------------------------*/
#ifndefSTACK_SIZE
#defineSTACK_SIZE64
#endif
intNum[STACK_SIZE]
intNumTop=0;
intSym[STACK_SIZE];
intSymTop=0;
voidPush(int*stack,int*top,intval);
intPop(int*stack,int*top);
/*-------------------------------声明--------------------------------*/
#defineDELAYTIME1
externunsignedcharseg7table[16];
voidDelay(inttime);
voiddisplay(intnum);
intCalculate(intright,intleft,intsymbol);
/*----------------------------主函数-------------------------------*/
voidMain(void)
{
/*---------配置系统时钟,初始化端口,初始化串口----------*/
ChangeClockDivider(1,1);
ChangeMPllValue(0xa1,0x3,0x1);
Port_Init();
Uart_Init(0,115200);
Uart_Select(0);
PRINTF("\n欢迎使用计算器\n");
/*-------------------------------------------------------------*/
charnumber[255];
charsign;
intnow=0;
intnum=0;
intSymTmp;
intResTmp;
intFlag=0;
while
(1)
{
unsignedcharch;
ch=Key_GetKeyPoll();
Delay
(1);
Delay(DELAYTIME);
if(ch>='0'&&ch<='9')
{
num=(num*10)+(ch-'0');
Flag=1;
}
if(ch>=65&&ch<=70)
{
if(Flag)
{
Push(Num,&NumTop,num);
num=0;
Flag=0;
}
switch(ch)
{
case65:
//对‘(’的处理(左括号)
Push(Sym,&SymTop,'(');
break;
case66:
//对‘)’的处理(右括号)
while(SymTop!
=0&&(SymTmp=Pop(Sym,&SymTop))!
='(')
{ ResTmp=Calculate(Pop(Num,&NumTop),Pop(Num,&NumTop),SymTmp);
Push(Num,&NumTop,ResTmp);
}
break;
case67:
//对‘+(加号)’的处理
if(SymTop!
=0&&Sym[SymTop-1]!
='(')
{
ResTmp=Calculate(Pop(Num,&NumTop),Pop(Num,&NumTop),Pop(Sym,&SymTop));
Push(Num,&NumTop,ResTmp);
}
Push(Sym,&SymTop,'+');
break;
case68:
//对‘*(乘号)’的处理
if(SymTop!
=0&&Sym[SymTop-1]!
='('&&Sym[SymTop-1]!
='+')
{
ResTmp=Calculate(Pop(Num,&NumTop),Pop(Num,&NumTop),Pop(Sym,&SymTop));
Push(Num,&NumTop,ResTmp);
}
Push(Sym,&SymTop,'*');
break;
case69:
//对CE的处理
NumTop=0;
SymTop=0;
num=0;
break;
case70:
//对‘=’号处理
if(SymTop!
=0)
{
while(SymTop!
=0&&(SymTmp=Pop(Sym,&SymTop))!
='(')
{
ResTmp=Calculate(Pop(Num,&NumTop),Pop(Num,&NumTop),SymTmp);
Push(Num,&NumTop,ResTmp);
}
}
num=Pop(Num,&NumTop);
break;
}
}
display(num);
}
}
/*------------------------------计算-----------------------------*/
intCalculate(intright,intleft,intsymbol)
{
intresult=0;
switch(symbol)
{
case'+':
result=left+right;
break;
case'*':
result=left*right;
break;
}
returnresult;
}
/*----------------------------LED显示---------------------------*/
voiddisplay(intnum)
{
inti;
intcur;
intflag=0;
if(num>999999)
{
for(i=0;i<=5;i++)
{
*((U8*)0x10000006)=SEG1;
*((U8*)0x10000004)=seg7table[14];
Delay(DELAYTIME);
*((U8*)0x10000006)=SEG0;
*((U8*)0x10000004)=seg7table[14];
Delay(DELAYTIME);
}
}
else
{
for(i=0;i<=5;i++)
{
flag=0;
if((cur=(num/100000)%10))
{
flag=1;
*((U8*)0x10000006)=SEG5;
*((U8*)0x10000004)=seg7table[cur];
Delay(DELAYTIME);
}
if((cur=(num/10000)%10)||flag)
{
flag=1;
*((U8*)0x10000006)=SEG4;
*((U8*)0x10000004)=seg7table[cur];
Delay(DELAYTIME);
}
if((cur=(num/1000)%10)||flag)
{
flag=1;
*((U8*)0x10000006)=SEG3;
*((U8*)0x10000004)=seg7table[cur];
Delay(DELAYTIME);
}
if((cur=(num/100)%10)||flag)
{
flag=1;
*((U8*)0x10000006)=SEG2;
*((U8*)0x10000004)=seg7table[cur];
Delay(DELAYTIME);
}
if((cur=(num/10)%10)||flag)
{
flag=1;
*((U8*)0x10000006)=SEG1;
*((U8*)0x10000004)=seg7table[cur];
Delay(DELAYTIME);
}
*((U8*)0x10000006)=SEG0;
*((U8*)0x10000004)=seg7table[num%10];
Delay(DELAYTIME);
}
}
}
/*-------------------------------栈处理-----------------------------*/
voidPush(int*stack,int*top,intval)
{
if(stack==Num)PRINTF("PUSHval%d\n",val);
elsePRINTF("PUSHsym%c\n",val);
if(*top==STACK_SIZE)
return;
stack[(*top)++]=val;
}
intPop(int*stack,int*top)
{
if(*top==0)
return-1;
returnstack[--(*top)];}
参考文献
1.(美)佛瑞德(Friedl,J.E.F.)著,余晟译,精通正则表达式【M】,电子工业出版社2007(3)
2.(美)维斯著,冯舜玺译,数据结构与算法分析【M】,机械工业出版社2004
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- ARM 课程设计 计算机系统 设计