CN208156458U - 一种基于单片机的四则运算电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于单片机的四则运算电路，包括电源模块，键盘模块，控制模块，显示器模块；所述电源模块和控制模块相连；所述键盘模块接口电路与控制模块输入口P2端口相连；所述控制模块P0、P1端口作为输出口，与显示器模块相连，采用8位总线控制方式控制显示器模块显示数据结果；本实用新型提供了一种结构简单，模块化设计使用方便，运算速度更快，实用性更好的一种基于单片机的四则运算电路。

Description

一种基于单片机的四则运算电路

技术领域

本实用新型涉及计算器领域，更具体的说，它涉及一种基于单片机的四则运算电路。

背景技术

随着社会的发展，人们的生活水平不断提高，对孩子的教育也越来越重视。小学低年级段的数学教学主要以十以内的四则运算为主，为以后更加复杂的数学理论打好基础。四则运算虽然运算简单，但是要让小学生能够真正掌握四则运算需要大量的练习，家长和学校可以提供一定的帮助。传统的习题册形式成本高，不易于携带，并且出的题目是固定的，不利于拓展小学生的思维，不能根据使用者的情况进行有针对性的复盘训练，使用者完成练习后不能及时反馈，不知道自己的完成情况。如果使用电脑，手机等智能设备，成本又过高，并且小学生的意志力比较薄弱，容易沉迷于游戏中，不利于学习。

发明内容

本实用新型克服了现有技术的不足，提供了一种结构简单，模块化设计使用方便，运算速度更快，实用性更好的一种基于单片机的四则运算电路。

本实用新型的技术方案如下：

一种基于单片机的四则运算电路，包括电源模块，键盘模块，控制模块，显示器模块；所述电源模块和控制模块相连；所述键盘模块接口电路与控制模块输入口P2端口相连；所述控制模块P0、P1端口作为输出口，与显示器模块相连，采用8位总线控制方式控制显示器模块显示数据结果；所述控制模块包括单片机，复位电路，振荡电路；所述振荡电路和单片机相连，复位电路和单片机相连；所述复位电路包括驱动电源，开关，第三电容，第一电阻；所述驱动电源与第三电容一端相连，第三电容与开关并联；所述第三电容另一端与复位电路输出端相连，第一电阻一端与第三电容相连，另一端接地；所述振荡电路包括第一电容，第二电容，时钟电路模块；所述振荡电路的输入端与时钟电路模块，第二电容的一端连接，第二电容的另一端接地；所述振荡电路的输出端与时钟电路模块另一端，第一电容的一端相连，第一电容的另一端接地。

进一步的，所述电源模块包括电源，排阻；所述电源与排阻的第9到第16引脚相连；所述排阻将电信号钳制在高电平，方便读取信号。

进一步的，所述单片机RST端口与复位电路输出端相连；所述单片机P0端口第32-39引脚连接电源模块排阻中第1-8引脚与显示器模块第7-14引脚，P2端口第21-28引脚分别连接键盘模块A，B，C，D，1，2，3，4引脚；所述单片机P1端口第1-3引脚分别与显示器模块第4-6引脚连接；所述单片机XTAL1端口与振荡电路输入端连接，XTAL2端口与振荡电路输出端连接。

进一步的，所述键盘模块包括键盘和接口电路；所述键盘采用4*4行列式的编码键盘，分别设定数字键和功能键。

进一步的，所述显示器模块包括LCD液晶显示器，模块电源，第二滑动电阻；所述LCD液晶显示器VSS端口接地，VDD端口接模块电源，VEE端口接第二滑动电阻；所述第二滑动电阻最大阻值10KΩ，一端接地，另一端接信号源。

本实用新型相比现有技术优点在于：

1，本实用新型模块化设计，方便后期维护，实用性强，易于大规模生产，推广使用。

2，本实用新型采用单片机控制的方式，成本较低；结合C语言编程，数据处理速度快，体积小，携带方便。

3，本实用新型能完成出题及判断答案对错两种功能，反馈及时。

附图说明

图1为本实用新型本实用新型一种基于单片机的四则运算电路51单片机系统和键盘系统连接示意图；

图2为本实用新型一种基于单片机的四则运算电路的系统硬件框图；

图3为本实用新型一种基于单片机的四则运算电路的复位电路示意图；

图4为本实用新型一种基于单片机的四则运算电路的振荡电路示意图。

附图标记：第二滑动电阻R2，排阻RN1，第三电容C3，第一电阻R1，第二电容C2，第一电容C1，时钟电路模块X1。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

