基于单片机简易计算器的设计Word格式.docx
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首先存储单元初始化，显示初始值和键盘扫描，判断按键位置，查表得出按键值，单片机则对数据进行储存与相应处理转换，之后送入LED显示器动态显示。
整个系统可分为三个主要功能模块:
功能模块一，实时键盘扫描;
功能模块二，数据转换成显示器显示;
功能模块三，显示器动态显示。
1.2任务分析
在本次课程设计中，主要完成如下方面的设计任务:
1、简要阐述单片机技术发展的国内外现状及LED动态显示和矩阵键盘基本原理;
2、掌握51系列某种产品的最小电路及外围扩展电路的设计方法;
3、了解单片机数据转换功能及工作过程;
4、完成主要功能模块的硬件电路设计及必要的参数确定;
5、用proteus软件完成原理电路图的绘制;
4
通过本次课题设计，应用《单片机应用基础》、《计算机应用基础》等所学相关知识及查阅资料，完成简易计算器的设计，以达到理论与实践更好的结合、进一步提高综合运用所学知识和设计的能力的目的。
2.简易计算器设计基本原理
根据功能和指示要求，本系统选用以MCS-51单片机为主控机。
通过扩展必要的外围接口电路，实现对计算器的设计。
2.189c51系列单片机简介
89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的89C51是一种高效微控制器，89C2051是它的一种精简版本。
89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
STC89c51的引脚说明:
MCS-51系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装的双列直插DIP结构，下图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。
现在对这些引脚的功能加以说明:
如图2.3所示。
5
VCCP1.0
P1.1P0.0
P0.1P1.2
P0.2P1.3
P0.3P1.4
P0.4P1.5
P0.5P1.6
P0.6P1.7
P0.7RST
P3.0
P3.1
EAP3.2AT89c51P3.3
ALEP3.4
PSENP3.5
P2.7P3.6
P2.6P3.7
P2.5XTAL2P2.4XTAL1
P2.3GND
P2.1
P2.0
图2.1双列直插式封装引脚图
Pin9:
RESET/V复位信号复用脚，当8051通电，时钟电路开始工作，在RESETpc
引脚上出现24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。
初始化后，程序计数器PC指向0000H，P0-P3输出口全部为高电平，堆栈指针写入07H，其它专用寄存器被清“0”。
RESET由高电平下降为低电平后，系统即从0000H地址开始执行程序。
然而，初始复位不改变RAM（包括工作寄存器R0-R7）的状态，8051的初始态。
8051的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位。
此外，RESET/V还pd是一复用脚，V掉电其间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部RAM的数cc
据不丢失。
见下图2.4为两种复位方式和两种时钟方式:
6
RESERESET
T
上电自动复位手动复位电路
X1X2外
30pf部
X112m时
钟X2
元30pf
内部时钟方式外部时钟方式
图2.2复位方式和时钟方式
硬件系统是指构成微机系统的实体和装置，通常由运算器、控制器、存储器、输入接口电路和输入设备、输出接口电路和输出设备等组成。
单片机实质上是一个硬件的芯片，在实际应用中，通常很难直接和被控对象进行电气连接，必须外加各种扩展接口电路、外部设备、被控对象等硬件和软件，才能构成一个单片机应用系统。
本设计选用以AT89S51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。
硬件电路原理图如图3.1所示:
2.2LCD显示模块
本设计采用LCD液晶显示器来显示输出数据。
LCD的特性有:
1、+5V电压，对比可调度;
2、内含复位电路;
3、提供各种控制命令，如:
清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能;
4、有80字节显示数据存储器DDRAM;
5、内建有160个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM;
6、8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM。
7
本设计通过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的数据。
其接口电路如图3.3所示。
2
3
1602LCD57~14依次接
接7111268910131441516p2.0~p2.71
图2.31602LCD引脚图
表2.4LCD的引脚说明
符号引脚说明符号引脚说明
VSS电源地DB4DataI/O
VDD电源正极（+5V）DB5DataI/O
V0液晶显示偏压输入DB6DataI/O
RS数据/命令选择端（H/L）DB7DataI/O
R/W读写控制信号（H/L）
E使能信号
DB0DataI/ORST复位端（H:
正常工作，
L:
复位）
DB1DataI/OVEE负电源输出（-10V）
DB2DataI/OBLA背光源正极（+4.2）
DB3DataI/OBLK背光源正极
2.3运算模块
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等计算机所需要的基本功能部件。
如果按功能划分，它由以下功能部件组成，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，因此采用单片机作为计算器的主要功能部件，可以很快的实现运算功能。
8
运算模块由键盘和显示屏组成。
单片机通过按键来实现输入数据和操作方式的控制，在运算过程中，对所设的数据进行四则运算时，要先确定选用的是哪一个运算符，若是+或*，则要判断结果是否会溢出，溢出则显示错误提示，没有溢出则显示运算结果，若是/，则要判断除数是否为零，为零时显示错误提示，不为零显示运算结果。
2.4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2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，这种形式在单片机系统中也最常用。
图2.5矩阵键盘内部电路图
第三章主程序设计
KeilC51是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显
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的优势，因而易学易用。
用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。
KeilC51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。
另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到KeilC51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。
在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。
下面详细介绍KeilC51开发系统各部分功能和使用。
KeilC51单片机软件开发系统的整体结构C51工具包的整体结构，如图3.1所示，其中uVision与Ishell分别是C51forWindows和forDOS的集成开发环境（IDE），可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。
开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。
然后分别由C51及A51编译器编译生成目标文件（.OBJ）。
目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件（.ABS）。
ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件，以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如EPROM中。
普通计算器课程序设计:
//****************************************//
//通用计算器的编写，能够实现两位的加减计算+，-，*，/
//设计人:
周运鸿。
指导人:
皮大能
//2013-6-6
#include<
reg51.h>
string.h>
#include"
LCD1602.h"
keyboard.h"
calculation.h"
#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint
doublenum[2];
ucharsign[2];
ucharnumble1[10];
ucharnumble2[10];
voidmain（）
{inti=0,j=0,k=0,flag=0,a=0,b,c=0,e=0,opNum=0;
longintsum1,sum0;
doublesum2;
init（）;
write_com（0x80）;
while（!
