计算器的论文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。

无桂林电子科技大学实训（论文）报告用纸论是生活还是学习，还是娱乐和消遣几乎离不开电子产品，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本原理，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AT89C51为主控机，通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；目录引言 (1)1 设计方案 (1)1.1设计要求 (1)1.2系统模块图： (1)1.3算术运算程序流程图： (2)1.4系统总流程图： (3)2模块分析 (4)2.1单片机接口 (4)2.1.1电复位电路 (4)2.1.2 内部时钟模式电路 (4)2.1.3单片机与复位、时钟电路连接电路图： (5)2.2键盘接口电路： (5)2.3LCD显示模块： (6)2.4运算模块（单片机控制）： (7)2.5错误提示模块 (7)2.6总体的电路图 (8)3 AT89C51单片机引脚介绍： (8)4 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。

键盘电路采用4*4矩阵键盘电路。

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：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 单片机接口本设计选用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，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系列单片机来说，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IO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的高电平，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（10μF电解）给单片机复位脚施加高电平5V，同时，通过10KΩ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简单，为了方便，我采用的是手动复位。

2.1.2 内部时钟模式电路：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，并接两个电容后接地即可，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C1=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=C2=40+10pF或40-10pF；2.1.3单片机与复位、时钟电路连接电路图：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，但是会占用大量的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4×4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，在单片机中正好可以用一个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如图3所示：图（6）矩阵按键2.3 LCD显示模块：本设计采用LCD液晶显示器来显示输出数据。

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。

图（7） LCD 模块1.简介工业字符型液晶，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为电源地第2脚：VDD接5V电源正极第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7～14脚：D0～D7为8位双向数据端。

第15～16脚：空脚或背灯电源。

15脚背光正极，16脚背光负极。

使用液晶显示屏的有点在于，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本功能部件。

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）。

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总体的电路图图（9）总的电路图3 AT89C51单片机引脚介绍：VCC：供电电压。

GND：接地。

P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

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FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH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门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，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。

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。

这是由于内部上拉的缘故。

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口输出地址的高八位。

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，由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 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断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，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1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

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。

此时， 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（0000H-FFFFH），不管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）。

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。

4 程序模块#include<reg52.H>#include<stdio.h>#include<stdlib.h>//数学运算函数#define uchar unsigned char#define uint unsigned int//*********定义变量和数组********sbit lcden=P2^2; //液晶使能端，1为读取信息sbit rw=P2^1;//液晶数据命令选择短端，0-向LCD写入指令；1-读取信息sbit rs=P2^0;//0输入指令；1-输入数据sbit fengmingqi=P2^7; //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(); //液晶初始化void LCD_dsp_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 main(){ char temp[16];char i=0,j=0,fuhao;bit flag=0,dh=0,fh=0,xsd=0;init();do{key_scan();}while(n==17);write_com(0x01);while(1){ key_scan();if((dh==1)&(flag==1)&(n!=17)){ write_com(0x01);LCD_dsp_string(0,0,temp);j=0;i=0;flag=0;fh=0;while(temp[i++]!='\0') j++;fengmingqi=0;delay_ms();fengmingqi=1;}if((i==0)&(n=='-')&(fh==0)){ fh=1;temp[0]='-';i++;LCD_dsp_char(j++,0,n);if(flag==0) continue;fengmingqi=0;delay_ms();fengmingqi=1;}if(((n>='0')&(n<='9')|((n=='c')&(xsd==0)))&(dh==0)) {if(n=='c'){ n='.';xsd=1;}temp[i++]=n;LCD_dsp_char(j++,0,n);fengmingqi=0;delay_ms();fengmingqi=1;}if(((n=='+')|(n=='-')|(n=='*')|(n=='/'))&((flag==0)|(dh==1))) { flag=1;fuhao=n;temp[i]='\0';a=atof(temp);i=0;dh=0;fengmingqi=0;delay_ms();fengmingqi=1;switch(n){case '+': LCD_dsp_char(j++,0,n); break;case '-': LCD_dsp_char(j++,0,n);fh=0;break;case '*': LCD_dsp_char(j++,0,n); break;case '/':LCD_dsp_char(j++,0,n); break;}}if((n=='=')&(flag==1)){ dh=1;temp[i]='\0';b=atof(temp);i=0;xsd=0;LCD_dsp_char(j,0,'=');switch(fuhao){ case '+': a=a+b; break;case '-': a=a-b; break;case '*': a=a*b; break;case '/': a=a/b; break;}sprintf(temp,"%g",a);LCD_dsp_string(0,1,temp);fengmingqi=0;delay_ms();fengmingqi=1;}if(n=='c'){ write_com(0x01);a=b=0;fuhao=0;flag=0;i=0;j=0;dh=0;xsd=0;fh=0;fengmingqi=0;delay_ms();fengmingqi=1; }}}void delay_ms()//延时程序1{ uchar x,y;for(x=10;x>0;x--)for(y=100;y>0;y--);}void delay(uchar m) //延时程序2{ uchar n;for(n=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=1;}//*****对1602写入date数据**void write_data(uchar date){ P0=date;rs=1;lcden=0;delay(200);lcden=1;}void init() //初始化LCD{ rw=0;write_com(0x38);write_com(0x0c);write_com(0x06);write_com(0x80);write_com(0x01);}//*********设置1602的坐标*****void LCD_set_xy( uchar lie, uchar hang ){ unsigned char address;if (hang== 0) //第一行address = 0x80 + lie; //0为一行的第一个else //第二行address =0xc0+ lie;write_com(address);}//********写入字符***********void LCD_dsp_char( uchar x,uchar y,uchar dat){ LCD_set_xy( x, y );write_data(dat);}//*******写入字符串*******************void LCD_dsp_string(uchar lie,uchar hang,uchar *s) { LCD_set_xy( lie, hang );while (*s){write_data(*s);s ++;}}void key_scan(void){ uchar temp;P1=0xfe;if(P1!=0xfe){ delay(200);if(P1!=0xfe){ temp=P1&0xf0;switch(temp){ case 0xe0:n='c';break;case 0xd0:n='0';break;case 0xb0:n='=';break;case 0x70:n='+';break;}} while(P1!=0xfe);}else{ P1=0xfd;if(P1!=0xfd){ delay(200);if(P1!=0xfd){ temp=P1&0xf0;switch(temp){ case 0xe0:n='1';break;case 0xd0:n='2';break;case 0xb0:n='3';break;case 0x70:n='-';break;}}while(P1!=0xfd);}else{ P1=0xfb;if(P1!=0xfb){ delay(200);if(P1!=0xfb){ temp=P1&0xf0;switch(temp){ case 0xe0:n='4';break;case 0xd0:n='5';break;case 0xb0:n='6';break;case 0x70:n='*';break;}} while(P1!=0xfb);}else{ P1=0xf7;if(P1!=0xf7){ delay(200);if(P1!=0xf7){ temp=P1&0xf0;switch(temp){ case 0xe0:n='7';break;case 0xd0:n='8';break;case 0xb0:n='9';break;case 0x70:n='/';break;}}while(P1!=0xf7);}else n=17; }}}}说明：该程序实现了小数、整数的加减乘除运算。