基于單片機簡單計算器設(shè)計畢業(yè)設(shè)計目目錄第一部分設(shè)計任務(wù)與調(diào)研…………3第二部分設(shè)計說明……………………4第三部分設(shè)計成果……………………11第四部分結(jié)束語………………………15第五部分致謝…………16第六部分…………………17第一部分設(shè)計任務(wù)與調(diào)研近幾年單片機技術(shù)的發(fā)展很快，其中電子產(chǎn)品的更新速度迅猛。計算器是日常生活中比較的常見的電子產(chǎn)品之一。科技的進步告別了以前復(fù)雜的模擬電路，一塊幾厘米平方的單片機可以省去很多繁瑣的電路?，F(xiàn)在應(yīng)用較廣泛的是科學計算器，與我們?nèi)粘Ｋ玫暮唵斡嬎闫饔休^大差別，除了能進行加減乘除，科學計算器還可以進行正數(shù)的四則運算和乘方、開方運算，具有指數(shù)、對數(shù)、三角函數(shù)、反三角函數(shù)及存儲等計算功能。計算器的未來是小型化和輕便化,現(xiàn)在市面上出現(xiàn)的使用太陽能電池的計算器,使用ASIC設(shè)計的計算器,如使用純軟件實現(xiàn)的計算器等，未來的智能化計算器將是我們的發(fā)展方向，更希望成為應(yīng)用廣泛的計算工具。主要任務(wù)本設(shè)計是以AT___S52單片機為核心的計算器模擬系統(tǒng)設(shè)計，輸入采用4X6矩陣鍵盤，可以進行加、減、乘、除9位帶符號數(shù)字運算，并在LCD1602上顯示結(jié)果。設(shè)計思路本設(shè)計是基于AT___C51單片機的簡單運用，設(shè)計一個簡單的計算器，利用keil進行編程調(diào)試，然后利用Protel99se進行仿真，能夠?qū)崿F(xiàn)加，減，乘，除的簡單運算。第二部分設(shè)計說明2.1硬件電路2.1.1硬件電路結(jié)構(gòu)框圖1AT___C51介紹AT___C51單片機是把那些作為控制應(yīng)用所必需的基本內(nèi)容都集成在一個尺寸有限的集成電路芯片上。如果按功能劃分，它由如下功能部件組成，即微處理器、數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器、并行I/O口、串行口、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器。他們都是通過片內(nèi)單一總線連接而成，其基本結(jié)構(gòu)依舊是CPU加上___芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。但對各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。1）微處理器該單片機中有一個8位的微處理器，與通用的微處理器基本相同，同樣包括了運算器和控制器兩部分，只是增加了面向控制的處理功能，不僅可處理數(shù)據(jù)，還可以進行位變量的處理。2）數(shù)據(jù)存儲器片內(nèi)為18個字節(jié)，2片外最多可外擴至64k字節(jié)，用來存儲程序在運行期間的工作變量、運算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標志位等，所以稱為數(shù)據(jù)存儲器。AT___C5112222120XX181716151413121110987654340393837363534333231302928272625242___1.2P1.___1.4P1.5P1.6P1.7RST/VPD（RXD）P3.0（TXD）P3.1（INTO）P3.2（INT1）P3.3（T0）P3.4（T1）P3.5（WR）P3.6（RD）P3.7XTAL2XTAL1VSSVCCP0.0（AD0）P0.1（AD1）P0.6（AD6）P0.5（AD5）P0.4（AD4）P0.3（AD3）P0.2（AD2）P0.7（AD7）P2.0（A8）P2.1（A9）P2.2（A10）P2.3（A11）P2.4（A12）P2.5（A13）P2.6（A14）P2.7（A15）PSENALE/PROGEA/VPPP1.0P1.1圖2—2AT—C51芯片引腳圖圖2—1硬件電路結(jié)構(gòu)框圖按鍵輸入模塊AT___C51單片機顯示模塊3）程序存儲器由于受集成度限制，片內(nèi)只讀存儲器一般容量較小，如果片內(nèi)的只讀存儲器的容量不夠，則需要擴展片外的只讀存儲器，片外最多可外擴至64k字節(jié)。