单片机简易计算器课程设计报告资料

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1、课程设计报告设计名称：简易计算器姓名：学号：专业班级：院（系）：设计时间：2016.12.10设计地点：指导教师评语：成绩：1签名：年月日摘要：虽然现在科学计算器，已经得到了广泛的应用，但在某些地方，简易计算器，依然是主要的计算公具，如小学教学单位，市场，商店等。并且随着科技的进步，我们已经告别了以前复杂的模拟电路，可以利用已有的软件和硬件条件，设计出更出色的计算器呢。本设计是以AT89C52单片机为核心的计算器模拟系统设计，输入采用44 矩阵键盘，可以进行加、减、乘、除4 位带符号数字运算，并在 LCD1602上显示操作过程。关键词：AT89C52LCD1602计算器矩阵键盘一方案构思2本设

2、计可以采用两种方案，一种是以FPGA为核心处理芯片，配备相应的外设；另外一种是以 AT89C52处理器，配备相应的外设。1.1 、方案一：采用FPGA控制FPGA是一种高密度的可编程逻辑器件, 自从Xilinx公司1985年推出第一片FPGA以来 ,FPGA 的集成密度和性能提高很快, 其集成密度最高达500 万门 /片以上, 系统性能可达200MHz。由于 FPGA器件集成度高 , 方便易用 , 开发和上市周期短 , 在数字设计和电子生产中得到迅速普及和应用 , 并一度在高密度的可编程逻辑器件领域中独占鳌头。但是而基于 SRAM编程的 FPGA,其编程信息需存放在外部存储器上 , 需外部存储

3、器芯片 , 且使用方法复杂 , 保密性差，而其对于一个简单的计算器而言，实用 FPGA有点大材小用，成本太高。1.2 、方案二：采用AT89C52单片机是单片微型机的简称，故又称为微控制器MCU（ Micro Control Unit）。通常由单块集成电路芯片组成， 内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器 CPU，存储器和 I/O 接口电路等。因此，单片机只要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。单片机广泛用于智能产品，智能仪表，测控技术，智能接口等，具有操作简单，实用方便，价格便宜等优点，而其中AT89C52以 MCS-51为内核，是单片机中最典型的代表，应用于各种控

4、制领域。1.3 方案比较与选择通过以上两种方案论证和比较，从设计的实用性，方便性和成本出发，选择了以AT89C52单片机作为中央处理单元进行计算器的设计，这样设计能够实现对四位加减乘除和除法四位小点数的运算。二系统硬件设计及说明2.1 系统组成及总体框图LCD液晶显示屏模块3AT89C52主控制模4X4 键盘模块图 3.1系统组成及总体框图2.2 元件简介（ 1） LCD1602液晶显示屏1、应用简介模块内部自带字符发生存储器（CGROM）, 字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是（41H），显示时模块把代

5、码41H 发给液晶模块，我们就能在液晶上看到字母“A”。1602 液晶模块内部的控制器共有11 条控制指令，丰富的指令可以完成液晶的时序控制、工作方式式设置和数据显示等。采用的 LCD1602液晶模块是标准16 针插座，接口电路如图3.2.3所示：关于 LCD1602的详细资料见表 3.2.3-1和表 3.2.3-2 。图 3.2.3 LCD 接口电路4表 3.2.3-1 LCD1602 引脚说明第 1 脚VSS为地电源第 2 脚VDD接 5V 正电源V0 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，第 3 脚对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K 的电

6、位器调整对比度。实际电路中采用2K 电阻到地，比较理想。第 4 脚RS为寄存器选择，高电平选择数据寄存器、低电平选择指令寄存器。RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当 RS和 RW共同为低电平时（ 00）可以写入指令或者显示地址；第 5 脚当 RS为低电平 RW为高电平时（ 01）可以读入忙信号；当 RS为高电平 RW为低电平时（ 10）可以写入数据。第 6 脚E 端为使能端，当 E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第 714 脚 D0 D7 为 8 位双向数据线。第 15 16 脚 背光阳极和背光阴极。表 3.2.3-2 LCD1602 指令表指令 1清显示指

