成都理工大学电气工程及其自动化毕业论文

I基于单片机的多功能计算器的设计与实现作者姓名：袁礼 专业班级：电气 5 班 指导教师：罗耀耀摘 要单片机是计算机制造技术高速发展下所诞生的产物，它是嵌入式系统的控制核心，如今，它已被广泛的应用于国民经济建设、军工产品及家用电器之中，而计算器作为一种方便快捷的计算工具在生活中得到了普遍使用。本次设计的题目是基于单片机的多功能计算器的设计与实现，通过设计实现温度的测量、时钟的显示以及计算器的加、减、乘、除基本四则运算，并将数据发送到LCD 上显示。系统设计采用 SCT89C52 单片机作为主要的控制元件，使用 44 矩阵键盘作为主要的输入设备，实现功能的选择以及数字和运算符的输入。关键词：单片机；计算器；矩阵键盘；LCDIThe Design and Implementation of a Multifunction Calculator Based on Single Chip MicrocomputerAbstract：MCU is the rapid development of computer manufacturing technology at the birth of the product, which is the core of embedded systems, and now, it has been widely used in the national economy, military products and household appliances, among which as a convenient calculator quick calculation tool has been widely used in life.This topic is designed MCU multi-function calculator Design and Implementation, to achieve through the design temperature measurement, display of the clock and calculator to add, subtract, multiply, divide four basic operations, and sends data to the LCD display. SCT89C52 system design using microcontroller as the main control element, using a 44 matrix keyboard as the main input device, and implementation choices and digital operator input function.Keyword: MCU，Calculator，Matrix keyboard，LCDI目 录第 1 章 绪论 .11.1 背景介绍 .11.2 设计目的 .11.3 设计要求 .11.4 方案的论证和选择 .11.4.1 方案一 采用 PLC 控制 .11.4.2 方案二 采用 STC89C52 控制 .21.4.3 方案的比较和选择 .21.5 设计思路 .21.6 系统总体模块图 .31.7 设计方案 .3第 2 章 开发软件简介 .42.1 Keil C51 编程软件 .42.2 Proteus 仿真软件 .42.3 STC_ISP_V6.82E 程序烧录软件 .5第 3 章 硬件系统设计 .63.1 主控芯片 STC89C52.63.2 矩阵键盘模块 .83.3 蜂鸣器 .83.4 LCD 显示模块 .93.5 DS18B20 温度传感器 .103.6 DS12C887 时钟芯片 .123.7 复位电路 .123.8 晶振电路 .13第 4 章 软件系统设计 .144.1 总体设计 .14II4.2 子程序设计 .144.2.1 1602 液晶控制程序 .144.2.2 矩阵按键扫描程序 .144.2.3 DS18B20 控制程序 .164.2.4 单片机中断系统 .164.2.5 DS12C887 控制程序 .17第 5 章 Proteus 仿真与设计 .185.1 系统仿真图 .185.2 开机界面和时钟仿真 .195.3 温度测量仿真 .205.4 计算功能仿真 .21第 6 章 系统功能测试 .246.1 系统实物图 .246.2 开机界面及时钟显示 .246.3 温度检测显示 .256.4 运算功能显示 .26结论 .29致谢 .30参考文献 .31附录 1 电路原理图 .32附录 2 PCB 电路图 .33附录 3 LCD1602 显示字符表 .34附录 4 LCD1602 引脚说明 .35附录 5 程序节选 .35成都理工大学 2016 届学士学位论文（设计）1第 1 章 绪论1.1 背景介绍当今社会，人们对生活品质的要求越来越高，因此各式各样的电子产品也就应运而生并逐渐走进了千家万户。电子产品的使用几乎渗透我们生活中的方方面面，而计算器算得上是我们生活中最为常用的电子产品之一，它作为一种方便快捷的计算工具方便了广大用户的使用。本次设计的重点在于计算器的硬件系统设计和控制程序编写，并从实用性出发在本设计中加入时钟模块和温度测量装置。1.2 设计目的作为对大学所学课程的总结和检验，毕业设计是一个不可或缺的重要环节。本次设计的题目为基于单片机的多功能计算器的设计与实现 ，在设计的过程中用到了单片机微机原理 、 数字电路技术 、 模拟电路技术 、 C 语言设计等所学的相关知识并查阅了其他的相关资料，期望通过本次设计能够把平日所学的知识得以实际应用，从而提高对知识的综合运用能力和课题的设计能力。1.3 设计要求在本次设计中，主要完成以下几方面的设计要求：(1) 了解单片机最小系统的构成以及如何搭建单片机外围扩展电路的方法；(2) 实现计算器的加、减、乘、除基本四则运算；(3) 实现对温度的测量；(4) 实现时钟的显示和设定。