单片机课程设计简易计算器论文

1、华侨大学厦门工学院单片机课程设计报告题 目：基于51单片机的简易计算器专业、班级： 11级电子一班 学生姓名： 饶庆谋 学 号： 1102201024 指导教师： 汪弦 2014 年 5 月 29 日任务书学生姓名饶庆谋专业电子信息工程班级电子一班课题名称基于51单片机的的简易计算器设计主要内容1、能够进行简单的四则运算，包括带负数的运算。2、用LCD显示数据和结果（6位即可）3、采用键盘输入方式，键盘包括数字键（09）、符号键（+、-、×、÷）、清除键(C)和等号键（=），故只需要16个按键即可。 4、在执行过程中，开机显示零，等待键入数值，当键入数字，通过LC

2、D显示出来，当键入+、-、*、/运算符，计算器在内部执行数值转换和存储，并等待再次键入数值，当再键入数值后将显示键入的数值，按等号就会在LCD上输出运算结果。 5、错误提示：当计算器执行过程中有错误时，会在LCD上显示相应的提示，如：当输入的数值或计算得到的结果大于计算器的表示范围时，计算器会在LCD上提示OV；当除数为0时，计算器会在LCD上提示ERR。设计完成技术指标完成扩展内容：1、LCD可显示的位数增多。最大进行13位的运算2、带小数点的相关数据的计算。3、连续运算。4、超过6位进行科学计数法显示设计预期目标及成果预期目标：有实际的设计电路，实现上述功能或部分功能。成果形式：

3、实际电路板。进度安排分阶段的起止日期与工作内容： （共 9 周）1.第1周：明确设计任务与要求，查阅、收集资料，补充相关软件知识。2.第2周：总体设计构思，确定设计总框图、分框图和总体结构，熟悉软件。3.第35周：按内容要求设计，硬件设施搭建、软件编程4.第67周：软硬件综合调试。5.第89周：检验作品及整理设计论文。目录任务书01目录03设计任务目的04设计任务要求04设计方案选取与论证04硬件部分设计方案04软件部分设计05硬件设计原理图06电路设计06简易计算器部分电路设计06显示及显示接口07键盘、液晶显示的组合接口08制作及调试过程10结论11致谢12参考文献12单片机控制系统课程设

4、计成绩评定表13课程设计报告1、设计任务目的设计一个计算器，可以进行简易的四则运算。2、设计任务要求1、能够进行简单的四则运算，包括带负数的运算。2、用LCD显示数据和结果（6位即可）3、采用键盘输入方式，键盘包括数字键（09）、符号键（+、-、×、÷）、清除键(c)和等号键（=），故只需要16个按键即可。 4、在执行过程中，开机显示零，等待键入数值，当键入数字，通过LCD显示出来，当键入+、-、*、/运算符，计算器在内部执行数值转换和存储，并等待再次键入数值，当再键入数值后将显示键入的数值，按等号就会在LCD上输出运算结果。 5、错误提示：当计算器执行

5、过程中有错误时，会在LCD上显示相应的提示，如：当输入的数值或计算得到的结果大于计算器的表示范围时，计算器会在LCD上提示OV；当除数为0时，计算器会在LCD上提示ERR。3、设计方案选取与论证3.1硬件部分设计方案1 单片机部分 单片机以ATC89C52来做为核心元器件。2 按键部分 设计思路：采用4*4行列式键盘，分别设定数字键和功能键，采用查询方式，每次有键按下时，先判断是实数字键还是功能键。但是这种方式采用了大量的I/O口线。 3 显示部分在单片机应用系统中，使用的显示器主要有LED（发光二极管显示器）、LCD液晶显示器以及CRT接口。思路：使用液晶显示器来显示。液晶是介于固态和液态间

6、的有机化合物，将其加热会变成透明液态，冷却后变成结晶的混浊固态。在电的作用下，产生冷热变化，从而影响它的透光性，来达到显示的目的。本次设计拟用LCD1602显示器。3.2软件部分设计软件部分的设计思路是将整个程序划分为键盘扫描部分，显示部分，运算程序部分，清屏显示部分。对于其中的键盘扫描部分在编写时又分为动态扫描和静态扫描；运算程序部分包括加、减、乘、除四个子程序。软件流程大致如下：开始，然后是系统的初始化，进行键盘扫描，对扫描的键值进行判断（分为数字键和功能键），如果是数字键，执行数字键处理子程序，即显示数字并将数值存储；如果是命令键，即先判断是否为清屏，如为清屏键，则执行清屏子程序，若为+

