基于单片机的电子计算器学士学位论文.docx
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基于单片机的电子计算器学士学位论文
毕业论文
题目：
基于单片机的电子计算器
学校：
安徽工贸职业技术学院
专业：
电子与信息工程系
班级：
机电5班
学号：
2011350501
指导老师：
刘旭
摘要
近年来随着计算机在社会领域的渗透和大规模集成电路的发展，单片机的应用正在不断地走向深入，由于它具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点，因此特别适合于与控制有关的系统，越来越广泛地应用于自动控制，智能化仪器，仪表，数据采集，军工产品以及家用电器等各个领域，
作为微型机的一个主要分支，单片机在结构上的最大特点是把CPU、RAM和ROM存储器、定时器和多种I/O接口电路集成在一块超大规模集成电路芯片上。
从它的组成和功能来看，一块单片机芯片其实就是一台计算机。
本次设计是采用MSC-51单片机来设计的四位数计算器,采用C语言进行程序编写实现计算器功能。
外接4X4的键盘，通过键盘扫描来完成输入数的控制，利用驱动电路使数值与结果在七段共阴极数码管上正常显示，并设有清零键可随时完成计算与显示的清零。
计算器将完成的0至9999整数的一次加/减/乘/除运算。
执行过程如下：
开机即显示0，等待键入数值，当输入数字，将通过数码管显示出来，在输入＋、-、*、/运算符之后，计算器在内部执行数值转换和存储，并等待再次输入数值，当在键入数值后将显示键入的数值，按等号就会在数码管上显示运算结果。
关键词：
单片机计算器C语言键盘扫描。
英文摘要
Inrecentyears,ascomputerpenetrationinthesocialfieldandlarge-scaledevelopmentofintegratedcircuits,microcontrollerapplicationsarecontinuallydeepening,becauseofitspowerfulfunction,smallsize,lowpowerconsumption,cheap,reliable,easytouse,etc.thereforeparticularlysuitableforsystemswithcontrolofmoreandmorewidelyusedinautomaticcontrol,intelligentinstruments,meters,dataacquisition,militaryproductsandhomeappliancesfields,
Asoneofthemainbranchofmicrocomputer,microcontrollerinthestructureofthebiggestfeatureistheCPU,RAMandROMmemory,timerandmultipleI/OinterfacecircuitintegratedonaVLSIchip.Thecompositionandfunctionfromitspointofview,asinglechipisactuallyacomputer.
ThisdesignistheuseofMSC-51microcontrollertodesignthefour-digitcalculator,usingCprogramminglanguagetoachievecalculatorfunctions.4X4externalkeyboard,thekeyboardscantofinishbythenumberofcontrolvaluesandmakethedrivecircuittothecathoderesultsinatotalofseven-segmentdigitaltubedisplayproperly,andhasclearedatanytimetocompletekeycalculationanddisplayclear.Calculatortocompleteanintegerfrom0to9999plus/minus/multiply/divide.
Implementationoftheprocessisasfollows:
Powerisdisplayed0,waitingtypevalue,whentheinputnumbers,willcomeoutthroughthedigitaldisplay,theinput+,-,*,/operator,thecalculatorintheinternalimplementationofthenumericalconversionandstorage,andwaitforthere-enterthevalue,whenTypethevalueinthetypeofvaluewillbedisplayedbyanequalsignwillbedisplayedinthedigitalcontroloperationresults.
