基于单片机的简单计算器设计毕业设计

常州工学院学士学位设计目录第一部分设计任务与调研…………3第二部分设计说明……………………4第三部分设计成果……………………11第四部分结束语………………………15第五部分致谢…………16第六部分参考文献…………………17

第一部分设计任务与调研近几年单片机技术的发展很快，其中电子产品的更新速度迅猛。计算器是日常生活中比较的常见的电子产品之一。科技的进步告别了以前复杂的模拟电路，一块几厘米平方的单片机可以省去很多繁琐的电路。现在应用较广泛的是科学计算器，与我们日常所用的简单计算器有较大差别，除了能进行加减乘除，科学计算器还可以进行正数的四则运算和乘方、开方运算，具有指数、对数、三角函数、反三角函数及存储等计算功能。计算器的未来是小型化和轻便化,现在市面上出现的使用太阳能电池的计算器,使用ASIC设计的计算器,如使用纯软件实现的计算器等，未来的智能化计算器将是我们的发展方向，更希望成为应用广泛的计算工具。1.1主要任务本设计是以AT89S52单片机为核心的计算器模拟系统设计，输入采用4×6矩阵键盘，可以进行加、减、乘、除9位带符号数字运算，并在LCD1602上显示结果。1.2设计思路本设计是基于AT89C51单片机的简单运用，设计一个简单的计算器，利用keil进行编程调试，然后利用Protel99se进行仿真，能够实现加，减，乘，除的简单运算。

第二部分设计说明2.1硬件电路2.1.1硬件电路结构框图AT89C51单片机AT89C51单片机显示模块按键输入模块显示模块按键输入模块图2图2—1硬件电路结构框图2.1.2AT89C51介绍图2—图2—2AT89C51芯片引脚图1）微处理器该单片机中有一个8位的微处理器，与通用的微处理器基本相同，同样包括了运算器和控制器两部分，只是增加了面向控制的处理功能，不仅可处理数据，还可以进行位变量的处理。2）数据存储器片内为18个字节，2片外最多可外扩至64k字节，用来存储程序在运行期间的工作变量、运算的中间结果、数据暂存和缓冲、标志位等，所以称为数据存储器。3）程序存储器由于受集成度限制，片内只读存储器一般容量较小，如果片内的只读存储器的容量不够，则需要扩展片外的只读存储器，片外最多可外扩至64k字节。4）中断系统具有5个中断源，2个中断优先权5）定时器/计数器片内有2个16位的定时器/计数器，具有四种工作方式6）串行口1个全双工的串行口，具有四种工作方式。可用来进行串行通讯，扩展并行I/O口，甚至与多个单片机相连接构成多机系统，从而使单片机的功能更强且应用更广。7）I/O口4个并行8位I/O口8）特殊功能寄存器共有21个，用于对片内的各功能的部件进行管理、控制、监视。实际上是一些控制寄存器和状态寄存器，是一个具有特殊功能的RAM区。由上可见，AT89C51单片机的硬件结构具有功能部件种类全，功能强等特点。特别值得一提的是该单片机CPU中的微处理器实际上是一个完整的1位微计算机。这个1位微计算机有自己的CPU、位寄存器、I/O口和指令集。其在开关决策、逻辑电路仿真、过程控制方面非常有效；而8位机在数据采集、运算处理方面有明显的长处。MCS-51单片机中8位机和1位机的硬件资源复合在一起，二者相辅相成，它是单片机技术上的一个突破，也是MCS-51单片机在设计上的精美之处。2.1.3引脚说明MCS-51是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，引脚分布可参照单片机引脚。P0.0~P0.7P0口8位双向线（在引脚的32~39号端子）；P1.0~P1.7P1口8位双向线（在引脚的1~8号端子）；P2.0~P2.7P2口8位双向线（在引脚的21~28号端子）；P3.0~P3.7P3口8位双向线（在引脚的10~17号端子）。（1）P0口有三个功能：（1）外部扩展存储器时，当作数据总线（如图中的D0~D7为数据总线接口）（2）外部扩展存储器时，当作地址总线（如图中的A0~A7为地址总线接口）（3）不扩展时，可作一般的I/O口使用，但内部无上拉电阻，作为输入输出时应在外部接上拉电阻。（2）P1口功能P1口只作I/O口使用，其内部有上拉电阻。（3）P2口功能1、扩展外部存储器时，当作地址总线使用；2、作一般I/O口使用，其内部有上拉电阻。（4）P3口功能1、除了作为I/O口使用外（其内部有上拉电阻），还有一些特殊功能，由特殊寄存器来设置。2、当作为输入时，上拉电阻将其电位拉高，若输入为低电平则可提供电流源，所以如果P0口作为输入时，或处在高阻抗状态，只有外接一个上拉电阻才能有效。（5）ALE/PROG地址锁存控制信号在系统扩展时，ALE用于控制把P0口的输出低8位地址送锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。