毕业设计论文基于单片机的科学计算器设计.docx

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毕业设计论文基于单片机的科学计算器设计

基于单片机的科学计算器设计

摘要

在现代科技迅猛发展的当今，计算器依然是人们日常生活中不可或缺的电子产品之一。

计算器始终在不断发展及完善之中，功能必将更加强大。

基于这样的理念，本设计采用AT89C51单片机作为主控芯片，使用C语言为系统进行编程，采用4*4矩阵键盘作为输入模块，输出模块采用LCD1602液晶显示，从而实现基于单片机的基本功能。

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本设计重点说明以下几个方面内容：

1.基于单片机的计算器所具备哪些基本功能，对矩阵键盘输入原理及液晶显示原理进行简单的阐述。

2.介绍系统的整体设计理念，展示系统设计的流程框图，并对功能模块的划分，及所选用的元器件性能参数进行详细说明。

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3.对系统的每个功能模块的软硬件设计，进行详细说明。

关键词单片机，AT89C52,LCD1602液晶,矩阵键盘，C语言

ABSTRACT

Intherapiddevelopmentofmodernscienceandtechnologytoday,thecalculatorisstilloneoftheelectronicproductsisanintegralpartofpeople'sdailylife.Thecalculatoralwaysamongthecontinuousdevelopmentandimprovement,thefunctionwillcertainlybemorepowerful.Basedonthisconcept,thedesignusesAT89C51microcontrollerasthemasterchip,usingtheCprogramminglanguageforthesystem,with4*4matrixkeyboardasaninputmodule,outputmoduleLCD1602LCDdisplay,inordertoachievethebasicfunctionsoftheMCU.

Thisdesignhighlightsthefollowingaspects:

1.microcontroller-basedcalculatorwithbasicfunctions,theprincipleofasimpleexpositionofprincipleandLCDmatrixkeyboardinput.

2.describesthesystem'soveralldesignconcept,showingtheflowdiagramofthesystemdesign,theandfunctionmoduleframing,andoptionalComponentperformanceparametersdescribedindetail.

3.ofeachfunctionalmoduleofthesystemhardwareandsoftwaredesignindetail.

KeywordsmicrocontrollerAT89C52,LCD1602LCD,matrixkeyboard,Clanguage残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。

1绪论

1.1课题的研究背景及意义

计算器一般由运算器，存储器，控制器，键盘，显示器，电源和一些外围设备及电子配件组成。

低档的计算器的运算器，控制器由数字逻辑电路实现简单的串行运算。

其随机存储器只有一到二个单元，供累加存储用。

高档计算器由只读存储器和微处理器一同实现各种复杂的运算程序。

且有较多的随机存储单元用来存放输入程序和数据。

键盘是计算器的输入部件，采用接触式或传感式。

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。

除显示计算结果外，还常有溢出指示、错误指示等显示。

计算器电源采用电池或者交流转换器池。

为节省电能，计算器都采用CMOS工艺制作的大规模集成电路（见互补金属-氧化物-半导体集成电路），并在内部装有定时不操作自动断电电路。

计算器可选用的外围设备有盒式磁带机，微型打印机，磁卡机等等。

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计算器的基本类型:

1.算术型计算器：

可进行加、减、乘、除等简单的四则运算，又称简单计算器。

2.科学型计算器：

可进行乘方、开方、指数、对数、三角函数、统计等方面的运算，又称函数计算器。

3.程序计算器：

可以编程序，把较复杂的运算步骤贮存起来，进行多次重复的运算。

当今社会，随着人们物质生活的不断提高，电子产品已经走进了家家户户，无论是生活或学习，还是娱乐和消遣几乎样样都离不开电子产品，大型复杂的计算能力是人脑所不能胜任的，而且比较容易出错。

计算器作为一种快速通用的计算工具方便了用户的使用。

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计算器这一程序机器实际上是从计算机中割裂出来的衍生品，但因其方便快捷的操作模式，已经被广泛应用于商业等日常生活中，极大的方便了人们对于数字的整合运算。

起源和发展最早的计算工具诞生在中国。

筹策是中国古代最早采用的一种计算工具，又被称之为做算筹。

这种算筹的制作材料多是竹子，木头，或兽骨．一束约二百七十枚，使用时可以放在布袋里面随身携带。

直到科技发达的今天，中国群众任然有很多在使用珠算盘，珠算盘是中国古代计算工具领域中的另一项发明，到明代时期。

珠算盘的结构已经几乎与现代的珠算盘相同。

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在17世纪初期，计算工具在西方国家的有了非常大的发展，英国数学家-纳皮尔发明了纳皮尔算筹，英国牧师-奥却德发明了圆柱型对数计算尺，这种计算尺能够实现多种计算功能，不仅能够实现基本的四则运算，也可以进行乘方和开方运算。