如图1至图4所示，一种基于单片机的四则运算电路，包括电源模块，键盘模块，控制模块，显示器模块。所述电源模块和控制模块相连；所述键盘模块接口电路与控制模块输入口P2端口相连，实现数据的输入。所述控制模块P0、P1端口作为输出口，与显示器模块相连，采用8位总线控制方式控制显示器模块显示数据结果。所述控制模块包括单片机，复位电路，振荡电路；所述振荡电路和单片机相连，复位电路和单片机相连。单片机选用51单片机。所述键盘模块输出电信号到控制模块，控制模块采用预先设定的C语言程序进行处理，输出到显示器模块，完成数据的显示。因为按下键盘只是简单的按键闭合信号，所以需用软件编写相应的C程序代码，由控制模块运行C语言编写的程序，控制实现闭合信号所要达到的目的，即控制相应的数字，显示在显示器上。

作为优选的，所述电源模块包括电源，排阻RN1。所述电源与排阻RN1的第9到第16引脚相连；所述排阻将电信号钳制在高电平，方便读取信号。设置排阻RN1能够更好的稳定电信号，防止控制模块的信号读取出现问题。

作为优选的，所述单片机RST端口与复位电路输出端相连。所述单片机P0端口第32-39引脚连接电源模块排阻RN1中第1-8引脚与显示器模块第7-14引脚，P2端口第21-28引脚分别连接键盘模块中A，B，C，D，1，2，3，4引脚。所述P0端口第32-39引脚的名称分别为P0.0-P0.7，P2端口第21-28引脚的名称分别为P2.0-P2.7，P3端口第10-17引脚的名称分别为P3.0-3.7，P1端口第1-8引脚的名称分别为P1.0-P1.7。所述单片机P1端口第1-3引脚分别与显示器模块第4-6引脚连接；所述单片机XTAL1端口与振荡电路输入端连接，XTAL2端口与振荡电路输出端连接。所述单片机各个引脚的作用分别是，P0口：是一个8位漏极开路的双向I/O口，作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。P0能够用于外部程序数据存储器，可以被定义为数据/地址的第八位。P1口：是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P1口写“1”，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口。P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是因为内部上拉。P2口：是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P2口写“1”，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口。P2管脚被外部拉低，将输出电流，这是因为内部上拉。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。RST：复位输入，出现高电平时实现复位和初始化。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。

作为优选的，所述复位电路包括驱动电源，开关，第三电容C3，第一电阻R1，复位电路的作用是保证控制模块能根据需要及时重新执行程序代码。所述驱动电源电压5V，驱动电源与第三电容C3一端相连，第三电容C3与开关并联。所述第三电容C3另一端与复位电路输出端相连，第一电阻R1一端与第三电容C3相连，另一端接地。R1的阻值为10kΩ。所述单片机启动后，第三电容C3两端的电压持续充电为5V，这时候10K第一电阻R1的两端电压接近0V，RST端口处于低电平所以系统正常工作。当按键按下时，开关导通，这个时候第三电容C3两端形成一个回路，第三电容C3被短路，所以在按键按下这个过程中，第三电容C3开始释放之前充的电量。随着时间的推移，第三电容C3的电压在0.1s内，从5V释放到变为1.5V，甚至更小。根据串联电路电压为各处之和，10K第一电阻R1两端的电压为3.5V，甚至更大，所以RST端口又接收到高电平。系统自动复位。当振荡电路复位时，要保持RST端口两个机器周期的高电平时间。所述单片机在第二个机器周期内执行内部复位操作，以后每个机器周期重复一次，直至RST端电平变低。复位期间不产生ALE及PESN信号。当RES端口返回低电平以后，所述单片机从0地址开始执行程序。

作为优选的，所述振荡电路包括第一电容C1，第二电容C2，时钟电路模块X1。所述振荡电路的输入端与时钟电路模块X1，第二电容C2的一端连接，第二电容C2的另一端接地；所述振荡电路的输出端与时钟电路模块X1另一端，第一电容C1的一端相连，第一电容C1的另一端接地。所述时钟电路模块发出时钟脉冲信号，该脉冲的高低电平需要满足设计要求。所述单片机设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，所述单片机停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍然工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所有其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。