PROG为编程脉冲的输入端，在AT89C51单片机内部有一个4kB的程序存储器（ROM），ROM的作用就是用来存放用户需要执行的程序。我们如何把编写好的程序存入这个ROM中的呢？实际上是通过编程脉冲输入采能写进去，而这个脉冲的输入端口就是PROG。（6）PSEN外部程序存储器读选通信号在读外部ROM时PSEN低电平有效，以实现外部ROM单元的读操作：1、内部ROM读取时，PSEN不动作；2、外部ROM读取时，在每个机器周期会动作两次；3、外部RAM读取时，两个PSEN脉冲被跳过不会输出；4、外接ROM时，与ROM的OE脚相接。（7）EA/VPP访问程序存储器控制信号1、接高电平时：CPU读取内部程序存储器（ROM）2、接低电平时：CPU读取外部程序存储器（ROM）。8031单片机内部是没有ROM的，因此在应用8031单片机时，这个脚时一直接低电平的。（8）RST复位信号当输入的信号连续2个机器周期以上高电平时即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作，当复位后程序计数器PC=0000H，即复位后将从程序存储器的0000H单元读取第一条指令码。（9）XTAL1和XTAL2外接晶振引脚。当使用芯片内部时钟时，此二引脚用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。（10）VCC电源+5V输入（11）GND接地2.1.4按键模块设计矩阵式按键输入模块，其特点是：电路和软件稍复杂，但相比之下，当键数越多时，越节约I/O口，比较节省资源键盘可分为两类：编码键盘和非编码键盘。编码键盘是较多按键（20个以上）和专用驱动芯片的组合，当按下某个按键时，它能够处理按键抖动、连击等问题，直接输出按键的编码，无需系统软件干预。通用计算机使用的标准键盘就是编码键盘。在智能仪器中，使用并行接口芯片8279或串行接口芯片HD7279均可以组成编码键盘，同时还可以兼顾数码管的显示驱动，其相关的接口电路和接口软件均可在芯片资料中得到。当系统功能比较复杂，按键数量很多时，采用编码键盘可以简化软件设计。但大多数智能仪器和电子产品的按键数目都不太多（20个以内），为了降低成本和简化电路通常采用非编码键盘。非编码键盘的接口电路有设计者根据需要自行决定，按键信息通过接口软件来获取图2—图2—3编码键盘电路2.1.5显示模块设计本设计采用的是LCD1602液晶显示屏。模块内部自带字符发生存储器（CGROM）,字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是（41H），显示时模块把代码41H发给液晶模块，我们就能在液晶上看到字母“A”。1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，丰富的指令可以完成液晶的时序控制、工作方式式设置和数据显示等LCD的特点：（1）低压微功耗；（2）平板型结构；（3）被动显示型(无眩光，不刺激人眼，不会引起眼睛疲劳)；（4）显示信息量大(因为像素可以做得很小)；（5）易于彩色化(在色谱上可以非常准确的复现)；（6）无电磁辐射(对人体安全，利于信息保密)；（7）长寿命(这种器件几乎没有什么劣化问题，因此寿命极长，但是液晶背光寿命有限，不过背光部分可以更换)图2图2—4LCD液晶显示屏2.2软件电路2.2.1键盘扫描的程序设计键盘扫描子程序，首先读出P1的低四位，然后读出P1口的高四位。然后键值并显示缓存。然后将键如的值转换为ASCII码然后就可以软件来设置硬件按键各个键代表的内容。读键程序使用的是反转法读键，不管键盘矩阵的规模大小，均进行两次读键。第一次所有行线均输出低电平，从所有读入键盘信息（列信息）；第二次所有列线均输出低电平，从所有行线读入键盘信息（行信息）。数字键按下则将相应的数字送入缓存区，功能键按下则执行相应的程序2.2.2显示模块的程序设计显示模块程序首先要对显示模块进行初始化；然后控制光标的位置；定义液晶显示的控制端口，用SBIT指令完成；然后设置清屏、关闭显示、归位、开显示、显示位置的首地址等等。图2—5程序运行流程图图2—5程序运行流程图2.2.4加减乘除子运算流程图

否是输出结果c运算C=a+b;c=a-b;C=a*b;c=a/b‘=’键按下？赋值完成后把缓冲区清零，防止下次输入影响结果sscanf(temp,"%d",&b);for(s=0;s<8;s++)图2—5加减乘除子运算流程图把第一个数据赋值给a，并把标志位置1，到下一个数据输入时可以跳转赋值给bsscanf(temp,"%d",&a)firstflag==0？（输入数值的是第一个数据？）否是复位i=0矩阵赋值'+'==num'*'==num'/'==num'='==numa=0;b=0