7、令码 01H,光标复位到地址00H位置；指令 2光标复位指令码 02H,光标返回到地址00H位置 ；光标和显示模式设置指令 3I/D位 光标移动方向，高电平右移，低电平左移；S 位 屏幕上所有文字是否左移或者右移，高电平有效，低电平无效；显示开关控制D 位 控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示；指令 4C 位 控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标；B位 控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁；光标或显示移位指令 5S/C 位 高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标功能命令设置指令 6DL位 - 高电平时为4 位数据总线，低电平时为8 位总线；N位低电平

8、时为单行显示，高电平时为双行显示；F位低电平时显示5x7 的点阵字符 , 高电平时为5x10 的点阵字符；指令 7字符发生器 RAM地址设置指令 8DDRAM地址设置指令 9读忙信号和光标地址BF 位 为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据指令 10写数据指令 11读数据52 、LCD的特点：（ 1）低压微功耗；（ 2）平板型结构；（ 3）被动显示型 ( 无眩光，不刺激人眼，不会引起眼睛疲劳 ) ；（ 4）显示信息量大 ( 因为像素可以做得很小 ) ；（ 5）易于彩色化 ( 在色谱上可以非常准确的复现 ) ；（ 6）无电磁辐射 ( 对人体安全，利于信息保密 ) ；（ 7）长寿命

9、 ( 这种器件几乎没有什么劣化问题，因此寿命极长，但是液晶背光寿命有限，不过背光部分可以更换 ) 。三设计原理分析3.1设计方案的确定本设计需要使用LCD液晶显示屏和编码键盘。故选择静态显示和用编码键盘。使用LCD液晶显示屏显示运算结果。主程序进行初始化，其他的程序选择模块式的方式。首先对每个模块进行调试,当模块调试成功后，逐一的加入主程序中，最后完成整个软件部分的设计。3.2 计算器硬件方案及硬件资源分配（1）硬件资源分配主要用到的硬件： AT89C52LCD 液晶显示屏编码键盘硬件分配：1、P1、P3口：做为输出口，控制LCD液晶显示屏显示数据的结果。2、P2口：做为输入口，与键盘连接，实

10、现数据的输入。3、LCD液晶显示屏显示输出。（ 2）系统的硬件设计为了更好的实现系统得功能，硬件电路的设计应该遵循以下原则：61、优化硬件电路采用软件设计与硬件设计相结合的方法；尽管采用软件来实现硬件系统的功能时，也许响应时间会比单纯使用硬件时长，而且还要占用微处理器 (MCU)的时间；但是，用软件实现硬件的功能可以简化硬件结构，提高电路的可靠性。所以，在设计本系统得时候，在满足可靠性和实时性的前提下，尽可能的通过软件来实现硬件功能。2、可靠性及抗干扰设计根据可靠性设计理论，系统所用芯片数量越少，系统的平均无故障时间越长。而且，所用芯片数量越少，地址和数据总线在电路板上受干扰的可能性也就越小。

11、因此，系统的设计思想是在满足功能的情况下力争使用较少数量的芯片。3、灵活的功能扩展功能扩展是否灵活是衡量一个系统优劣的重要指标。一次设计往往不能完全考虑到系统的各个方面，系统需要不断完善以及进行功能升级。进行功能扩展时，应该在原有设计的基础上，通过修改软件程序和少量硬件完成。对于本系统而言，就是要求在系统硬件不变的情况下，能够通过修改软件程序，完成功能的升级和扩展。根据第提出的系统设计方案，结合以上三条原则，确定了系统硬件的设计。计算器主要由以下一些功能模块构成：非编码键盘模块、 LCD液晶显示屏模块等。该系统的硬件设计采用了模块化的设计方法。 AT89C52 单片机与 LCD液晶显示屏显示电

