基于单片机设计的计算器毕业论文

南 昌 工 程 学 院毕 业 设 计 (论 文 )机 械 与 电 气 工 程 学 院 （ 院 ） 系 电气工程及其自动化 专业毕业设计（论文）题目 基于单片机设计的计算器（硬件）学 生 姓 名 班 级 学 号 指 导 教 师 完 成 日 期 2010 年 6 月 18 日基于单片机设计的计算器（硬件）The calculator based on the design of MCU (hardware)总计 毕业设计（论文） 34 页表 格 6 个插 图 18 幅南昌工程学院本科毕业设计（论文）摘 要近年来随着计算机在社会领域的渗透和大规模集成电路的发展，单片机的应用正在不断地走向深入，由于它具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点，因此特别适合于与控制有关的系统，越来越广泛地应用于自动控制，智能化仪器，仪表，近年来随着计算机在社会领域的渗透和大规模集成电路的发展，单片机的应用正在不断地走向深入，由于它具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点，因此特别适合于与控制有关的系统，越来越广泛地应用于自动控制，智能化仪器，仪表，数据采集，军工产品以及家用电器等各个领域。作为微型机的一个主要分支，单片机在结构上的最大特点是把 CPU、RAM 和 ROM 存储器、定时器和多种 I/O 接口电路集成在一块超大规模集成电路芯片上。从它的组成和功能来看，一块单片机芯片其实就是一台计算机。本次设计是采用 MSC-51 单片机来设计的六位数计算器, 采用 C 语言进行程序编写实现计算器功能。外接 4X5 的键盘，通过键盘扫描来完成输入数的控制，输出采用1602 液晶显示，并设有清零键可随时完成计算与显示的清零。计算器将完成的 0 至99999 整数的加/减/乘/除运算。关键字：单片机 AT89S52 1602 液晶 矩阵键盘 C 语言南昌工程学院本科毕业设计（论文）AbstractIn recent years, as computer penetration in the social field and large-scale development of integrated circuits, microcontroller applications are continually deepening, because of its powerful function, small size, low power consumption, cheap, reliable, easy to use, etc. therefore particularly suitable for systems with control of more and more widely used in automatic control, intelligent instruments, meters, data acquisition, military products and home appliances fields.As one of the main branch of microcomputer, microcontroller in the structure of the biggest feature is the CPU, RAM and ROM memory, timer and multiple I / O interface circuit integrated on a VLSI chip. The composition and function from its point of view, a single chip is actually a computer. This design is the use of MSC-51 microcontroller to design the six-digit calculator, using C programming language to achieve calculator functions. 4X5external keyboard, the keyboard scan to finish by the number of control values and the 1602 output with human-type liquid crystal to achieve，and has cleared at any time to complete key calculation and display clear. Calculator to complete from 0 to 99999 plus / minus / multiply / divide.Key words: MCU AT89S52; LCD1602; Matrix Keyboard; C language南昌工程学院本科毕业设计（论文）目 录摘要 . I ABSTRACT. II 第一章 引言 .11.1 选题的依据及课题的意义 .11.2 研究概况及发展趋势综述 .11.3 实验 设计要求.21.4.总 体设计思路 .2第二章 设计方案论证与 选择 .32.1 控制部分的设计方案论证 与选择 .32.2 显示电路的设计方案论证与选择 .42.3 单片机电源部分的设计方 案论证与选择 .62.4 键盘设计方案论证与 选择 .82.5 单片 机复位 电路的设计方案论 证与选择 .92.6 系统 组成 .10第三章 重要器件的知识介绍 .113.1 单片机的知识介绍 .113.1.1 单片机功 能特性.113.1.2 单片机各引脚功 能说明 .113.1.3 单片机时钟电路.133.1.4 LED 提示电路 .143.2 1602 液 晶显示资料 .15第四章 计 算器的软件编程 .164.1 程序设计思想.164.2 4*5 键盘扫描程序.174.3 1602 液晶显示程序 .18第五章 计算器使用 说明 .19结 语 .20参考文献 .21致 谢 .22附 录 .23南昌工程学院本科毕业设计（论文）- 1 -第一章 引言单 片 机 设 计 的 计 算 器 在人们的日常中是比较的常见的电子产品之一。其特点是携带 方 便 与 价 格 廉 价 ， 因 此 广 泛 运 用 于 商 业 交 易 与 生 活 实 用 中 ， 可是它还在发展之中，以后必将出现功能更加强大的计算器，基于这样的理念，本次设计用单片机来设计一个六 位 数 的 计 算 器 。1.1 选题的依据及课题的意义单 片 机 也 被 称 为 微 控 制 器 （ Microcontroller） ， 是 因 为 它 最 早 被 用 在 工 业 控制 领 域 。 单 片 机 由 芯 片 内 仅 有 CPU 的 专 用 处 理 器 发 展 而 来 。 