否是输出结果c运算C=a+b;c=a-b;C=a*b;c=a/b‘=’键按下？赋值完成后把缓冲区清零，防止下次输入影响结果sscanf(temp,"%d",&b);for(s=0;s<8;s++)图2—5加减乘除子运算流程图把第一个数据赋值给a，并把标志位置1，到下一个数据输入时可以跳转赋值给bsscanf(temp,"%d",&a)firstflag==0？（输入数值的是第一个数据？）否是复位i=0矩阵赋值'+'==num'*'==num'/'==num'='==numa=0;b=0第三部分设计成果仿真图程序#include<reg52.h>//包含头文件，一般情况不需要改动，头文件包含特殊功能寄存器的定义#include<stdio.h>#defineKeyPortP1#defineDataPortP0//定义数据端口程序中遇到DataPort则用P0替换sbitLATCH1=P2^2;//定义锁存使能端口段锁存sbitLATCH2=P2^3;//位锁存unsignedcharcodedofly_DuanMa[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//显示段码值0~9//unsignedcharcodedofly_WeiMa[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};//分别对应相应的数码管点亮,即位码unsignedcharTempData[8];//存储显示值的全局变量externunsignedcharTempData[8];//存储显示值的全局变量externunsignedcharcodedofly_DuanMa[10];//显示函数，用于动态扫描数码管输入参数FirstBit表示需要显示的第一位，如赋值2表示从第三个数码管开始显示如输入0表示从第一个显示。Num表示需要显示的位数，如需要显示99两位数值则该值输入2//按键扫描函数，返回扫描键值//unsignedcharKeyScan(void);//键盘扫描函数，使用行列反转扫描法//按键值处理函数，返回扫键值//unsignedcharKeyPro(void);voidDisplay(unsignedcharFirstBit,unsignedcharNum);//定时器初始化子程序//voidInit_Timer0(void);//uS延时函数，含有输入参数unsignedchart，无返回值unsignedchar是定义无符号字符变量，其值的范围是0~255这里使用晶振12M，精确延时请使用汇编,大致延时长度如下T=tx2+5uS//voidDelayUs2x(unsignedchart);//mS延时函数，含有输入参数unsignedchart，无返回值unsignedchar是定义无符号字符变量，其值的范围是0~255这里使用晶振12M，精确延时请使用汇编//voidDelayMs(unsignedchart);//主程序//main(){unsignedcharnum,i,sign;//数值unsignedchartemp[8];//最大输入8个bitfirstflag;inta=0,b=0;unsignedchars;Init_Timer0();//初始化定时器0while(1)//主循环{num=KeyPro();//扫描键盘if(num!=0xff)//如果扫描是按键有效值则进行处理{if(i==0)//输入是第一个字符的时候需要把改行清空，方便观看{for(s=0;s<8;s++)//赋值完成后把缓冲区清零，防止下次输入影响结果TempData[s]=0;}if(('+'==num)||(i==8)||('-'==num)||('x'==num)||('/'==num)||('='==num))//输入数字最大值8，输入符号表示输入结束{i=0;//计数器复位if(firstflag==0)//如果是输入的第一个数据，赋值给a，并把标志位置1，到下一个数据输入时可以跳转赋值给b{sscanf(temp,"%d",&a);//从一个字符串输入到变量firstflag=1;}elsesscanf(temp,"%d",&b);for(s=0;s<8;s++)//赋值完成后把缓冲区清零，防止下次输入影响结果temp[s]=0;if(num!