mark）
{matrixkeyscan（）;
}
mark=0;
10
while（expression[j]!
='
）{
if（!
In（expression[j],OP））//如否不是运算符就入操作数栈{
if（opNum==0）
{opNum=expression[j]-48;
++j;
if（In（expression[j],OP））flag=1;
else
{
opNum=opNum*10+（expression[j]-48）;
++j;
if（flag==1）
num[i]=opNum;
opNum=0;
i++;
flag=0;
{sign[k]=expression[j];
k++;
}
sum1=Operator（num[0],sign[0],num[1]）;
sum2=Operator（num[0],sign[0],num[1]）;
sum0=sum1;
while（sum1!
=0）
{numble1[a]=sum1%10+48;
sum1=sum1/10;
a++;
b=strlen（numble1）;
write_com（0x80+0x40）;
for（c=b-1;
c>
=0;
c--）{write_data（numble1[c]）;
delayms（10）;
11
write_data（'
.'
）;
sum2=sum2*1000;
sum0=sum2-sum0*1000;
numble2[0]=sum0/100+48;
numble2[2]=sum0%10+48;
numble2[1]=（sum0/10）%10+48;
if（numble2[2]>
=（5+48））numble2[1]=numble2[1]+1;
write_data（numble2[0]）;
delayms（5）;
write_data（numble2[1]）;
while
（1）;
//**************************//键盘扫描程序驱动
//文件名:
keyboard.h
//**************************#ifndef__keyboard_H__#define__keyboard_H__#include<
#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintuintmove=0;
ucharmark=0;
ucharcodetable[]={'
0'
'
1'
2'
3'
4'
5'
6'
7'
8'
9'
};
ucharexpression[20];
ucharcodeOP[]={'
+'
-'
*'
/'
\n'
voidmatrixkeyscan（）
uchartemp,key;
P3=0xfe;
temp=P3;
temp=temp&
0xf0;
if（temp!
=0xf0）
{delayms（10）;
temp=P3&
{temp=P3;
switch（temp）
12
case0xee:
key=0;
break;
case0xde:
key=1;
case0xbe:
key=2;
case0x7e:
key=3;
while（temp!
write_data（table[key]）;
delayms（5）;
expression[move]=table[key];
move++;
P3=0xfd;
{case0xed:
key=4;
case0xdd:
key=5;
case0xbd:
key=6;
case0x7d:
key=7;
P3=0xfb;
13
{case0xeb:
key=8;
case0xdb:
key=9;
case0xbb:
key=10;
case0x7b:
key=11;
if（key<
10）
{write_data（table[key]）;
{write_data（OP[key-10]）;
P3=0xf7;
{case0xe7:
key=12;
case0xd7:
key=13;
case0xb7:
key=14;
case0x77:
key=15;
14
if（key==14）
mark=1;
write_data（OP[key-10]）;
#endif
//***********************************************
//LCD1602驱动程序
LCD1602.h
#ifndef__LCD1602_H__#define__LCD1602_H__#include<
#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitlcden=P2^4;
sbitlcdrs=P2^5;
voiddelayms（uintxms）
{uinti,j;
for（i=xms;
i>
0;
i--）
for（j=110;
j>
j--）;
voidwrite_com（ucharcom）{lcdrs=0;
P0=com;
lcden=1;
lcden=0;
voidwrite_data（uchardate）{lcdrs=1;
P0=date;
15
voidinit（）
write_com（0x38）;
write_com（0x0c）;
write_com（0x06）;
write_com（0x01）;
//***************************************************
//数学计算程序
calculation.h
//****************************************************
#ifndef__calculation_H__#define__calculation_H__#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintdoubleOperator（doublefirst,chartheta,doublesecond）
switch（theta）
case'
:
returnfirst+second;
returnfirst-second;
returnfirst*second;
returnfirst
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