宁夏大学毕业设计基于单片机的简易计算器的设计

2017 届本科毕业设计题 目： 基于单片机的简易计算器的设计 类 型： 设计 论文学 院： 机械工程学院 专 业： 机械工程及自动化 年 级： 2013 级 学生学号： 12013243606 学生姓名： 邱智信 指导教师： 梁云峰 2017 年 5 月 14 日摘 要单片机是采用超大规模集成电路技术，把一台计算机的主要部件集成在一个芯片上所构成的一种集成电路芯片，因此单片机被称为单片微型计算机。因为单片机体积小，价格经济，可靠性高，适用领域宽广以及其本身的指令系统等优势，在各个行业，各个领域方面得到了广泛应用。本设计就是依据单片机的原理来进行简单的计算器设计的。本设计采用STC89C52RC 单片机为核心，输入采用 4*4 矩阵键盘，采用 LCD1602 液晶显示屏显示操作过程及结果。实现简单的四则运算。采用 C 语言编程，keil uVision4 和STC_ISP_V4.80 软件向单片机开发板内部烧写程序，进行硬件调试。关键字：单片机；矩阵键盘；LCD1602；计算器AbstractMicrocontroller is the use of ultra-large-scale integrated circuit technology, a computers main components integrated in a chip formed by an integrated circuit chip, so the microcontroller is called single-chip microcomputer. Because of the small size of the microcontroller, the price economy, high reliability, wide field of application and its own command system and other advantages, in various industries, various fields have been widely used.The design is based on the principle of the microcontroller to carry out a simple calculator design. The design uses STC89C52RC microcontroller as the core, the input using 4 * 4 matrix keyboard, LCD1602 LCD display operation process and results. To achieve a simple four operations. Using C language programming, keil uVision4 and STC_ISP_V4.80 software to the microcontroller development board internal programming procedures for hardware debugging.Key words: Microcontroller; matrix keyboard; LCD1602; calculator目 录第一章 绪论 .11.1 单片机的工作原理 .11.2 本论文研究的目的和意义 .11.3 计算器的发展简史 .2第二章 设计原理及要求 .32.1 设计方案的确定 .32.2 系统的设计方案 .32.3 系统的设计要求 .32.3.1 优化硬件电路 .42.3.2 可靠性及抗干扰设计 .42.3.3 灵活的功能扩展 .4第三章 硬件模块的设计 .53.1 单片机 STC89C52RC .53.1.1 STC89C52RC 单片机的特点 .53.1.2 管脚说明 .63.1.3 振荡器特性 .73.2 矩阵键盘模块 .83.3 LCD1602 显示模块 .83.3.1 显示电路 .93.3.2 LCD1602 主要技术参数 .103.3.3 引脚功能说明 .103.4 硬件接线图 .11第四章 软件设计及调试 .134.1 程序设计 .134.1.1 功能介绍 .134.1.2 主模块功能的设计 .134.1.3 键盘扫描模块程序的设计 .144.1.4 运算模块程序的设计 .174.1.5 显示模块程序的设计 .184.2 编写程序 .194.2.1 keil 软件介绍 .194.2.2 编写程序 .224.3 程序调试 .354.3.1 生成 HEX 文件 .354.3.2 下载 HEX 至开发板进行调试 .36第五章 结论 .38参考文献 .39致谢 .40机械工程学院 宁夏大学本科毕业设计1第一章 绪论1.1 单片机的工作原理单片机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成。 