12、路是整个电路的核心，它们实现系统的功能要求。简易计算器主要包括：键盘电路，显示电路。下图为总体硬件结构。（如图 4.2.2所示为整个系统的原理图）7图 4.2.2计算器原理图前面叙述了该系统的设计说明，系统采用了比较简单的设计方案，所以该系统的硬件设计的总外围电路不会产生过多的干扰。在下面的阐述中，对系统的外围电路分别予以介绍。键盘部分采用编码键盘，显示部分采用LCD液晶显示屏完全能够很好的实现显示方面的要求。（3）键盘电路的设计键盘可分为两类：编码键盘和非编码键盘。编码键盘是较多按键（ 20个以上）和专用驱动芯片的组合，当按下某个按键时，它能够处理按键抖动、连击等问题，直接输出按键的编码，无

13、需系统软件干预。通用计算机使用的标准键盘就是编码键盘。在智能仪器中，使用并行接口芯片 8279或串行接口芯片 HD7279均可以组成编码键盘，同时还可以兼顾数码管的显示驱动，其相关的接口电路和接口软件均可在芯片资料中得到。当系统功能比较复杂，按键数量很多时，采用编码键盘可以简化软件设计。非编码键盘成本低廉。从成本角度出发，本设计选用的是非编码键盘。如图4.2.38图 4.2.3编码键盘电路（4）显示电路的设计当系统需要显示少量数据时，采用LCD液晶显示屏进行显示是一种经济实用的方法。P0口作为液晶显示的数据端口，P3.5-P3.7 口作为其控制端口，控制LCD液晶显示屏显示输出数据。最终电路如

14、图 4.2.4 所示：图 4.2.4 LCD 液晶显示屏显示9四 计算器的软件设计4.1 计算器的软件规划简易计算器的程序主要包括以下功能模块：1、定时查键模块，分为读键程序、判键程序段、运算操作子程序等部分；2、基于 LCD液晶显示屏的显示模块；3、主模块，为系统的初始化。4.2 键盘扫描的程序设计键盘扫描子程序，首先读出P1 的低四位，然后读出P1 口的高四位。然后键值并显示缓存。然后将键如的值转换为ASCII 码然后就可以软件来设置硬件按键各个键代表的内容。读键程序使用的是反转法读键，不管键盘矩阵的规模大小，均进行两次读键。第一次所有行线均输出低电平，从所有读入键盘信息（列信息） ；第二

15、次所有列线均输出低电平，从所有行线读入键盘信息（行信息） 。数字键按下则将相应的数字送入缓存区，功能键按下则执行相应的程序。4.3 显示模块的程序设计显示模块程序首先要对显示模块进行初始化；然后控制光标的位置；定义液晶显示的控制端口，用 SBIT指令完成；然后设置清屏、关闭显示、归位、开显示、显示位置的首地址等等。显示模块的流程图如图5.3 所示：10开始延时程序检测 LCDY是否在忙扫描键盘加减乘除运算子程序液晶显示结束图 5.3 模块的流程图4.4 主程序的设计主程序主要是用来对LCD液晶显示屏进行初始化的。对输入按键判断，然后进行加减乘除，最后计算出结果，显示出计算结果。4.5 软件的可

16、靠性设计提高本仪器其可靠性措施主要有：为防止程序跑飞，软件中设置了软件陷阱。5 参考文献【1】张靖武 ,周灵杉 .单片机系统的 PROTEUS 设计与仿真 M. 北京：北京电子工业出版社【2】靳达 .求是科技 .单片机应用系统开发实例导航 M. ：人民邮电出版社 ,2006【3】刘守义 . 单片机应用技术 M. ：西安电子科技大学出版社,2001【 4】林志琦 .基于 PROTEUS 的单片机可视化软硬件仿真M. 北京：北京航空航天大学出版社,2006【5】徐江海 .单片机实用教程 M. 北京：机械工业出版社，2007.【6】谭浩强 . C 语言程序设计 M. 北京：清华大学出版社，2000.1112