4）中斷系統(tǒng)具有5個中斷源，2個中斷優(yōu)先權(quán)5）定時器/計數(shù)器片內(nèi)有2個16位的定時器/計數(shù)器，具有四種工作方式6）串行口1個全雙工的串行口，具有四種工作方式?？捎脕磉M行串行通訊，擴展并行I/O口，甚至與多個單片機相連接構(gòu)成多機系統(tǒng)，從而使單片機的功能更強且應(yīng)用更廣。7）I/O口4個并行8位I/O口8）特殊功能寄存器共有21個，用于對片內(nèi)的各功能的部件進行管理、控制、監(jiān)視。實際上是一些控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個具有特殊功能的RAM區(qū)。由上可見，ATC51單片機的硬件結(jié)構(gòu)具有功能部件種類全，功能強等特點。特別值得一提的是該單片機CPU中的微處理器實際上是一個完整的1位微計算機。這個1位微計算機有自己的CPU、位寄存器、I/O口和指令集。其在開關(guān)決策、邏輯電路仿真、過程控制方面非常有效；而8位機在數(shù)據(jù)采集、運算處理方面有明顯的長處。MCS-51單片機中8位機和1位機的硬件資源復(fù)合在一起，二者相輔相成，它是單片機技術(shù)上的一個突破，也是MCS-51單片機在設(shè)計上的精美之處。引腳說明MCS-51是標準的40引腳雙列直插式集成電路芯片，引腳分布可參照單片機引腳。P0.0~P0.7P0口8位雙向線（在引腳的32~39號端子）；P1.0~P1.7P1口8位雙向線（在引腳的1~8號端子）；P2.0~P2.7P2口8位雙向線（在引腳的21~28號端子）；P3.0~P3.7P3口8位雙向線（在引腳的10~17號端子）。P0口有三個功能：（1）外部擴展存儲器時，當作數(shù)據(jù)總線（如圖中的D0~D7為數(shù)據(jù)總線接口）（2）外部擴展存儲器時，當作地址總線（如圖中的A0~A7為地址總線接口） （3）不擴展時，可作一般的I/O口使用，但內(nèi)部無上拉電阻，作為輸入輸出時應(yīng)在外部接上拉電阻。（（2）P1口功能P1口只作I/O口使用，其內(nèi)部有上拉電阻。（3）P2口功能1、擴展外部存儲器時，當作地址總線使用；2、作一般I/O口使用，其內(nèi)部有上拉電阻。（4）P3口功能1、除了作為I/O口使用外（其內(nèi)部有上拉電阻），還有一些特殊功能，由特殊寄存器來設(shè)置。2、當作為輸入時，上拉電阻將其電位拉高，若輸入為低電平則可提供電流源，所以如果P0口作為輸入時，或處在高阻抗狀態(tài)，只有外接一個上拉電阻才能有效。（5）ALE/PROG地址鎖存控制—在系統(tǒng)擴展時，ALE用于控制把P0口的輸出低8位地址送鎖存器鎖存起來，以實現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的隔離。PROG為編程脈沖的輸入端，在AT___C51單片機內(nèi)部有一個4kB的程序存儲器（ROM），ROM的作用就是用來存放用戶需要執(zhí)行的程序。我們?nèi)绾伟丫帉懞玫某绦虼嫒脒@個ROM中的呢？實際上是通過編程脈沖輸入采能寫進去，而這個脈沖的輸入端口就是PROG。（6）PSEN外部程序存儲器讀選通___在讀外部ROM時PSEN低電平有效，以實現(xiàn)外部ROM單元的讀操作：1、內(nèi)部ROM讀取時，PSEN不動作；2、外部ROM讀取時，在每個機器周期會動作兩次；3、外部RAM讀取時，兩個PSEN脈沖被跳過不會輸出；4、外接ROM時，與ROM的OE腳相接。（7）EA/VPP訪問程序存儲器控制—1、接高電平時：CPU讀取內(nèi)部程序存儲器（ROM）2、接低電平時：CPU讀取外部程序存儲器（ROM）。8031單片機內(nèi)部是沒有ROM的，因此在應(yīng)用8031單片機時，這個腳時一直接低電平的。（8）RST復(fù)位___當輸入的___連續(xù)2個機器周期以上高電平時即為有效，用以完成單片機的復(fù)位初始化操作，當復(fù)位后程序計數(shù)器PC=0000H，即復(fù)位后將從程序存儲器的0000H單元讀取第一條指令碼。（9）XTAL1和XTAL2外接晶振引腳。當使用芯片內(nèi)部時鐘時，此二引腳用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當使用外部時鐘時，用于接外部時鐘脈沖___。（10）VCC電源+5V輸入（11）GND接地42.1.4按鍵模塊設(shè)計矩陣式按鍵輸入模塊，其特點是：電路和軟件稍復(fù)雜，但相比之下，當鍵數(shù)越多時，越節(jié)約I/O口，比較節(jié)省資源鍵盤可分為兩類：編碼鍵盤和非編碼鍵盤。