51单片机简易计算器论文

华侨大学厦门工学院单片机控制系统课程设计报告题目：基于51单片机的简易计算器专业、班级：通信3班学生姓名：学号：指导教师：2014年月日1目录一、设计任务目的........................................................................................................2二、计任务要求............................................................................................................2三、设计方案选取与论证............................................................................................2四、电路设计................................................................................................................34.1总体电路图.......................................................................................................34.2硬件设计..........................................................................................................44.2.1矩阵按键.................................................................................................44.2.2STC89C52主芯片..................................................................................44.2.3LCD显示................................................................................................64.3软件设计...........................................................................................................74.3.1键盘模块................................................................................................74.3.2计算模块................................................................................................84.3.3显示模块................................................................................................9五.制作及调试过程.......................................................................................................95.1制作过程......................................................................................................105.2软件调试........................................................................................................105.3硬件调试........................................................................................................11结论..............................................................................................................................12致谢..............................................................................................................................13参考文献......................................................................................................................13附件..............................................................................................................................14附录1.程序代码...................................................................................................14附录2.元器件清单...............................................................................................222一、设计任务目的设计一个计算器，可以进行简易的四则运算。二、计任务要求1、能够进行简单的四则运算，包括带负数的运算。用LCD显示数据和结果（6位即可）2、采用键盘输入方式，键盘包括数字键（0～9）、符号（+、-、×、÷）、清除键(c)和等号键（=），故只需要16个按键即可。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OV；当除数为0时，计算器会在LCD上提示ERR。三、设计方案选取与论证根据功能和指示要求，本系统选用51单片机为主控机。通过扩展必要的外围电路接口实现计算的设计。具体如下：1、由于要设计的是简单的计算器，可以进行四则运算，为了得到较好的显示效果，采用LCD显示数据和结果。2、另外键盘包括数字键（0~9）、符号键（+、-、*、/）、清除键和等号键，故采用4*4按键。3、执行程序：开机显示字符串，等待键入数值，当键入数值，通过LCD显示，当键入+、-、*、/时计算器在内部执行数值转换和存储，并等待再次键入数值并等待执行等号程序。整个系统可分为三个主要的功能模块：一、实时键盘扫描；二、数据转换成显示器显示；三、显示器的动态显示。其系统结框图如下：3根据设计的电路流程选择的系统方案是：（1）：采用STC89C52作为主控芯片；（2）：显示模块使用LCD1602液晶显示；（3）：输入模块使用4*4矩阵键盘输入；选取此种设计方案，可以基本满足任务要求，并且在电路板焊接中更清晰明了的知道该如何去焊接电路。但是，这种方案还是存在着不足，如：①按键的缺少导致取消了一些特殊函数的实现。和我们真正可以的计算器有很大的差距，功能的单一，在实际中没有使用价值。②使用3字节的浮点数表示，不可避免的带来了数表示的不精确，加上有效数字比较少，因此计算结果很容易产生误差，尤其是进行连续多次运算后。四、电路设计4.1总体电路图根据方案的选取，其硬件的电路图在protues软件中设计如下图所示，本电路图可以满足设计要求。44.2硬件设计4.2.1矩阵按键键盘是单片机系统中最常用的人机对话输入设备，用户通过按键向单片机输入指令和数据。该模块利用16个的小按键，提供0-9，+、-、*、/、=、清零键。键盘控制程序需完成的任务有：给电路提供输入的符号，让LCD显示屏显示输入的按键是什么。在编写的程序中，可以检查是否有按键按下,有键按下时,如无硬件去抖动电路时，应用软件延时方法消除按键抖动；当有多个按键按下时,只响应一个按键，不管持续多长时间，仅执行一次按键功能程序。其结构图如下所示：矩阵键盘结构图4.2.2STC89C52主芯片STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器（FPEROM-FlashProgramableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能COMOS8的微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL搞密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。ST89C52单片机包含中央处理器、程序存储器、数据存储器、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线。时钟电路：STC89C52内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚RXD和TXD分别是此放大器的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。内部方式的时钟电路如图4—2(a)所示，在RXD和TXD引脚5上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶体振荡频率可以在1.2～12MHz之间选择，电容值在5～30pF之间选择，电容值的大小可对频率起微调的作用。外部方式的时钟电路如图4—2（b）所示，RXD接地，TXD接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于12MHz的方波信号。片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟P1和P2，供单片机使用。（a）外部方式时钟电路（b）内部方式时钟电路复位及复位电路：（1）复位操作，复位是单片机的初始化操作。其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重新启动。除PC之外，复位操作还对其他一些寄存器有影响，；（2）复位信号及其产生，RST引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡周期(即二个机器周期)以上。若使用颇率为6MHz的晶振，则复位信号持续时间应超过4us才能完成复位操作。整个复位电路包括芯片内、外两部分。外部电路产生的复位信号(RST)送至施密特触发器，再由片内复位电路在每个机器周期的S5P2时刻对施密特触发器的输出进行采样，然后才得到内部复位操作所需要的信号。复位操作有上电自动复位相按键手动复位两种方式。本系统的复位电路采用上电复位方式。STC89C52具体介绍如下：①主电源引脚（2根）VCC(Pin40)：电源输入，接＋5V电源GND(Pin20)：接地线②外接晶振引脚（2根）XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端③控制引脚（根）