【精品】计算器的论文1

1、单片机综合实训（论文）说明书题 目：计算器院（系：信息与通信学院专 业：电子信息工程学生姓名：学 号：指导教师：日期：2012年6月22日摘要当今社会，随着人们物质生活水平的不断提高，电子产品已经走进了家家户户。无 论是生活还是学习，还是娱乐和消遣儿乎离不开电子产品，大型复杂的计算能力是人脑 不能胜任的。计算器作为一种快速通用的计算工具方便了用户的使用。基于这点，本设 计着重于分析和了解计算器的基木原理，并从实践中对计算器进行了简单的设计。单片 机由于其微小的体积和低廉的成本，广泛运用于家用电器、工业领域中。根据功能和指 标要求，本设计选用mcs-51系列单片机，即/ct89c51为主控机，通

2、过扩展必要的外 围接口电路，实现对计算器的设计。关键字：单片机；at89c51；计算器；引言11设计方案11.1设计要求11.2系统模块图：11.3算术运算程序流程图：21. 4 系统'总流程图:32模块分析42. 1单片机接口42. 1. 1电复位电路42. 1.2 内部时钟模式电路42. 1.3单片机与复位、时钟电路连接电路图： 52. 2键盘接口电路:52. 3 lcd显示模块：62.4运算模块（单片机控制）:72. 5错误提示模块72. 6总体的电路图83 at89c51单片机引脚介绍：84程序模块9实训总结16谢辞17参考文献18附录1 19引言本设计选用at89c51单片机

3、为主控单元按照系统设计的功能的要求，初步确定设 计系统由单片机、显示模块、输入模块、运算模块共四个模块组成。主控芯片使用ay89c51 单片机，市场应用最多。键盘屯路采用4*4炬阵键盘电路。显示模块采用lcd液晶显示 器来显示输出数据。整个计算器系统工作过程为：首先存储单元初始化，键盘扫描，判 断按键的位置，得出按键值，单片机则对数据进行数据进行储存与相应处理转换送人 lcd1602显示输入表达式，然后通过单片机对数据进行运算把结果送入lcd1602显示出 来。1设计方案1.1设计要求利用单片机设计一个计算器。要求： 基本要求：（1）八位数码管显示（2）能实现整数的加、减、乘、除（3）4*4矩

4、阵键盘输入（4）数据位数超过8有报警提醒功能发挥部分：（1）具备连续运算功能（2）能实现若干小数的运算（3）能实现乘方和阶乘等其他特殊功能针对上述功能，计算器软件程序要完成以下模块的设计：（1）键盘输入检测模块；（2） 鉴于显示简单，我使用的是lcd显示模块；（3）算术运算模块；（4）错误处理及 提示模块。1.2系统模块图：图（1）系统模块图1.3算术运算程序流程图:开始z：图（2）算术运算程序流程图1.4系统总流程图:图（3）系统流程图2模块分析2. 1单片机接口木设计选用at89c51单片机为主控单元；显示部分：采用lcd静态显示；按键部 分：采用4*4键盘；直接用p1 口接4*4矩阵按键

5、，读取输入的键值。2. 1. 1电复位电路：51单片机高电平复位。以当前使用较多的at89系列单片机來说，在复位脚加高电 平2个机器周期（即24个振荡周期）可使单片机复位。复位后，主要特征是各i0 口呈 现高电平，程序计数器从零开始执行程序。复位方式有两种。（1）手动复位：按钮按下，复位脚得到vcc的髙电平，单片机复位，按钮松开后，单片机开始工作。（2）上电复位：上电后，电容电压不能突变，vcc通过复位电容（10 pf电解）给单片机复位脚施加高电平5v,同时，通过10kq电阻向电容器反向充电，使复 位脚电压逐渐降低。经一定时间后（约10毫秒）复位脚变为0v,单片机 开始工作。设计时觉得电路比较