編碼鍵盤是較多按鍵（20個以上）和專用驅(qū)動芯片的組合，當按下某個按鍵時，它能夠處理按鍵抖動、連擊等問題，直接輸出按鍵的編碼，無需系統(tǒng)軟件干預(yù)。通用計算機使用的標準鍵盤就是編碼鍵盤。在智能儀器中，使用并行接口芯片8279或串行接口芯片HD7279均可以組成編碼鍵盤，同時還可以兼顧數(shù)碼管的顯示驅(qū)動，其相關(guān)的接口電路和接口軟件均可在芯片資料中得到。當系統(tǒng)功能比較復(fù)雜，按鍵數(shù)量很多時，采用編碼鍵盤可以簡化軟件設(shè)計。但大多數(shù)智能儀器和電子產(chǎn)品的按鍵數(shù)目都不太多（20個以內(nèi)），為了降低成本和簡化電路通常采用非編碼鍵盤。非編碼鍵盤的接口電路有設(shè)計者根據(jù)需要自行決定，按鍵信息通過接口軟件來獲取52.1.5顯示模塊設(shè)計本設(shè)計采用的是LCD1602液晶顯示屏。模塊內(nèi)部自帶字符發(fā)生存儲器（CGROM），字符有：—數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是（41H）,顯示時模塊把代碼41H發(fā)給液晶模塊，我們就能在液晶上看到字母“A”。1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，豐富的指令可以完成液晶的時序控制、工作方式式設(shè)置和數(shù)據(jù)顯示等圖2—3編碼鍵盤電路LCD的特點：（1）低壓微功耗； （2）平板型結(jié)構(gòu)；（3）被動顯示型（無眩光，不___人眼，不會引起眼睛疲勞）； （4）顯示信息量大（因為像素可以做得很?。?； （5）易于彩色化（在色譜上可以非常準確的復(fù)現(xiàn)）； （6）無電磁輻射（對人體安全，利于信息保密）； （7）長壽命（這種器件幾乎沒有什么劣化問題，因此壽命極長，但是液晶背光壽命有限，不過背光部分可以更換）22.2軟件電路12.2.1鍵盤掃描的程序設(shè)計鍵盤掃描子程序，首先讀出P1的低四位，然后讀出P1口的高四位。然后鍵值并顯示緩存。然后將鍵如的值轉(zhuǎn)換為ASCII碼然后就可以軟件來設(shè)置硬件按鍵各個鍵代表的內(nèi)容。讀鍵程序使用的是反轉(zhuǎn)法讀鍵，不管鍵盤矩陣的規(guī)模大小，均進行兩次讀鍵。第一次所有行線均輸出低電平，從所有讀入鍵盤信息（列信息）；第二次所有列線均輸出低電平，從所有行線讀入鍵盤信息（行信息）。數(shù)字鍵按下則將相應(yīng)的數(shù)字送入緩存區(qū)，功能鍵按下則執(zhí)行相應(yīng)的程序22.2.2顯示模塊的程序設(shè)計顯示模塊程序首先要對顯示模塊進行初始化；然后控制光標的圖2—4LCD液晶顯示屏位置；定義液晶顯示的控制端口，用SBIT指令完成；然后設(shè)置清屏、關(guān)閉顯示、歸位、開顯示、顯示位置的首地址等等。2.2.3程序運行流程圖2.2.4加減乘除子運算流程圖圖2—5程序運行流程圖否是圖2—5加減乘除子運算流程圖矩陣賦值"+"==num"*"==num"/"==num"="==numa=0;b=0復(fù)位i=0firstflag==0？(輸入數(shù)值的是第一個數(shù)據(jù)？)把第一個數(shù)據(jù)賦值給a,并把標志位置1，到下一個數(shù)據(jù)輸入時可以跳轉(zhuǎn)賦值給bsscanf(temp,"%d",&a)否賦值完成后把緩沖區(qū)清零，防止下次輸入影響結(jié)果sscanf(temp,"%d",&b);for(s=0;s第三部分設(shè)計成果仿真圖程序#include//包含頭文件，一般情況不需要改動，頭文件包含特殊功能寄存器的定義#include#defineKeyPortP1#defineDataPortP0//定義數(shù)據(jù)端口程序中遇到DataPort則用P0替換—itLATCH1=P2/;//定義鎖存使能端口段鎖存itLATCH2=P2八3;//位鎖存unsignedcharcodedofly_DuanMa[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//顯示段碼值0~9//unsignedcharcodedofly_WeiMa[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};//分別對應(yīng)相應(yīng)的數(shù)碼管點亮,即位碼unsignedcharTempData[8];//存儲顯示值的全局變量externunsignedcharTempData[8];//存儲顯示值的全局變量externunsignedcharcodedofly_DuanMa[10];//顯示函數(shù)，用于動態(tài)掃描數(shù)碼管輸入?yún)?shù)FirstBit表示需要顯示的第一位，如賦值2表示從第三個數(shù)碼管開始顯示如輸入0表示從第一個顯示。