单片机自动完成赋予它的任务的过程，也就是单片机执行程序的过程，即一条条执行的指令的过程，所谓指令就是把要求单片机执行的各种操作用的命令的形式写下来，这是在设计人员赋予它的指令系统所决定的，一条指令对应着一种基本操作；单片机所能执行的全部指令，就是该单片机的指令系统，不同种类的单片机，其指令系统亦不同。为使单片机能自动完成某一特定任务，必须把要解决的问题编成一系列指令（这些指令必须是选定单片机能识别和执行的指令），这一系列指令的集合就成为程序，程序需要预先存放在具有存储功能的部件存储器中。存储器由许多存储单元（最小的存储单位）组成，就像大楼房有许多房间组成一样，指令就存放在这些单元里，单元里的指令取出并执行就像大楼房的每个房间的被分配到了唯一一个房间号一样，每一个存储单元也必须被分配到唯一的地址号，该地址号称为存储单元的地址，这样只要知道了存储单元的地址，就可以找到这个存储单元，其中存储的指令就可以被取出，然后再被执行。程序通常是顺序执行的，所以程序中的指令也是一条条顺序存放的，单片机在执行程序时要能把这些指令一条条取出并加以执行，必须有一个部件能追踪指令所在的地址，这一部件就是程序计数器 PC（包含在 CPU 中），在开始执行程序时，给 PC 赋以程序中第一条指令所在的地址，然后取得每一条要执行的命令，PC 在中的内容就会自动增加，增加量由本条指令长度决定，可能是1、2 或 3，以指向下一条指令的起始地址，保证指令顺序执行。1.2 本论文研究的目的和意义计算器为人们的学习、生活提供了很大的便利，市场大，应用范围广，是办公应用不可缺少的器件。常见的计算其类型有：算数型计算器，能够进行加减乘除等简单的四则运算。科学型计算器，能够进行指数、对数、平方、开方等的运算。程序计算器，可进行编程将较复杂的运算步骤存储起来，再进行多次运算。一般的计机械工程学院 宁夏大学本科毕业设计2算器包括显示部分（显示器） 、键盘、存储、控制等。分利用硬件和软件设计的计算器更为实用，同时也是电子领域的一个重要课题。1.3 计算器的发展简史算筹、算盘是人类最早使用的手动计算工具，最早的计算工具诞生于中国。中国古代最早采用的一种计算工具叫筹策，又被叫做算筹。这种算筹多使用竹子制成，也有用木头，兽骨来充当材料的约二百七十枚一束，放在布袋里可随身携带。直到今天仍在使用的珠算盘，是中国古代计算工具领域中的另一项重要发明，明代时使用的珠算盘已经与现代的珠算盘几乎完全一样。17 世纪初，西方国家的计算工具有了比较大的发展，英国数学家纳皮尔发明了“纳皮尔算筹“，英国牧师奥却德发明了圆柱型对数计算尺，这种计算尺不仅能做加减乘除、乘方、开方等运算，甚至可以计算三角函数，指数函数和对数函数，这些计算工具不仅带动了计算器的发展，也为现代计算器发展奠定了良好的基础，成为现代社会应用广泛的计算工具。机械工程学院 宁夏大学本科毕业设计3第二章 设计原理及要求2.1 设计方案的确定本设计是以 STC89C52RC 单片机为核心进行简易计算器的设计，通过芯片STC89C52RC 编程实现计算器的加减乘除（整除）但不能连加连减等连续计算的的简单计算功能。本次设计的运算模块由 STC89C52RC 单片机实现，数据输入模块由 4*4 矩阵键盘实现，输出数据模块由 LCD1602 液晶显示屏显示电路实现，再外加一个晶振电路和一个复位电路即可完成整个简易计算器的设计。2.2 系统的设计方案本设计由以下几部分组成： STC89C52RC 单片机系统（运算模块） 、键盘电路、显示电路、晶振电路和复位电路构成，计算器系统框图如图 2.1 所示。图 2.1 计算器系统框图2.3 系统的设计要求机械工程学院 宁夏大学本科毕业设计4为了更好的实现系统的功能，硬件电路的设计应该遵循以下原则：2.3.1 优化硬件电路采用软件与硬件设计相互结合的方法。虽然采用软件来实现一些硬件功能，可能会比单纯使用硬件的相应时间要长，而且还需要占用微处理器的时间，但是使用软件来实现硬件功能可简化硬件结构，提高电路的可靠性。因此，在设计过程中，在满足可靠性和时效性的前提下，应尽量采用软件来实现硬件功能。2.3.2 可靠性及抗干扰设计根据可靠性设计理论，系统所使用的芯片数量越少，则系统的无故障时间越长。并且，芯片数量越少，地址和数据总线在电路板上受干扰的几率就越小。因此，应该在满足功能的前提下，尽量使用少的芯片。2.3.3 灵活的功能扩展功能扩展是否灵活是衡量一个系统优劣的重要指标之一。一次设计往往不能完全考虑到系统的各个方面，系统需要不断完善以及进行功能升级。进行功能扩展时，应该在原有设计的基础上，通过修改软件程序和少量硬件完成。对于本系统而言，就是要求在系统硬件不变的情况下