Keywords:
SCMcalculatorkeyboardscanClanguage。
前言
计算器：
一般是指“电子计算器”，该文是由日文传入中国。
计算器是能进行数字运算的手持的机器，拥有电子集成芯片，结构简单，功能较弱，但由于它使用方便，价格低廉，因而广泛使用商业交易中，也是必备的办公用品之一。
计算器一般由运算器、控制器、存储器、键盘、显示器、电源和一些外围设备。
随着科学技术的不断发展及计算器使用的普及，人们发现在工业控制中，有很多时候需要在恶劣的环境中进行各种数据的采集，运算和控制。
本设计是由单片机实现模拟的计算器，它不仅能实现数据的加减乘除的运算，而且能使数据及其运算结果显示在数码管上，能实现0~255的数字四则运算，本设计是由AT89C51单片机来控制的，利用键盘和LCD1602设计一个简单的电子计算器，软件部分是由汇编语言来编写，可以完成简单的加减乘除运算。
并将结果在LCD1602上显示出来。
目录
第一章绪论
1.1研究背景··································
1.1.1单片机发展现状························
1.1.2计算器系统的现状·····················
1.1.3选题意义及现状······················
1.2设计概要························
1.2.1设计任务·················
1.3设计思路·······························
1.3.1系统总体的模块图····················
第二章硬件设计·································
2.1键盘输入模块的设计·························
2.2LCD显示模块的设计··························
2.3电源模块的设计·····························
2.4时钟电路的模块设计························
2.5复位电路的模块设计··························
第三章软件设计································
3.1计算器的软件规划··························
3.2键盘扫描的程序设计·······················
3.3显示模块的程序设计·························
3.4主程序的设计·······························
3.5系统的总框图································
结束语········································
致谢··········································
附录一实物图··································
总结··········································
参考文献······································
第一章绪论
1.1研究背景
随着社会的发展，科学的进步，人们生活逐渐提高，尤其是微电子技术的发展，犹如雨后春笋般的发展变化，电子产品的更新速度就不足惊奇了，计算器在人们的生活中是比较常见的电子产品之一，如何让计算器技术更加成熟，充分利用
己有的软件和硬件条件，来设计出更出色的计算器，使其能够为各个行业服务，如今成为了电子领域的重要研究课题。
1.1.1单片机发展现状
我国开始使用单片机是在1982年，在短短的五年里发展迅速，当今世界各大芯片制造公司都推出自己的单片机，从8位，16位和32位等，但它们各具特色，互成互补。
单片机：
亦称单片微电脑或单片微型计算机。
它是由中央处理器（CPU），随机存取存储器（RAM）,只读存储器（ROM），输出/输出端口（I/O）等主要计算机功能部件集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。
截止今日，单片机应用技术飞速发展，我们上网输入一个“单片机”的搜索，将会看到上万个介绍单片机的网站，自单片机发展至今，单片机技术已走过近20年的发展路程，纵观单片机的发展历程来看，单片机的技术发展，以微处理器（MPU）技术及超大规模集成电路技术的发展为先导，以广泛应用领域拉动，表现出微处理器更具个性的发展。
1.1.2计算器系统的现状
计算器是由存储器、键盘和机器等设备组成，键盘是计算器的输入部件，一般采用接触式或传感式。
为减小计算器的尺寸，一键一般有多个功能，显示器是计算器的输出部件，有发光二极管显示器或液晶显示器等，除了显示计算的结果外，还常溢出指示、错误指示等。
计算器电源采用交流转换器或电池，电池可用交流转换器或太阳转换器在充电，为了省电节能，计算器都采用了CMOS工艺制作的大规模电路。
1.2设计概要
1.2.1设计任务
1了解单片机基本原理
2学习电子计算器的制作基本原理
3.熟练的掌握PROTEL软件
4.会用kell编程，具有一定的编程能力
5.制作电子计算器硬件
6.撰写毕业论文
1.3设计思路
1.3.1系统总体模块
1.1总体模块图如下
第二章硬件设计
2.1键盘模块的设计。
2.1.1键盘布局
矩阵按键扫描程序是一种节省IO口的方法,按键数目越多节省IO口就越可观。
键盘部分可以使用4*4键盘模组模组可以大大的缩小设计的体积，也使设计实物更加的美观，同时PCB的布线也更加的简单。
2.1.2键盘扫描模块设计原理图。
图2.1.24*4键盘
2.1.3原理说明
键盘是单片机系统中最常用的人机对话输入设备，用户通过键盘向单片机输入数据或指令。
键盘控制程序需完成的任务有：
监测是否有键按下，有键按下时，在无硬件去抖的动电路时，应用软件延时方法消除按键抖动影响；当有多个键同时按下时，只处理一个按键，不管一次按键持续多长时间，仅执行一次按键功能程序。