Num表示需要顯示的位數(shù)，如需要顯示99兩位數(shù)值則該值輸入2//按鍵掃描函數(shù)，返回掃描鍵值//unsignedcharKeyScan(void);//鍵盤掃描函數(shù)，使用行列反轉(zhuǎn)掃描法//按鍵值處理函數(shù)，返回掃鍵值//unsignedcharKeyPro(void);voidDisplay(unsignedcharFirstBit,unsignedcharNum);//定時器初始化子程序//voidInit_Timer0(void);//uS延時函數(shù)，含有輸入?yún)?shù)unsignedchart,無返回值unsignedchar是定義無符號字符變量，其值的范圍是0?255這里使用晶振12M，精確延時請使用匯編,大致延時長度如下T=tx2+5uS//voidDelayUs2x(unsignedchart);//mS延時函數(shù)，含有輸入?yún)?shù)unsignedchart，無返回值unsignedchar是定義無符號字符變量，其值的范圍是0~255這里使用晶振12M，精確延時請使用匯編//voidDelayMs(unsignedchart);//主程序//in(){unsignedcharnum,i,sign;//數(shù)值unsignedchartemp[8];//最大輸入8個bitfirstflag;inta=0,b=0;unsignedchars;Init_Timer0();//初始化定時器0while(1)//主循環(huán){num=KeyPro();//掃描鍵盤if(num!=0xff)//如果掃描是按鍵有效值則進行處理{if(i==0)//輸入是第一個字符的時候需要把改行清空，方便觀看{for(s=0;sfor(s=0;sNum表示需要顯示的位數(shù)，如需要顯示99兩位數(shù)值則該值輸入2//voidDisplay(unsignedcharFirstBit,unsignedcharNum){staticunsignedchari=0;DataPort=0;//清空數(shù)據(jù)，防止有交替重影LATCH1=1;//段鎖存LATCH1=0;DataPort=dofly_WeiMa[i+FirstBit];//取位碼LATCH2=1;//位鎖存LATCH2=0;DataPort=TempData[i];//取顯示數(shù)據(jù)，段碼LATCH1=1;//段鎖存LATCH1=0;i++;if(i==Num)i=0;}//定時器初始化子程序//voidInit_Timer0(void){TMOD|=0x01;//使用模式1，16位定時器，使用"|"符號可以在使用多個定時器時不受影響//TH0=0x00;//給定初值//TL0=0x00;EA=1;//總中斷打開ET0=1;//定時器中斷打開TR0=1;//定時器開關(guān)打開}//定時器中斷子程序//voidTimer0_isr(void)interrupt1{TH0=(65536-2000)/256;//重新賦值2msTL0=(65536-2000)%256;Display(0,8);}//uS延時函數(shù)，含有輸入?yún)?shù)unsignedchart,無返回值unsignedchar是定義無符號字符變量，其值的范圍是0?255這里使用晶振12M，精確延時請使用匯編，大致延時長度如下T=tx2+5uS//voidDelayUs2x(unsignedchart){while(--t);}//mS延時函數(shù)，含有輸入?yún)?shù)unsignedchart,無返回值unsignedchar是定義無符號字符變量，其值的范圍是0?255這里使用晶振12M，精確延時請使用匯編//voidDelayMs(unsignedchart){while(t--){//大致延時1mSDelayUs2x(245);DelayUs2x(245);}}第四部分結(jié)束語通過此次畢業(yè)設(shè)計，讓我進一步了解了對單片機的編程、電路的分析以及系統(tǒng)控