基于AT89C51的简单计算器设计.doc

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设计题目：

基于单片机的简易计算器设计与仿真

一、设计实验条件：

地点：

实验设备：

PC机（装有Keil；Protues；Word；Visio）

二、设计任务：

本系统选用AT89C51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，具体设计如下：

（1）由于设计的计算器要进行四则运算，为了得到较好的显示效果，经综合分析后，最后采用LCD显示数据和结果。

（2）采用键盘输入方式，键盘包括数字键（0～9）、符号键（+、-、×、÷）、清除键（on\c）和等号键（=），故只需要16个按键即可，设计中采用集成的计算键盘。

（3）在执行过程中，开机显示零，等待键入数值，当键入数字，通过LCD显示出来，当键入+、-、*、/运算符，计算器在内部执行数值转换和存储，并等待再次键入数值，当再键入数值后将显示键入的数值，按等号就会在LCD上输出运算结果。

（4）错误提示：

当计算器执行过程中有错误时，会在LCD上显示相应的提示,如：

当输入的数值或计算得到的结果大于计算器的表示范围时，计算器会在LCD上提示overflow；当除数为0时，计算器会在LCD上提示error。

设计要求：

分别对键盘输入检测模块；LCD显示模块；算术运算模块；错误处理及提示模块进行设计，并用Visio画系统方框图，keil与protues仿真分析其设计结果。

三、设计时间与设计时间安排：

1、设计时间：

6月27日～7月8日

2、设计时间安排：

熟悉课题、收集资料：

3天（6月27日～6月29日）

具体设计（含上机实验）：

6天（6月30日～7月5日）

编写课程设计说明书：

2天（7月6日～7月7日）

答辩：

1天（7月8日）

四、设计说明书的内容：

1、前言：

（自己写，组员之间不能相同，写完后将红字删除，排版时注意对齐）

本设计是基于51系列单片机来进行的数字计算器系统设计，可以完成计算器的键盘输入，进行加、减、乘、除基本四则运算，并在LCD上显示相应的结果；设计电路采用AT89C51单片机为主要控制电路，利用MM74C922作为计算器4*4键盘的扫描IC读取键盘上的输入；显示采用字符LCD静态显示；软件方面使用C语言编程，并用PROTUES仿真。

2、设计题目与设计任务：

现实生活中人们熟知的计算器，其功能主要如下：

（1）键盘输入；

（2）数值显示；（3）加、减、乘、除四则运算；（4）对错误的控制及提示。

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）LCD显示模块；（3）算术运算模块；（4）错误处理及提示模块。

3、主体设计部分：

（1）、系统模块图：

（2）、算术运算程序流程图：

（3）、系统总流程图：

（4）、硬件设计：

（一）、总体硬件设计：

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；用MM74C922为4*4键盘扫描IC，读取输入的键值。

总体设计效果如下图：

（二）、单片机接口电路说明：

1、手动上电复位电路：

当VCC上电时，C充电，在10K电阻上出现电压，使得单片机复位；几个毫秒后，C充满，10K电阻上电流降为0，电压也为0，使得单片机进入工作状态。

工作期间，按下S，C放电。

S松手，C又充电，在10K电阻上出现电压，使得单片机复位。

几个毫秒后，单片机进入工作状态。

2、内部时钟模式电路：

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；

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：

P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断0）

P3.3/INT1（外部中断1）P3.4T0（记时器0外部输入）P3.5T1（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、单片机与复位、时钟电路连接电路图：

（三）、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1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1矩阵键盘布局图

矩阵键盘内部电路图如图2所示：

为了进一步节省单片机I/O口资源，我们在设计中使用了MM74C922芯片。

MM74C922是一款4*4键盘扫描IC，它可检测到与之相连的4*4键盘的按键输入，并通过数据输出口将按键相应的编码输出。

其引脚图如图3所示：

图3MM94C22硬件图

MM74C922引脚说明：

（1）Y1~Y4（脚1~脚4）：

4*4键盘第一列至第四。

（2）X1~X4（脚11、10、8、7）：

4*4键盘第一行至第四行。

（3）DOA~DOD（DataoutA~D，脚14~17）：

按键之BCD码输出，其中DOA为LSB，DOD为MSB。

（4）VCC（脚18）：

电源脚，+3V~+15V。

ab126计算公式大全

（5）GND（脚9）：

接地管脚。

新艺图库

（6）OSC（Oscillator，脚5）：

键盘扫描电路之频率所需外加电容的连引脚。

（7）KBM（KeyboardMask，脚6）：

内部消除开关弹跳电路所外加电容的引脚。

（8）OE（OutputEnable，脚13）：

芯片使能脚，接低电位可使芯片使能。

（9）DA（DataAvailable，脚12）：

数据有效输出脚。

任一按键按下时，此脚位会输出高电位，按键释放后此脚又会恢复为低电位。

MM74C922对各按键的响应如下表所示：

如下图4所示，在本设计中，计算器输入键盘的4条行线、列线分别连接到MM74C922的X1-X4、Y1-Y4引脚，MM74C922的数据输出口与单片机的P2口相连，MM74C922的DA引脚经过一个非门连接到单片机的/INT0脚，当MM74C922检测到键盘输入时，DA产生高电平，与之相连的/INT0检测到低电平，给单片机一个中断，单片机从P2口的低四位读入键盘上按下的键的值。

图4键盘接口电路图

（四）、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5LCD模块

（五）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。

3.5、软件编程：

1、主函数设计：

/******************函数声明*****************/

#include

#include

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

chartranslate（intkeycode）;

voidarithmetic（）;

voidinit_LCM（）;

voidwrite_data（charddata）;

voidwrite_com（charcommand）