最 早 的 设 计 理 念 是 通过 将 大 量 外 围 设 备 和 CPU 集 成 在 一 个 芯 片 中 ， 使 计 算 机 系 统 更 小 ， 更 容 易 集 成 进 复杂 的 而 对 体 积 要 求 严 格 的 控 制 设 备 当 中 。通过编程可加深对 C 语言的理解及 51 单片机系列的硬件、及其指令，还有从硬件上了解单片机是如何扩展外部电路的。如：这次用到了 1602 液晶，掌握了 1602 的硬件原理后我们可以使其与单片机相连，通过对单片机的控制，给 1602 发出指令或数据。通过这次毕业设计可以学到一种学习方法，对于一块陌生的芯片，我们可通过提供给的芯片资料，了解其运作，然后达到运用的目的。1.2 研究概况及发展趋势综述单片机设计的计算器有输入单元（按键）运算单元（MCU）显示单元（LCD）三大部分组成，键盘执行数据采集以及操作的输入，MCU 按照固化好的程序运算出结果送入LCD 显示。早 期 的 单 片 机 都 是 8 位 或 4 位 的 。 其 中 最 成 功 的 是 INTEL 的 8031， 因 为 简 单可 靠 而 性 能 不 错 获 得 了 很 大 的 好 评 。 此 后 在 8031 上 发 展 出 了 MCS51 系 列 单 片 机 系统 。 基 于 这 一 系 统 的 单 片 机 系 统 直 到 现 在 还 在 广 泛 使 用 。 随 着 工 业 控 制 领 域 要 求的 提 高 ， 开 始 出 现 了 16 位 单 片 机 ， 但 因 为 性 价 比 不 理 想 并 未 得 到 很 广 泛 的 应 用 。90 年 代 后 随 着 消 费 电 子 产 品 大 发 展 ， 单 片 机 技 术 得 到 了 巨 大 的 提 高 。 随 着 INTEL i960 系 列 特 别 是 后 来 的 ARM 系 列 的 广 泛 应 用 ， 32 位 单 片 机 迅 速 取 代 16 位 单 片 机的 高 端 地 位 ， 并 且 进 入 主 流 市 场 。 目 前 ， 高 端 的 32 位 单 片 机 主 频 已 经 超 过南昌工程学院本科毕业设计（论文）300MHz性 能 直 追 90 年 代 中 期 的 专 用 处 理 器 ， 而 普 通 的 型 号 出 厂 价 格 跌 落 至 1 美 元 ， 最 高端 的 型 号 也 只 有 10 美 元 。 当 代 单 片 机 系 统 已 经 不 再 只 在 裸 机 环 境 下 开 发 和 使 用 ，大 量 专 用 的 嵌 入 式 操 作 系 统 被 广 泛 应 用 在 全 系 列 的 单 片 机 上 。1.3 实验设计要求根据设计要求，设计一个计算器，预计所能达到功能如下(1)该计算器能进行六位数的运算，即运算结果可从 0 到 999999；(2)能进行加减乘除 4 种运算，精确到小数点后三位；(3)能对错误进行提示，比如被除数等于 0，乘法运算结果大于 999999 等；(4)含有清除单个最低位数据和全部输入数据的功能；(5)能够实现加减乘除四则混合运算，能够实现连续计算，并能判断运算优先级；(6)进行正负数运算；1.4 总体设计思路设计主要采用以下基本模块来实现，控制器模块，输入模块，输出模块和电源模块。通过对控制器进行编程，使其对输入模块的信号进行处理计算，然后通过输出模块反馈给使用者以计算结果。该系统的结构框图如下图所示图 1-1 系统组成方框图南昌工程学院本科毕业设计（论文）- 3 -第二章 设计方案论证与选择2.1 控制部分的设计方案论证与选择方案一 采用单片机 AT89S52 芯片 AT89S52 是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器，器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51 指令系统及 80C51 引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元，功能强大的微型计算机的 AT89S52 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S52 具有如下特点：40 个引脚，8k Bytes Flash 片内程序存储器，256 bytes的随机存取数据存储器（RAM） ，32 个外部双向输入/输出（I/O）口，5 个中断优先级2 层中断嵌套中断，2 个 16 位可编程定时计数器,2 个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。方案二 采用单片机 AT89C52 芯片AT89C52 是一个低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8k bytes 的可反复擦写的 Flash 只读程序存储器和 256 bytes 的随机存取数据存储器（RAM） ，器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器和 Flash 存储单元，功能强大的 AT89C52 单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。AT89C52 有 40 个引脚，32 个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含 2 个外中断口，3 个 16 位可编程定时计数器,2 个全双工串行通信口，2 个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和 Flash 存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash 存储器可有效地降低开发成本。综上所述，AT89C51 不支持 ISP,只能采用昂贵的编程器来下程序.AT89S52 支持ISP,可采用并口,用下载线,即可下程序，因此用 AT89S52 作为控制器，不仅功能易于实现，并且有其成本低、技术成熟和功耗小等优点，因此我们采用方案一。第二章 设计方案论证与选择- 4 -2.2 显示电路的设计方案论证与选择 方案一 采用 LCD 1602 型液晶显示（一） 基本特性a、显示特性 单 5V 电源电压，低功耗、长寿命、高可靠性 内置 192 种字符（160 个 5 7 点阵和 32 个 5 10 点阵字符） 显示方式:SIN、半透、正显 驱动方式：1/16DUTY，1/5BIAS 视角方向：6 点 背光方式：底部 LED 通讯方式：4 位或 8 位并口可选 标准的接口特性：适配 MC51 和 M6800 系列 MPU 的操作时序。b、物理特性如表 2-1 所示表 2-1 物理特性（ 二）接口定义表 2-2 接口定义管脚号 符号 功能1 VSS 电源地2 VDD 电源电压（+5V）3 V0 LCD 驱动电压（可调）寄存器选择输入端，输入 MPU 选择模块内部寄存器类型信号 RS=0外形尺寸 8