单片机简易计算器课程设计报告.docx

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单片机简易计算器课程设计报告

课程设计报告

设计名称：

简易计算器

姓名：

学号：

专业班级：

院（系）：

设计时间：

2016.12.10

设计地点：

指导教师评语：

成绩：

签名：

年月日

摘要：

虽然现在科学计算器，已经得到了广泛的应用，但在某些地方，简易计算器，依然是主要的计算公具，如小学教学单位，市场，商店等。

并且随着科技的进步，我们已经告别了以前复杂的模拟电路，可以利用已有的软件和硬件条件，设计出更出色的计算器呢。

本设计是以AT89C52单片机为核心的计算器模拟系统设计，输入采用4×4矩阵键盘，可以进行加、减、乘、除4位带符号数字运算，并在LCD1602上显示操作过程。

关键词：

AT89C52LCD1602计算器矩阵键盘

一方案构思

本设计可以采用两种方案，一种是以FPGA为核心处理芯片，配备相应的外设；另外一种是以AT89C52处理器，配备相应的外设。

1.1、方案一：

采用FPGA控制

FPGA是一种高密度的可编程逻辑器件,自从Xilinx公司1985年推出第一片FPGA以来,FPGA的集成密度和性能提高很快,其集成密度最高达500万门/片以上,系统性能可达200MHz。

由于FPGA器件集成度高,方便易用,开发和上市周期短,在数字设计和电子生产中得到迅速普及和应用,并一度在高密度的可编程逻辑器件领域中独占鳌头。

但是而基于SRAM编程的FPGA,其编程信息需存放在外部存储器上,需外部存储器芯片,且使用方法复杂,保密性差，而其对于一个简单的计算器而言，实用FPGA有点大材小用，成本太高。

1.2、方案二：

采用AT89C52

单片机是单片微型机的简称，故又称为微控制器MCU（MicroControlUnit）。

通常由单块集成电路芯片组成，内部包含有计算机的基本功能部件：

中央处理器CPU，存储器和I/O接口电路等。

因此，单片机只要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。

单片机广泛用于智能产品，智能仪表，测控技术，智能接口等，具有操作简单，实用方便，价格便宜等优点，而其中AT89C52以MCS-51为内核，是单片机中最典型的代表，应用于各种控制领域。

1.3方案比较与选择

通过以上两种方案论证和比较，从设计的实用性，方便性和成本出发，选择了以AT89C52单片机作为中央处理单元进行计算器的设计，这样设计能够实现对四位加减乘除和除法四位小点数的运算。

二系统硬件设计及说明

2.1系统组成及总体框图

AT89C52

主控制模块

图3.1系统组成及总体框图

2.2元件简介

（1）LCD1602液晶显示屏

1、应用简介

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。

采用的LCD1602液晶模块是标准16针插座，接口电路如图3.2.3所示：

关于LCD1602的详细资料见表3.2.3-1和表3.2.3-2。

图3.2.3LCD接口电路

表3.2.3-1LCD1602引脚说明

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。

实际电路中采用2K电阻到地，比较理想。

第4脚

RS为寄存器选择，高电平选择数据寄存器、低电平选择指令寄存器。

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（00）可以写入指令或者显示地址；

当RS为低电平RW为高电平时（01）可以读入忙信号；

当RS为高电平RW为低电平时（10）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7～14脚

D0～D7为8位双向数据线。

第15～16脚

背光阳极和背光阴极。

表3.2.3-2LCD1602指令表

指令1

清显示指令码01H,光标复位到地址00H位置；

指令2

光标复位指令码02H,光标返回到地址00H位置；

指令3

光标和显示模式设置

I/D位→光标移动方向，高电平右移，低电平左移；

S位→屏幕上所有文字是否左移或者右移，高电平有效，低电平无效；

指令4

显示开关控制

D位→控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示；

C位→控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标；

B位→控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁；

指令5

光标或显示移位

S/C位→高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标

指令6

功能命令设置

DL位---高电平时为4位数据总线，低电平时为8位总线；

N—位低电平时为单行显示，高电平时为双行显示；

F—位低电平时显示5x7的点阵字符,高电平时为5x10的点阵字符；

指令7

字符发生器RAM地址设置

指令8

DDRAM地址设置

指令9

读忙信号和光标地址

BF位→为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据

指令10

写数据

指令11

读数据

2、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）。

三设计原理分析

3.1设计方案的确定

本设计需要使用LCD液晶显示屏和编码键盘。

故选择静态显示和用编码键盘。

使用LCD液晶显示屏显示运算结果。

主程序进行初始化，其他的程序选择模块式的方式。

首先对每个模块进行调试,当模块调试成功后，逐一的加入主程序中，最后完成整个软件部分的设计。

3.2计算器硬件方案及硬件资源分配

（1）硬件资源分配

主要用到的硬件：

AT89C52LCD液晶显示屏编码键盘

硬件分配：

1、P1、P3口：

做为输出口，控制LCD液晶显示屏显示数据的结果。

2、P2口：

做为输入口，与键盘连接，实现数据的输入。

3、LCD液晶显示屏显示输出。

（2）系统的硬件设计

为了更好的实现系统得功能，硬件电路的设计应该遵循以下原则：

1、优化硬件电路

采用软件设计与硬件设计相结合的方法；尽管采用软件来实现硬件系统的功能时，也许响应时间会比单纯使用硬件时长，而且还要占用微处理器（MCU）的时间；但是，用软件实现硬件的功能可以简化硬件结构，提高电路的可靠性。