作为优选的，所述键盘模块包括键盘和接口电路；所述键盘采用4*4行列式的编码键盘，分别设定数字键和功能键。按照设计要求，及需要的功能，分别为“0-9”、“测试键”、“确定键”，外加一个复位键作为手动复位功能。采用查询方式，每次有键按下时，先判断是数字键还是功能键，这种方式采用了大量的I/O口线。每个按键都有它的行值和列值，行值和列值的组合就可以用来识别一个按键的编码。矩阵键盘的行线和列线分别通过两并行接口和单片机进行通信。键盘的一端(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，同时还要消除按键在闭合或断开时的抖动。两个并行口中，一个输出扫描码，使按键逐行动态接地；另一个并行口输入按键状态，由行扫描值和回馈信号共同形成键编码而识别按键，通过软件查表，查出该键的功能。当无按键闭合时，P2.0～P2.3与P2.4～P2.7之间开路；当有键闭合时，与闭合键相连的两条I/O口线之间短路。判断有无按键按下的方法是：第一步，置列线P2.4～P2.7为输入状态，从行线P2.0～P2.3输出低电平，读入列线数据，若某一列线为低电平，则该列线上有键闭合。第二步，行线轮流输出低电平，从列线P2.4～P2.7读入数据，若有某一列为低电平，则对应行线上有键按下。综合一二两步的结果，可确定按键编号。但是键闭合一次只能进行一次键功能操作，因此须等到按键释放后，再进行键功能操作，否则按一次键，有可能会连续多次进行同样的键操作。

作为优选的，所述显示器模块包括LCD液晶显示器，模块电源，第二滑动电阻R2。所述LCD液晶显示器VSS端口接地，VDD端口接模块电源，模块电源为5V电压，VEE端口接第二滑动电阻R2；所述第二滑动电阻R2最大阻值10KΩ，一端接地，另一端接信号源。各个引脚的作用是：第1脚：VSS为接地电源；第2脚：VDD接+5V电源；第3脚：VEE为对比调整电压；第4脚：RS为寄存器的选择，高电平时选择数据寄存器，低电平时选择指令寄存器；第5脚：RW为读写信号，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据；第6脚：E为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令；第7—14脚：D0—D7为8位双向数据线。所述单片机要写入指令时RS为低电平，要写入数据时RS要为高电平。R/W为高电平时读取数据，R/W为低电平时写入数据。

本实用新型操作步骤：

第一步：首先接通电源；

第二步：点击测试按钮；

第三步：通过键盘输入1-10道题，点击确定，开始进入测试环节；

第四步：根据屏幕显示的四则运算式，手动输入答案，点击确定；

第五步：系统内部计算器结果与输入结果比对，相同输出正确。不同则是计算错误，输出正确值提示错误。正确加1分，错误加0分；

第六步：连续做完试题，结果会输出一个总得分。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于单片机的四则运算电路，其特征在于，包括电源模块，键盘模块，控制模块，显示器模块；所述电源模块和控制模块相连；所述键盘模块接口电路与控制模块输入口P2端口相连；所述控制模块P0、P1端口作为输出口，与显示器模块相连，采用8位总线控制方式控制显示器模块显示数据结果；所述控制模块包括单片机，复位电路，振荡电路；所述振荡电路和单片机相连，复位电路和单片机相连；所述复位电路包括驱动电源，开关，第三电容，第一电阻；所述驱动电源与第三电容一端相连，第三电容与开关并联；所述第三电容另一端与复位电路输出端相连，第一电阻一端与第三电容相连，另一端接地；所述振荡电路包括第一电容，第二电容，时钟电路模块；所述振荡电路的输入端与时钟电路模块，第二电容的一端连接，第二电容的另一端接地；所述振荡电路的输出端与时钟电路模块另一端，第一电容的一端相连，第一电容的另一端接地。

2.根据权利要求1所述的一种基于单片机的四则运算电路，其特征在于：所述电源模块包括电源，排阻；所述电源与排阻的第9到第16引脚相连；所述排阻将电信号钳制在高电平，方便读取信号。

3.根据权利要求1所述的基于单片机的四则运算电路，其特征在于：所述单片机RST端口与复位电路输出端相连；所述单片机P0端口第32-39引脚连接电源模块排阻中第1-8引脚与显示器模块第7-14引脚，P2端口第21-28引脚分别连接键盘模块A，B，C，D，1，2，3，4引脚；所述单片机P1端口第1-3引脚分别与显示器模块第4-6引脚连接；所述单片机XTAL1端口与振荡电路输入端连接，XTAL2端口与振荡电路输出端连接。

4.根据权利要求1所述的基于单片机的四则运算电路，其特征在于：所述键盘模块包括键盘和接口电路；所述键盘采用4*4行列式的编码键盘，分别设定数字键和功能键。

5.根据权利要求1所述的基于单片机的四则运算电路，其特征在于：所述显示器模块包括LCD液晶显示器，模块电源，第二滑动电阻；所述LCD液晶显示器VSS端口接地，VDD端口接模块电源，VEE端口接第二滑动电阻；所述第二滑动电阻最大阻值10KΩ，一端接地，另一端接信号源。