7、-*/运算键则显示相应的符号并存储结果，若都不是则为=键，即要先判断上个符号位，然后调用对应的运算子程序运算，就可以得到需要的结果。3.3 硬件设计原理图计算器大致分为：单片机、液晶显示、键盘三大部分。因此，总的电路设计方案以单片机AT89s51来做为核心元器件，外围采用4*4行列式键盘作为输入，采用LCD1602液晶显示器来做输出显示控制部分单片机输入部分键盘输出部分液晶 硬件设计框图4、电路设计4.1简易计算器部分电路设计4.1.1单片机的复位：电路如图所示.RST：复位输入,在RESET（图中表示为RST ）输入端出现高电平时实现复位和初始化.。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器

8、周期的高电平时间。MCS-51RESMCS-51RES +5V +5V22F 1K 10F 复1K 按键 5.1K 地 地 (a) (b) 复位电路在振荡运行的情况下，要实现复位操作，必须使RES 引脚至少保持两个机器周期（24个振荡器周期）的高电平。CPU在第二个机器周期内执行内部复位操作，以后每一个机器周期重复一次，直至RES端电平变低。复位期间不产生ALE及PSEN信号。内部复位操作使堆栈指示器SP为07H，各端口都为1（P0-P3口的内容均匀0FFH），特殊功能寄存器都复位为0，但不影响RAM的状态。当RES引脚返回低电平以后，CPU从0地址开始执行程序。图（a）为加电自动复位电路。加

9、电瞬间，RES 端的电位与Vcc相同，随着RC 电路充电电流的减小RES的电位下降，只要RST 端保持10毫秒以上的高电平就能使MCS-51单片机有效地复位，复位电路中的RC 参数通常由实验调整。当振荡频率选用6MHz时，C选22uF，R选1K，便能可靠地实现加电自动复位，若采用RC电路接斯密特电路的输入端，斯密特电路输出端接MCS-51和外围电路的复位端，能使系统可靠地同步复位。图（b）为人工复位电路。 4.1.2振荡器特性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。XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内

10、振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。4.2 显示及显示接口4.2.1 单片机引脚及常用命令简介：本次设计在显示部分采用的是LCM1602B，它是一个双行显示的液晶显示器。其采用标准的16脚接口，其中:第1脚：VSS为地电源第2脚：VDD接5V正电源第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择

11、数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：RW为读写信号线，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者显示地址，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端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第1516脚：分别为背光灯正负极，A接正极， K接负极。它的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说明：1为高电平、0为低电平） 计算器电路在显示部分，先设计了LCD初始化的程序，其次完成了显示程序的设计。简要的介绍LCD显示过程中用到的

12、个子程序4.3 键盘、液晶显示的组合接口在单片机应用系统中为了控制系统的工作状态，以及向系统输入数据，应用系统有按键或键盘。例如复位用的复位键，功能转换用的功能键以及数据输入用的数字键盘等。按键或键盘中的每一个键都赋予特定的功能，他们通过借口电路与单片机相连。通过软件了解按键的状态及键信息的输入，并转去执行该功能键的功能处理程序，键盘的接口方法有多种，但键输入过程软件结构基本是一样的。对键盘上的每一个键，都有一个编号，（即键号），CPU可采用中断方式或查询方式了解有无按键按下，并检查是哪一个按键按下，确定键号，将该键号送如累加器A，然后通过散转指令转入执行该键的功能程序。最后返回到原处。4.3

13、.1 键盘接口和键输入软件中应解决的几个问题1.消除键抖动按键的合断都存在一个抖动的暂态过程，。这种抖动的暂态过程约经过510MS的时间，人发肉眼是觉察不到的，但对高速的CPU是有反应的，可能差生误差处理，为了按键的动作一次，仅做一次处理，必须采取措施一消除抖动。消除抖动的措施有两种：硬件消抖和软件消抖。硬件消除抖动可用简单的R-S触发器或单稳态电路构成，软件消除抖动是用延时来躲过暂态抖动过程，执行一段大于10MS的延时程序后，再读取稳定的键状态。2.键编码及键值 一组案件或键盘都要通过I/O口线查询按键的开关状态。根据键盘结构不同，采用不同的编码方法。但无论有无编码，以及采用什么编码，最后都