所以，在设计本系统得时候，在满足可靠性和实时性的前提下，尽可能的通过软件来实现硬件功能。

2、可靠性及抗干扰设计

根据可靠性设计理论，系统所用芯片数量越少，系统的平均无故障时间越长。

而且，所用芯片数量越少，地址和数据总线在电路板上受干扰的可能性也就越小。

因此，系统的设计思想是在满足功能的情况下力争使用较少数量的芯片。

3、灵活的功能扩展

功能扩展是否灵活是衡量一个系统优劣的重要指标。

一次设计往往不能完全考虑到系统的各个方面，系统需要不断完善以及进行功能升级。

进行功能扩展时，应该在原有设计的基础上，通过修改软件程序和少量硬件完成。

对于本系统而言，就是要求在系统硬件不变的情况下，能够通过修改软件程序，完成功能的升级和扩展。

根据第提出的系统设计方案，结合以上三条原则，确定了系统硬件的设计。

计算器主要由以下一些功能模块构成：

非编码键盘模块、LCD液晶显示屏模块等。

该系统的硬件设计采用了模块化的设计方法。

AT89C52单片机与LCD液晶显示屏显示电路是整个电路的核心，它们实现系统的功能要求。

简易计算器主要包括：

键盘电路，显示电路。

下图为总体硬件结构。

（如图4.2.2所示为整个系统的原理图）

图4.2.2计算器原理图

前面叙述了该系统的设计说明，系统采用了比较简单的设计方案，所以该系统的硬件设计的总外围电路不会产生过多的干扰。

在下面的阐述中，对系统的外围电路分别予以介绍。

键盘部分采用编码键盘，显示部分采用LCD液晶显示屏完全能够很好的实现显示方面的要求。

（3）键盘电路的设计

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。

非编码键盘成本低廉。

从成本角度出发，本设计选用的是非编码键盘。

如图4.2.3

图4.2.3编码键盘电路

（4）显示电路的设计

当系统需要显示少量数据时，采用LCD液晶显示屏进行显示是一种经济实用的方法。

P0口作为液晶显示的数据端口，P3.5-P3.7口作为其控制端口，控制LCD液晶显示屏显示输出数据。

最终电路如图4.2.4所示：

图4.2.4LCD液晶显示屏显示

四计算器的软件设计

4.1计算器的软件规划

简易计算器的程序主要包括以下功能模块：

1、定时查键模块，分为读键程序、判键程序段、运算操作子程序等部分；

2、基于LCD液晶显示屏的显示模块；

3、主模块，为系统的初始化。

4.2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。

4.3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。

显示模块的流程图如图5.3所示：

4.4主程序的设计

主程序主要是用来对LCD液晶显示屏进行初始化的。

对输入按键判断，然后进行加减乘除，最后计算出结果，显示出计算结果

。

4.5软件的可靠性设计

提高本仪器其可靠性措施主要有：

为防止程序跑飞，软件中设置了软件陷阱。

5参考文献

【1】张靖武,周灵杉.单片机系统的PROTEUS设计与仿真[M].北京：

北京电子工业出版社

【2】靳达.求是科技.单片机应用系统开发实例导航[M].：

人民邮电出版社,2006

【3】刘守义.单片机应用技术[M].：

西安电子科技大学出版社,2001

【4】林志琦.基于PROTEUS的单片机可视化软硬件仿真[M].北京：

北京航空航天大学出版社,2006

【5】徐江海.单片机实用教程[M].北京：

机械工业出版社，2007.

【6】谭浩强.C语言程序设计[M].北京：

清华大学出版社，2000.

目录

第一章总论1

一、项目概况1

二、项目提出的理由与过程6

三、项目建设的必要性8

四、项目的可行性12

第二章市场预测15

一、市场分析15

二、市场预测16

三、产品市场竞争力分析19

第三章建设规模与产品方案22

一、建设规模22

二、产品方案22

三、质量标准22

第四章项目建设地点25

一、项目建设地点选择25

二、项目建设地条件25

第五章技术方案、设备方案和工程方案28

一、技术方案28

二、产品特点30

三、主要设备方案32

四、工程方案32

第六章原材料与原料供应35

一、原料来源及运输方式35

二、燃料供应与运输方式35

第七章总图布置、运输、总体布局与公用辅助工程37

一、总图布置37

二、运输38

三、总体布局38

四、公用辅助工程39

第八章节能、节水与安全措施44

一、主要依据及标准44

二、节能44

三、节水45

四、消防与安全45

第九章环境影响与评价47

一、法规依据47

二、项目建设对环境影响48

三、环境保护措施48

四、环境影响评价49

第十章项目组织管理与运行50

一、项目建设期管理50

二、项目运行期组织管理52

第十一章项目实施进度55

第十二章投资估算和资金筹措56

一、投资估算56

二、资金筹措58

第十三章财务评价与效益分析61

一、项目财务评价61

二、财务评价结论65

三、社会效益68

四、生态效益68

第十四章风险分析70

一、主要风险分析识别70

二、风险程度分析及防范风险的措施70

第十五章招标方案72

一、招标范围72

二、招标组织形式72

三、招标方式72

第十六章结论与建议74

一、可行性研究结论74

二、建议75

附件77

一、附表77

二、附件77

三、附图77