6、简单，为了方便，我采用的是手动复位。图（4）内部时钟电路当单片机工作于内部时钟模式的时候，只需在xtal1和xtal2引脚连接一个晶体振 荡器或者陶瓷振荡器，并接两个屯容后接地即可，在使用时对于电容的选择有一定的要 求：当外接晶体振荡器的时候，电容值一般选择cl=c2=30+10pf或30-10pf；当外接陶瓷振荡器的时候，电容值一般选择c1二c2二40+10pf或40-10pf；2. 1. 3单片机与复位、时钟电路连接电路图:511?tfo 1 二 3 4,5 ppppppppkeetw 気gkd<>fff<<>rkd txd alff psenvcc!-.:.

7、5图(5)单片机连接电路2. 2键盘接口电路:计算器输入数字和其他功能按键要用到很多按键，如果采用独立按键的方式，在这 种情况下，编程会很简单，但是会占用犬量的i/o 口资源，因此在很多情况下都不采用 这种方式，而是采用矩阵键盘的方案。矩阵键盘采用四条i/o线作为行线，四条i/o线 作为列线组成键盘，在行线和列线的每个交叉点上设置一个按键。这样键盘上按键的个 数就为4x4个。这种行列式键盘结构能有效地提高单片机系统中i/o 口的利用率。 矩阵键盘的工作原理：计算器的键盘布局如图所示：一般有16个键组成，在单片机屮正好可以用一个p口 实现16个按键功能，在这里我使用是p1 口。矩阵键盘内部电路图

8、如图3所示：2. 3 lcd显乔模块:本设计采用lci）液晶显示器來显示输出数据。通过d0-d7引脚向lcd写指令字或写数 据以使lcd实现不同的功能或显示相应数据。lco1lmo44l©_r、二-vc/p7ux.ci j§<1. < >< * 4< >-"f:<»图（7） lcd模块1 简介工业字符型液品，能够同时显示16x02即32个字符。（16列2行） 注：为了表示的方便，后文皆以1表示高电平，0表示低电平。2 管脚功能1602采用标准的16脚接口，其中：第1脚：vss为屯源地第2脚：vdd接5v电源正极第

9、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1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令 寄存器。第5脚：rw为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。 第6脚:e(或en)端为使能(enable)端。第714脚：d0d7为8位双向数据端。第1516脚：空脚或背灯屯源。15脚背光正极，16脚背光负极。使用液品显示屏的有点在于，工作时不需要进行多次扫描，而且显示比较稳定。2.4运算模块(单片机控制)：mcs-51单片机是在一块芯片中集

10、成了cpu、ram、rom、定时器/计数器和多功能i/o 等一台计算机所需要的基木功能部件。如果按功能划分，它由如下功能部件组成，即微 处理器(cpu)、数据存储器(ram)、程序存储器(rom/eprom)、并行i/o 口、串行 口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器(sfr) o单片机是靠程序运行的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是 特殊的独特的一些功能，通过使用单片机编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高 可靠性！因此我们采用单片机作为计算器的主要功能部件，可以很快地实现运算功能。2. 5错误提示模块这个模块主要用于数据位数超过8的报警提醒，电路主要由蜂鸣器以及

11、三极管组成, 接到单片机的p2.7脚。具体的控制由单片机的程序控制。图(8)错误提示模块2. 6总体的电路图itgqq> o> -z czc单片机部分乞：rst"*<cck3电漁$入i *n-* c<- iccn3图(9)总的电路图wbdbtdrd匚 j - p90k1m:戏於枕汝冶k0k1三第kjk51: 皿匹3 沁r:f:pl:jhf>pl!rlfrrw wtlwfa-x e错误提示部分r、21!?!:<<:f：!i2賈nirilzct1cffj$c<iiiil-ft3 at89c51单片机引脚介绍:vcc：供电电压。gnd：接地。