1.4 方案的论证和选择1.4.1 方案一 采用 PLC 控制PLC 是可编程逻辑控制器的简称，最早出现于 60 年代末期的美国，目的是用于取成都理工大学 2016 届学士学位论文（设计）2代继电器。可以执行计时、计数、算数运算和逻辑判断等操作指令，并通过模拟量和数字量的输入和输出，实现对各种类型机械和生产设备的控制。PLC 以其可靠性高、抗干扰能力强、程序编写简单直观、适应性好、功能完善、接口易于扩展等优点被广泛应用于工业控制中。但是，PLC 外围扩展模块的使用方法麻烦且体积相对较大，保密性不好，就本次设计的需求来说，使用 PLC 设计从经济性来说成本过高，从实用性来说不易于携带，因此不被采用。1.4.2 方案二 采用 STC89C52 控制单片机是一种集成电路芯片，全称为单片微型计算机，它的制造采用的是超大规模集成电路工艺将中央处理器 CPU、只读存储器 ROM、随机存储器 RAM、以及各种I/O 接口电路集成到一块半导体芯片上。因此，单片机以重量轻、功耗小、价格低、体积小、可靠性高、易于扩展、计算速度快和控制功能强等优点在各个领域得到了广泛的应用。1.4.3 方案的比较和选择通过对上述两种方案的比较，结合设计的实用性、便携性和成本考虑，选择以STC89C52 作为主控芯片，通过添加外围电路来实现多功能计算器的设计更加符合实际需求。1.5 设计思路结合实际需求，本次设计的主控芯片采用 STC89C52 单片机，它能够满足系统所需的各项控制要求，信息显示、温度测量、时钟功能和按键功能通过则添加的外围电路来实现，具体的设计构思如下：(1) 为了保证良好的显示效果，本系统采用 1602 液晶作为时钟、温度以及运算式和结果的显示器件；(2) 多功能计算器的按键包括数字键（09） ，四则运算符（+、/ ） ，复位键和等号共计 16 个按键，因此采用 44 的矩阵键盘和键盘扫描程序可以达到设计要求，而且电路和程序设计也相对简单；成都理工大学 2016 届学士学位论文（设计）3(3) 系统上电后 LCD 显示“Please Input：” ，等待用户按下所需的功能键，当按下“7”键进入时钟界面 LCD 第一行显示日期，第二行显示时间；按下“8”键进入实时温度的测量界面，LCD 的第一行显示“Temperature:” ，第二行显示测量到的温度值；按下“9”键进入计算器功能，LCD 第一行显示运算数字和运算符，第二行显示运算结果。1.6 系统总体模块图LCD 液晶显示模块电源STC89C52主控芯片键盘模块DS18B20 传感器DS12C887 时钟模块图 1-1 体统总体模块图1.7 设计方案经过反复考虑最终确定本次设计采用如下方案：(1) 采用 STC89C52 作为主控芯片；(2) 采用 LCD1602 液晶作为显示模块；(3) 采用 DS12C887 作为时钟模块；(4) 采用 DS18B20 作为温度测量模块；(5) 输入采用 44 的矩阵键盘；(6) 电源采用 5v 的稳压电源。 成都理工大学 2016 届学士学位论文（设计）4第 2 章 开发软件简介2.1 Keil C51 编程软件美国 Keil Software 公司出品的 Keil C51，是一款能够兼容 51 系列单片机的 C 语言软件开发系统，它使用的开发环境接近于 C 语言并且集编辑、编译、仿真等于一体，编程界面与 VC+界相似，与汇编语言相比，C 语言在其可读性、可维护性、可移植性上等方面都比汇编语言有着十分明显的优势，Keil C51 凭借着其简单易学，而且能够缩短单片机项目的开发周期提高编程者的工作效率，还可以在程序编写的关键位置嵌入汇编程序，使得 Keil C51 编写的程序执行效率接近于汇编程序，因此得以推广 1。图 2-1 Keil C51 编程界面2.2 Proteus 仿真软件由英国 Labcenter electronics 公司出品的软件 Proteus,是一款实用性很好的 EDA Proteus 工具软件。它能对单片机及其外围电路构成的系统进行仿真，因此在单片机开发工作者和广大单片机爱好者中深受好评。Proteus 集成了诸多功能与一身，如电气原理图的绘制、程序代码的编译和单片机及其外围电路的协同仿真，PCB 电路图的一键切换，使其在真正意义上具备了从基本概念到实际产品的完整设计能力。Proteus 在控制元件方面支持 8051、8086、ARM、和 AVR 等处理器平台，并且在不断的添加新的成都理工大学 2016 届学士学位论文（设计）5处理器平台。在编译方面它支持 MATLAB、Keil C51 和 IAR 等多种编译。图 2-2 Proteus 工作界面2.3 STC_ISP_V6.82E 程序烧录软件STC_ISP_V6.82E 由 STC 公司研发，是专门针对 51 系列单片机设计的一款用于程序烧录的软件，通过 STC_ISP_V6.82E 可以很容易的将编译好的 HEX 文件烧录进 51单片机。通过选项窗口可以设置单片机型号、COM 口、波特率、串口等参数，同时还可以作为串口调试工具，用于串口数据的收发调试。成都理工大学 2016 届学士学位论文（设计）6图 2-3 STC_ISP_V6.82E 调试界面第 3 章 硬件系统设计3.1 主控芯片 STC89C52STC89C52 的特点是具有 CMOS8 位微处理器、低功耗、高性能，拥有 8K 采用DIP 封装的 Flash 存储器，52 系列的单片机可以全部兼容 51 系列单片机的引脚和指令，而它的制造工艺采用的是高密度非易失性存储器技术 2。STC89C52 具有的最大优点是可以实现在线编写程序，在进行程序调试的时候，可以直接对带电的单片机进行程序烧录，完成程序的烧录后单片机可自动复位运行，芯片的复写次数可以达到一万次以上，对于单片机爱好者和开发者来说它是一款具有较高性价比的开发芯片。图 3-1 STC89C52P0 口（39 脚32 脚）：P0 口为一个三态双向 I/O 口，可以作为通用的 I/O 口，也可作为数据和地址的分时复用口。P0 口有 8 个相同的电路：P0 口的