本设计采用键盘扫描由P0口驱动。
4*4键盘设计方案，键盘部分布线较为困难，在设计之初本采用4*4的键盘模组，不仅方便，布线也快，但是4*4键盘模组较难买到。
所以最后采用16颗规格为（0.6cm*0.6cm=边长*宽）。
满足设计要求的所有功能。
2.2显示模块的设计
2.2.1显示模块的原理图
图2.2.1画好的显示板原理图
2.3电源模块的设计
图3-13开关电源模块
电源部分采用开关电源设计，并有整流作用，接入电源可以不用注意极性，接入电源为DC+6V，输出也可以调压（通过调节变阻器W1的阻值）。
在无输出时，按下S2，C4正极点为高电位，给Q2基极以高电位，Q2导通，使Q1基极低电位，Q1导通。
VCC输出。
VCC输出，通过W1，给Q2高电位，Q2持续导通，通过R5给Q3基极高电位，Q3导通。
C4正极低电位。
若VCC过载，电源自动关断。
VCC有输出，再次按下S2，电源关断。
此电源的优点为：
可过载保护，不用注意输入电源的极性。
可调电压，精准输出。
按钮控制，更方便。
2.4时钟电路的模块设计
2.4.1原理图
如图3-6为时钟电路模块的设计原理图。
图2.4.1时钟电路图
4.4.1原理说明
单片机的最小系统有三部分组成，即电源，时钟电路和复位电路。
其中单片机的电源引脚与5V电源连通即可，而时钟电路和复位电路还需接口扩展，这也是单片机的基本电路操作。
时钟电路用于产生单片机工作所需的时钟信号，时序是指令执行中各信号之间的相互关系。
单片机本身就如同一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作。
在STC89C52单片机内部带有时钟电路，因此，只需要在片外通过XTAL1和XTAL2引脚接入定时控制元件（晶体振荡器和电容），即可构成一个稳定的自激振荡器。
在STC89C52芯片内部有一个高增益反相放大器，而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容。
在单片机的XTAL1脚和XTAL2脚之间并接一个晶体振荡器就构成了内部振荡方式。
STC89C52单片机内部有一个高增益的反相放大器，XTAL1为内部反相放大器的输入端，XTAL2为内部反相放大器的输出端，在其两端接上晶振后，就构成了自激振荡电路，并产生振荡脉冲，振荡电路输出的脉冲信号的频率就是晶振的固有频率。
在实际应用中通常还需要在晶振的两端和地之间各并上一个小电容。
用晶振和电容构成谐振电路。
电容大小与晶振频率和工作电压有关。
但电容的大小影响振荡器的稳定性和起振的快速性，为了提高精度，本实验板采用20pF的电容作为微调电容。
在设计电路板时，晶振、电容等均应尽可能靠近芯片，减小分布电容，以保证振荡器振荡的稳定性。
4.5复位电路模块的设计。
4.5.1原理图
如图3-7为复位电路模块的设计原理图。
图3-7上电手动复位电路原理图
4.5.2原理说明
复位是单片机的初始化操作，其目的是使CPU和系统中各部分处于一个确定的状态，并从这一状态开始工作。
系统上电路或死机后都要进行复位操作。
单片机的RST引脚为复位引脚，振荡电路正常工作后，RST端加上持续两个机器周期的高电平后，单片机就被复位。
复位电路有3种基本方式：
上电复位，开关复位和看门狗复位。
本课题采用按键开关复位是指通过接通按钮开关，使单片机进入复位状态。
开关复位电路一般不单独使用。
在应用系统设计中，若需使用开关复位电路，一般的做法是将开关复位与上电复位组合在一起形成组合复位电路，上电复位电路完成上电复位功能，开关复位电路完成人工复位。
图中C7与R1构成了上电复位电路。
上电复位后，电源经R2对C6充满电源，C6等效于开路，RESET端为低电平；单片机正常工作。
按开关后，C6两端电荷经R2迅速放电，开关断开后，由C6、R2及电源完成对单片机的复位操作。
在上述电路中C6、R2按上电复位电路的设计而取值。
复位电路的作用非常重要，能否成功复位关系但单片机系统能否正常运行的问题。
如果振荡电路正常而单片机系统不能正常运行，其主要原因是单片机没有完成正常复位，程序计数器的值没有回0，特殊功能寄存器没有回到初始状态。
这时可以适当地调整上电复位电路的阻容值，增加其充电时间常数来解决问题。
第三章软件设计
3.1计算器的软件规划
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、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。
单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，我们写的汇编语言源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法，一种是手工汇编，另一种是机器汇编，目前已极少使用手工汇编的方法了。
机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于MCS-51单片机的汇编软件有早期的A51，随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件，Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部分组合在一起。
在编写程序的时候，先考虑硬件分布，以及要达到的设计效果，理清好思路，对每一块程序小模块进行规划设计。
最后全局的设计规划。
由于KEIL编写程序没有Cfree好用，所以首先使用Cfree,把软件整体编写出来。
然后到Keil中进行调试修改。
同时应用Proteus仿真环境。
查找软件的错误和缺陷，达到设计所要求的结果。
如图5-1是系统软件设计流程图。
3.2键盘扫描程序的设计
如图3.2.1是键盘扫描子程序的设计流程图，简述键盘扫描程序的一个工作过程。
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