12、p0 口： p0 口为一个8位漏级开路双向i/o 口，侮脚可吸收8ttl fl电流。当p0 口 的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。p0能够用于外部程序数据存储器，它可以被 定义为数据/地址的第八位。在ftasii编程时，p0 口作为原码输入口，当ftasii进行校 验时，p0输出原码，此时p0外部必须被拉高。p1 口： p1 口是一个内部提供上拉电阻的8位双向i/o 口，p1 口缓冲器能接收输出 4ttl f j电流。pl 口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，p1 口被外部下拉为 低屯平时，将输出屯流，这是由于内部上拉的缘故。在flash编程和校验时，p1 口作为 第八位地址接收。

13、p2 口： p2 口为一个内部上拉电阻的8位双向i/o 口，p2 口缓冲器可接收，输出4 个ttl门电流，当p2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因 此作为输入时，p2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由丁内部上拉的缘故。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 口输岀地址的高 八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行 读写时，p2 口输出其特殊功能寄存器的内容。p2 口在flash编程和校验时接收高八位 地址信号和控制信号。p3 口： p3 口管脚是8个带内部上拉电阻的双向i/o 口，可接收输出4个

14、ttl门电 流。当p3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，出于外 部下拉为低电平，p3 口将输出电流（ill）这是由于上拉的缘故。p3 口也可作为at89c51的一些特殊功能口：p3. 0 rxd （串行输入口）p3. 1 txd （串行输出口）p3. 2 /into （外部中断0）p3. 3 /int1 （外部屮断1） p3.4 t0 （记时器0外部输入）p3. 5 t1 （记时器1外 部输入）p3.6 /wr （外部数据存储器写选通）p3.7 /rd （外部数据存储器读选通）p3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。rst：复位输入。当振荡器复位器件时，

15、要保持rst脚两个机器周期的高电平时间。ale/prog：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字 节。在flash编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ale端以不变的频率周期 输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的l/6o因此它可用作对外部输出的脉冲或用于 定时冃的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ale脉冲。如想 禁止ale的输出可在sfr8eh地址上置0。1ha寸，ale只有在执行movx, movc指令是ale 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ale禁止，置位无 效。/psen：外部程序存储器的选通信号。在由外部

16、程序存储器取指期间，每个机器周 期两次/psen有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/psen信号将不出现。/ea/vpp：当/ea保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（ooooh-ffffh）,脩 是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/ea将内部锁定为reset；当/ea端保持高 电平时，此间内部程序存储器。在flash编程期间，此引脚也用于施加12v编程电源 （vpp）oxtal1：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。4程序模块#include<reg52. h>#include<stdio. h>#incl

17、ude<stdlib. h>/数学运算函数#define uchar unsigned charsdefine uint unsigned intsbit lcden=p22; /液晶使能端，1为读取信息sbit nv=p2l;/液晶数据命令选择短端，0-向lcd写入指令；1-读取信息 sbit rs二p2'0;/0输入指令；1-输入数据sbit fengmingqi=p27; /蜂鸣器的引脚char n;/按键的变量float a, b;/*声明函数* void key_scan(void) ; /按键扫描 void init 0 ;/液晶初始化void lcd_dsp_

18、string(uchar hang, uchar lie, uchar *s) ; /液晶数据写入字符串 void lcd_dsp_char (uchar hang, uchar lie, uchar dat) ; /液晶数据写入字符 void write_com(uchar com);void delay(uchar m);void write_data(uchar date);void lcd_set_xy ( uchar x, uchar y );void lcd_dsp_string(uchar x,uchar y, uchar *s);void delay_ms();void mai

19、n () char temp16;char i=0,j=0,fuhao;bit flag=0, dh=o, fh=0, xsd=0;init();do key_scan ();"while(n二二17); wri te_com (0x01);while (1) kcy_scan();if(dh=1)&(flag=1)&(n!=17) write_com (0x01);lcd dsp string(0, 0, temp); j=0；i 二0;flag=0;fh=0;while(tem讥i+!二'0') j+;fengmingqi二0;del ay ms