='=')//判断当前符号位并做相应处理sign=num;//如果不是等号记下标志位else{firstflag=0;//检测到输入=号，判断上次读入的符合switch(sign){case'+':a=a+b;break;case'-':a=a-b;break;case'x':a=a*b;break;case'/':a=a/b;break;default:break;}sprintf(temp,"%d",a);//打印十进制到临时缓冲区for(s=0;s<8;s++)//由于打印的是ASCII码值{if(temp[s]==0)//所以需要转换，如果为0表示null数码管上则不能显示，所以赋值0TempData[s]=0;elseif(temp[s]==0x2d)//表示负号，数码管显示负号0x40TempData[s]=0x40;elseTempData[s]=dofly_DuanMa[temp[s]-'0'];//其他0-9负号则进行ASCII到数字处理，如当前是'3'，用'3'-'0'=3//'3'的16进制是0x33,'0'的16进制是0x30}sign=0;a=b=0;//用完后所有数据清零for(s=0;s<8;s++)temp[s]=0;}}elseif(i<16){temp[i]=num+'0';TempData[i]=dofly_DuanMa[num];//输出数据i++;//输入数值累加}}}}//按键扫描函数，返回扫描键值//unsignedcharKeyScan(void)//键盘扫描函数，使用行列反转扫描法{unsignedcharcord_h,cord_l;//行列值中间变量KeyPort=0x0f;//行线输出全为0cord_h=KeyPort&0x0f;//读入列线值if(cord_h!=0x0f)//先检测有无按键按下{DelayMs(10);//去抖if((KeyPort&0x0f)!=0x0f){cord_h=KeyPort&0x0f;//读入列线值KeyPort=cord_h|0xf0;//输出当前列线值cord_l=KeyPort&0xf0;//读入行线值while((KeyPort&0xf0)!=0xf0);//等待松开并输出return(cord_h+cord_l);//键盘最后组合码值}}return(0xff);//返回该值}unsignedcharKeyPro(void){switch(KeyScan()){case0x7e:return1;break;//0按下相应的键显示相对应的码值case0x7d:return2;break;//1case0x7b:return3;break;//2case0x77:return'+';break;//3case0xbe:return4;break;//4case0xbd:return5;break;//5case0xbb:return6;break;//6case0xb7:return'-';break;//7case0xde:return7;break;//8case0xdd:return8;break;//9case0xdb:return9;break;//acase0xd7:return'x';break;//bcase0xee:return0;break;//ccase0xed:return'.';break;//dcase0xeb:return'=';break;//ecase0xe7:return'/';break;//fdefault:return0xff;break;}}//显示函数，用于动态扫描数码管输入参数FirstBit表示需要显示的第一位，如赋值2表示从第三个数码管开始显示如输入0表示从第一个显示。Num表示需要显示的位数，如需要显示99两位数值则该值输入2//voidDisplay(unsignedcharFirstBit,unsignedcharNum){staticunsignedchari=0;DataPort=0;//清空数据，防止有交替重影LATCH1=1;//段锁存LATCH1=0;DataPort=dofly_WeiMa[i+FirstBit];//取位码LATCH2=1;//位锁存LATCH2=0;DataPort=TempData[i];//取显示数据，段码LATCH1=1;//段锁存LATCH1=0;i++;if(i==Num)i=0;}//定时器初始化子程序//voidInit_Timer0(void){TMOD|=0x01;//使用模式1，16位定时器，使用"|"符号可以在使用多个定时器时不受影响//TH0=0x00;//给定初值//TL0=0x00;EA=1;//总中断打开ET0=1;//定时器中断打开TR0=1;//定时器开关打开}//定时器中断子程序//voidTimer0_isr(void)interrupt1{TH0=(65536-2000)/256;//重新赋值2msTL0=(65536-2000)%256;Display(0,8);}//uS延时函数，含有输入参数unsignedchart，无返回值unsignedchar是定义无符号字符变量，其值的范围是0~255这里使用晶振12M，精确延时请使用汇编,大致延时长度如下T=tx2+5uS//voidDelayUs2x(unsignedchart){while(--t);}//mS延时函数，含有输入