14、要转换成为与累加器中的数值相对应的键值，以实现案件功能程序的散转。顺序排列键编码。如图：采用此种方法，键值的形成要根据I/O线的状态来做相应处理。键码可按下式形成： 键码= 行首键号 + 列号3.键盘的检测方法对于计算机应用系统，键盘扫描只是CPU工作的一部分，键盘处理只是在有键按下时才有意义。对是否有键按下的信息输入方式有中断方式与查询方式两种。4.3.2 行列式键盘工作原理 行列式键盘又称矩阵式键盘。用I/O线组成行、列结构，按键设置行列的交点上，例如4*4的行列结构可组成16个键的键盘。因此在案件数量较多时，可节省I/O口线。(1) 行列式键盘的接口行列式键盘的接口方法有许多，例如直接接

15、口与单片机的I/O上；用扩展的并行I/O接口；用串行口扩展并行I/O接口；利用一种可编程的键盘、显示接口芯片进行接口等。其中，利用扩展的并行I/O接口方法方便灵活，在单片机应用系统中比较常用。（2）键盘工作原理按键设置在行、列线的交点上，行、列线分别连接到按键开关的两端。行线通过上拉电阻接+5V，被置位在高电平状态。对键盘的工作过程可分为两步：第一步是CPU首先检测键盘上是否有键按下；第二步是识别是哪一个键按下。检测键盘上有无按键按下可采用查询工作方式、定时扫描方式和中断工作方式。查询工作方式：键盘中有无键按下是有列线送如入全扫描字，读入行线状态来判别的。其方法是：所有列线置低电平，然后将行线

16、电平状态读入累加器A中。如果有键按下，总会有一根行线电平被拉低至低电平，从而使行输入状态不全为“1”。键盘中哪一个键按下是又列线逐列置低电平后，检查行输入状态，称为逐列扫描。方法是：置对应的列线为低电平，然后读入行线状态，如果全为“1”，则所按下之键不在此列；如果不全为“1”，则所按下之键必在此列，而且是与0电平行线相交的交点上的那个键。为求取键码，在逐列扫描时，可用计数器纪录当前列的列号，然后用行线值为“0”的行首键码加列号的办法计算。5.制作及调试过程5.1调试步骤   在焊接好器件后，先不要将芯片插在芯片座上，要先验证先板上电源是否好用，有无短路等。接上电源

17、，用万用表测量个芯片座对应电源和地之间的电压值，观察电压值是否正常。一切正常后方可将芯片插入芯片座，以继续测试其他功能。   将芯片插上后，对各个模块进行调试，按键是否工作正常，数码管是否显示正常等。编写相关部分的测试程序对其进行测试。   各部分硬件检测无误后，下载程序进行整体调试，一切正常后，结束调试过程。5.2性能分析   对于计算器的性能，主要的衡量指标就在于计算的精度，本次制作的计算器性能情况如下：加法、减法、乘法、除法运算： 正负数均可进行，最高位可有13位运算，若除数为零，则显示错

18、误提示Error。显示结果时若结果超过6位，则使用科学技术法。通过对实际性能的分析，可以得到本次设计满足设计的要求。结论计算器（Calculator）是微型电子计算机的一种特殊类型。它与一般通用计算机的主要区别在于程序输入方式的不同。计算器的程序一般都已经固定，只需按键输入数据和运算符号就会得出结果，很容易就能掌握。而一般计算机的程序可以根据需要随时改动，或重新输入新的程序。简易计算器主要用于加减乘除；科学计算器，又增添了初等函数运算（有的还带有数据总加、求平均值等统计运算）。现代电子计算器首次问世是1963年。那时的计算器是台式的，在美国波士顿的电子博览会上展出过。与计算机相比，它小巧玲珑，计算迅捷，一般问题不必事先编写复杂的程序。 随着微电子技术的不断发展，微处理器芯片的集成程度越来越高，单片机已可以在一块芯片上同时集成CPU、存储器、定时器计数器、并行和串行接口、看门狗、前置放大器、AD转换器、DA转换器等多种电路，这就很容易将计算机技术与测量控制技术结合，组成智能化测量控制系统。这种技术促使机器人技术也有了突飞猛进的发展，目前人们已经完全可以设计并制造出具有某些特殊功能的简易智能机器人。随着社