20、();fengmingqi=l;if (i=0)&(n=，)&(fh=o) fh二1；tempo=，;i+；lcd_dsp_char (j+,0,n);if(flag=0) continue;fcngmingqi=0; del ay_ms (); fengmingqi=l;if (n>=，o' )&(n二'9') | (n=，c' )&(xsd=0)&(dh=o)if (n二二'c') 討；xsd二1;tcmpi+=n;lcd dsp char (j+, 0, n);fengmingqi=0;del

21、ay_ms ();fengmingqi=l;if (n二二'+') | (n二二')| (n二二'*') | (n二二'/')&(flag二二0) | (dh二二 1) flag=l;fuhao二n;tempi=，0' a=atof(temp);i 二0;dh=o;fengmingqi=0; delay_ms ();fengmi ngqi=l;swit ch(n)case '+，： lcd_dsp_char(j+, 0, n); break;case ' -' : lcd_dsp_char(j+,0

22、,n);fh=o;break;case，*，： lcd_dsp_char(j+, 0, n); break;case ':lcd dsp char (j+, 0, n); break; if (n二二'二')&(f lag二二 1) dh二1;tempi二'0' b=atof(temp);i 二0;xsd二0;lcd dsp char (j, 0,'二')；switch (fuhao)case，+，: a=a+b;break;case：a=ab;break;case，*，: a=a*b;break;case'/':

23、 a=a/b;break;sprintf (tcmp, "%g，a);lcd dsp string(o, 1, temp); fcngmingqi=o;delay ms ();fengmingqi=l;if (n二二'c ) write_com(0x01);a=b=o;fuhao二0;flag=0;i=0;j=0;dh=0;xsd=0;fh=0;fengmingqi二0;dclay_ms (); fengmingqi=l; void dclay_ms()/延时程序 1 uchar x, y;for (x=10;x>0;x-)for (y=100;y>0;y);vo

24、id delay (uchar m) /延时程序 2 uchar n;for(n二0;n<=m;n+);/*对1602写入com命令*void write_com(uchar com) p0=com;rs=0;lcden=0;delay(200);lcden=l;/*对 1602 写入 date 数据*voi d wri te data(uchar date) p0二date;rs=l;lcden二0; delay(200); lcden=l;void init () /初始化 lcd rw=0;write_com(0x38); wri te_com(0x0c); write_com(0

25、x06);wri te_com(0x80); write_com(0x01); " _ /*设置 1602 的处标*void lcd_sct_xy( uchar lie, uchar hang ) unsigned char address;if (hang二二 0)/第一行address = 0x80 + lie; /0 为一行的第一个 else/第二行address 二0xc0+ lie;wri te_com(address);/ / * 写入字符*void lcd_dsp_char( uchar x, uchar y, uchar dat) lcd_set_xy( x, y )

26、;writc_data(dat); "void lcd_dsp_string(uchar 1ie, uchar hang, uchar *s) lcd_set_xy( lie, hang );while (*s)write_data(*s);s +;void key_scan(void) uchar temp;pl=0xfe; if (pl!二oxfe) delay (200);if (pl!二oxfe) tcmp=pl&oxfo;switch (temp) case 0xc0:n=，c" ;break; case oxdo:n=，0"break; cas

27、e 0xb0:n=，=，;break;case 0x70:n二break;while (pl!=0xfe) ;elsepl=0xfd;if(pl!=0xfd) delay (200);if(pl!=0xfd) temp二pl&oxfo;switch(temp) case 0xe0:n二'1' ;break; case oxdo:n二'2'break; case oxbo:n二'3'break; case 0x70:n二'-'；break;while(pl!=oxfd);elsepl=oxfb;if(pl!=oxfb) de