更为强大的是，这种计算尺还可以计算三角函数，指数函数和对数函数。

这些计算工具积极推动了计算器的发展，为现代计算器的发展奠定了非常良好的基础，慢慢演变，成为现代社会中广泛应用的计算工具。

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在1642年，19岁的法国科学家-帕斯卡引用了算盘的原理，发明了世界上第一部机械式计算器，他的计算器装置中有一些齿轮互相联锁，当其中此轮转过十位之后，就会使与其相连接的另一个齿轮转过一位，使用者可以像使用电话号码拨盘那样，直接把数字拨进去，此后计算结果就可以出现在另一个窗口中，但是只可以做加减计算，不能做乘除运算。

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在1694年，德国的莱布尼兹将机械式计算器进行了改进，使其可以进行乘除运算。

自此此后，一直等到20世纪50年代末，电子计算器才开始出现。

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1.2本课题研究的主要内容

本设计主要研究的是，基于单片机的简易计算器，采用AT89C52单片机作为主控器件，矩阵键盘输入，液晶显示器讲计算过程及结果显示输出，通过C语言编程，实现建议简易计算器的功能。

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2设计任务及方案

2.1设计任务

1.对计算器硬件系统进行设计，利用AT89C52作为主控器件，组成一个能进行简单四则运算的计算器，能进行数据归零，按键提示。

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2.运用keil进行计算器软件系统的设计。

3.在protues仿真平台上，对软件进行调试及仿真。

2.2设计方案

按照系统设计的功能的要求，确定设计系统由主控模块、显示模块、键盘扫描接口电路、按键提示电路4个模块组成。

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系统构成框图如图2.1所示：

图2.1—系统构成框图

3系统硬件设计

3.1单片机最小硬件系统

单片机最小系统就是支持主芯片正常工作的最小电路部分，包括主控芯片、复位电路和时钟电路。

3.1.1主控芯片AT89C52单片机简介

AT89C52引脚图如图3.1所示：

图3.1—AT89C52引脚图

AT89C52是ATMEL公司生产的51系列单片机，是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可以反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RAM）。

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AT89C52的主要功能特性：

兼容MCS51指令系统

8k可反复擦写FlashROM塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。

32个双向I/O口及256x8bit内部RAM　　

3个16位可编程定时/计数器中断时钟频率0-24MHz裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。

2个串行中断，可编程UART串行通道　　仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。

2个外部中断源，共6个中断源　　

2个读写中断口线，3级加密位　　

低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠及唤醒功能　

AT89C52的主要管脚有：

XTAL1:

振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。

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XTAL2:

振荡器反相放大器的输出端。

外接12MHz晶振。

VCC和VSS:

为供电端口，分别接+5V电源的正负端。

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RST/Vpd:

为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。

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P0口：

8位漏极开路型双向I/O口，地址/数据总线复用口。

作为输出口用时，每位可以用吸收电流的方式来驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时，可以作为高阻抗输入端使用。

在访问外部数据存储器或者程序存储器的时候，分时转换地址低8位，和数据总线复用。

在访问期间激活内部的上拉电阻。

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P1口：

带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可以驱动（吸收电流或输出电流）的4个TTL逻辑门电路。

对端口写“1”时，通过内部的上拉电阻可以把端口拉到高电平，可作输入口使用。

当作为作输入口使用时，因为内部存在有上拉电阻，因此某个引脚被外部信号拉低，会输出一个电流（IIL）。

与AT89C51不同之处是，P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX）。

参见表1：

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表1：

引脚

功能特性

P1.0

T2时钟输出

P2.0

T2EX（定时器/计数器2）

P2口：

为带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可以驱动（吸收电流或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

当对端口P2写“1”时，通过内部的上拉电阻可以把端口拉到高电平去，此时可作输入口使用，当作输入口使用时，因为其内部存在有上拉电阻，当某个引脚被外部信号拉低的时候会输出一个电流（IIL）。

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P3口：

为带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。

P3口输出缓冲级可驱动（吸收电流或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

当对P3口写入“1”时，它们会被内部上拉电阻拉高并且可以作为输入端口。

此时，当被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。

P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能P3口还可以接收一些用于Flash闪速存储器编程及程序校验的控制信号。

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ALE/PROG：

当访问数据存储器或者外部程序存储器的时候，ALE（地址锁存）允许输出脉冲用在锁存地址的低8位字节。

一般情况之下，ALE仍然以时钟振荡频率的六分之一来输出固定的脉冲信号。

因此它可以用来为外部输出时钟或者用来作为定时目的。

值得大家注意的是：

每当来访问外部的数据存储器时，将会跳过一个ALE脉冲。

在对Flash存储器编程的期间，该引脚还可以用于输入编程脉冲（PROG）。

如果有必要，还可通过对特殊功能寄存器（SFR）区域中的8