28、lay(200);if(pl!=oxfb) lemp二pl&oxfo;switch(temp) case 0xe0:n二'4'break; case oxdo:n=，5，;break; case oxbo:n二'6' ;break; case 0x70:n二break;wh i1e(p1!=oxfb);elsepl二0xf7;if (pl!=0xf7) delay (200);if (pl!二0xf7) temp二pl&oxfo;switch(temp) case 0xe0:n=，t ;break; case oxdo:n二'8'

29、 ;break; case oxbo:n二'9' ;break;case 0x70 :n='/' ; break;while(pl!=0xf7);else n二17; 说明：该程序实现了小数、整数的加减乘除运算。由于是用到#include<stdlib.h>定义的 函数，计算时内部自动生成多次幕的形式，即蜂鸣器报警就用不上了。由于自己的能力 有限，这个程序不是自己写的，但通过自c的努力及同学的帮助，掌握了程序的人体框 架。把该程序了解透了，我也试着口己另外写但是没有成功，也不懂是什么原因。我自己写的程序在附录1,程序主要是按照论文的设计來写的。实训总

30、结经过两周的设计，我基本上完成了设计的基本要求。虽然完成得不够理想，但通过 基于单片机计算器的设计，加深了我对单片机课程的了解，学以致用，不但凹顾了过去 所学，更使我了解到自己的不足，也弥补了一些知识漏洞。更重要的是在实际设计和试 验屮形成了更加科学合理的认识，不断形成更为合理和具有科学性的思想方式。在这次 设计屮接住了互联网等途径查询相关信息，并在图书馆查阅了大量单片机资料。这不但 扩展了有关单片机领域的眼界，而且完善了以往的知识体系。提高了运用知识的综合能 力。在做该实训的过程中也遇到了很多问题。刚抽到计算器的设计这题冃时，脑袋里感 觉一点思绪都没有，虽然学过了一些相关的知识，只知道数字的

31、输入可以通过矩阵键盘 输入，但对具体程序的控制是非常的模糊的，可见口己的知识是不够踏实的。但通过在 网络上的査找以及同学的帮助分析，自己才有了大体的框架思路。即便这样，编程的时 候还是出现了很多错误，这些错误让自c很是头疼，可没办法只好耐心地找错误修正。 述有一点，仿真的跟实际的板子是存在很大的差别，有时候仿真是成功了，但下载但板 子上时，又出现问题了。通过与同学的慢慢讨论最终完成了实训要求。在学习单片机的 相关知识时，我们用的是汇编语言，从网上查到的编程多为c语言的，而自己对c语言 这一块己经忘得差不多了。多亏了同学的耐心帮助，自己才弄懂程序这块的。硬件这一块，电路是用单片机控制的，相对用模

32、电数电的知识来设计简单了很多。 pcb的布局也是相对简单的，即使这样，我们也不能轻心。做破件电路板的时候，一定 要认真核对仿真电路图，确定无误时才可动手做板！做板焊接的时候，也要注意焊接问 题，避免虚焊、漏焊等不良焊接情况。通过白己的动手操作，我总结到：要用到单片机 实现的屯路设计，我们必须先有一个人体的实现框架以及编程的思路方可着手做电路 板，而不是先把板子做出来了再去弄程序！此实训的设计，真的让我认识到了实践能力的重要性与真实性。这能让我们很好 地加深对不知道的理论知识的理解，同时也巩同t以前知道的知识。从这次的实训屮也 让我懂得一些道理。电路板的制作多多少少都会存在着某些问题，实验过程需

33、要很大的 耐心，也要有不屈不挠的精神，一次不能成功，再来一次！心静方能成事，如果心境烦 躁，做出来的板子效果肯定不好。在现实生活中，遇事要沉着冷静，过于急于求成不会 成功的。这次实寻训只是一个动手能力的小小锻炼，以后述会有更多的锻炼机会呢。因 此，我们在不断地锻炼屮，从实践屮总结经验方能成就白我。在日后的工作和成长屮， 我相信通过努力，将会让自c有更多的提升和完善。谢辞在本次的实训中，很感谢同学们及老师悉心指导和帮助。在设计过程中，老师们多 次为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，以及精心点拨、热忱鼓励，特别是在交板验收 时，老师对我的板子存在的问题给予详细的讲解，并耐心地教我怎么进行测试。此外，

34、 我还要感谢我的同学们，在紧迫的时间里他们还抽岀时间帮助我，鼓励我！也让我感受 到团结的温暖，体验到合作的乐趣。谢谢你们！当然，获得这次锻炼机会也多亏于学校的安排。感谢学院实验室为我们提供了实 验设备和实验器材以及元器件！这次实训不仅提升了我的动手能力，还教会了我很多的 大道理！很多事只有经历过才会成长！在此表示衷心的感谢！参考文献1 姜志海，黄玉清，刘连鑫，单片机原理及其应用（第二版），北京：电子工业出版社，2009. 82 赵建岭，51单片机开发宝典m.北京：北京航空天大学出版社，2005. 113 杨性科，模拟电子技术基础，高等教育出版社，北京，20064 王港元，电子技能基础，四川大学

35、出版社，成都，2007 阎 石，数字电子技术基础，高等教育出版社，北京，2006附录1#include<rcg51. h> #include<math. h>#define uchar unsigned charsdefine uint unsigned intvoid arithmetic () ;/四则运算void init lcm();void key scan();void write_data(char ddata);void write_com(char command);/lcd的写入 void check_bf();void clearlcdo ;voi

36、d display (long a);/显示程序void dealerror();void dataovcrf low() ;/错误提示程序float x=0,y=0;int operators, input, iny二0, num二0;char key;char error5二error"char ovcrflow8=，/overflow/z;sbit en二p22/液晶使能端，1时读取信息1-读取信息sbit r_w二p2j;/液晶数据命令选择端，0-向lcd写入指令;sbit rs二p2p;/0-输入指令；1-输入数据 display(0); init lcm();main()

37、writc_data(0x30);whilc(l) _/* 算术运算函数 * */ void arithmetic ()if (iny)switch(operators)case 1: x=x+y;rm m=x;i f(num<65535&&num>-l) display(num);elsedataoverflowo ;break;case 2:x=x-y;num二x;if(num<65535&&num>-l)display(num);elsedataoverflowo ;break;case 3:x二x*y;num二x;if(num&l

38、t;65535&&num>-l)display(num);elsedataoverflowo ;break;case 4:if (y二二0)dealerror ();el sex二x/y;num二x;if(num<65535&&num>-l)display(num);elsedataoverflowo ;break;case 5: x=pow(x, 1/y);num=x;if(num<65535&&num>-l)display(num);elsedataoverf low();break;y=0;/* * *lcd

39、初始化函数* * * */ void init_lcm()write_com(0x30);write_com(0x30);wri te com (0x30);write_com(0x38); write_com (0x08); write com(0x01); write com(0x06); write com(oxoe);void write_data(char ddata)rs=1;/写指令r_w=o;en=1;/使能信号开pl=ddata;/将数据送入pl 口en=o; /使能信号关 kcy_scan()； kcy=n;if (key二'9' &&key

40、>二'o' )/判断按下的键是否为数值 num二num*10+(key-' o');if (operators>0) /operators-操作数y=num;iny=l;else x二num;if (num<65535&&num>-l)/当前数值是否超出限定范围di splay(num);elsedataoverf low() ;elseswitch(key)case，=':arithmctic();iny=0;operators二0;num=0;break;case ' +':if (operat

41、ors)arithmetic();operators=l;num=0;break;case ' -'：if (operators) arithmctico ;operators=2;num=0;break;case ' *':if (operators) arithmetico ; operators二3; num=0;break;case ':if (operators) arithmetico ; operators二4; num=0;break;case :if (operators) arithmetico ; operators=5; num=0;break;check bf () ;void write_com(char command)rs=o;/写指令en=1;pl二command;/将数据送入pl 口en=0; /使能信号关chcck_bf () ;void check_bf(