【文章內(nèi)容簡介】 rammable and Erasable Read Only Memory） 的低電壓，高性能 COMOS8 的微處理器。該器件與工業(yè)標準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容；且是單片機中最典型的代表，應用于各種控制領域。 通過以上兩種方案的論證和比較，從設計的實用性、方便性和成本等諸河南科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 12 多方面考慮，最終選擇了以 AT89S52 單片機作為中央處理單元進行計算器的設計，這樣設計能夠實現(xiàn)對六 位整數(shù)、兩位小數(shù)的加、減、乘、除的四則運算。 模塊設計 鍵盤輸入模塊的設計方案及確定 方 案一，采用獨立式按鍵作為輸入模塊。獨立式按鍵輸入模塊，其 直接用 I/O 口構成單個按鍵電路，接口電路配置靈活、按鍵識別和軟件結構簡單；但是當鍵數(shù)較多時，占用 I/O 口較多，比較浪費資源。其原理圖如圖 27 所示。 圖 27 獨立功能按鍵圖 方案二，采用矩陣式鍵盤作為輸入模塊。矩陣式按鍵輸入模塊，其特點是：電路和軟件稍復雜，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。其原理圖如圖 28 所示。 圖 28 矩陣鍵 盤輸入圖 計算器輸入數(shù)字和其他功能按鍵要用到很多按鍵，如果采用獨立按鍵的方式，在這種情況下，編程會很簡單，但是會占用大量的 I/O 口資源，因此河南科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 13 在很多情況下都不采用這種方式，而是采用矩陣鍵盤的方案。矩陣鍵盤采用四條 I/O 線作為行線，四條 I/O 線作為列線組成鍵盤，在行線和列線的每個交叉點上設置一個按鍵。這種行列式鍵盤結構能有效地提高單片機系統(tǒng)中I/O 口的利用率 ，所以本次設計采 用方案二。 LCD 顯示模塊設計方案比較及確定 方案一，采用 LED 數(shù)碼管靜態(tài)顯示。其特點是：亮度較高，這種顯示方式接口，編程容易且管 理簡單；不足的是，占用的 I/O 的線資源較多。如果采用單片機或 CPLD/FPGA 來控制的話，勢必存在浪費 I/O 口資源的問題。如圖 29 所示。 圖 29 矩陣鍵盤輸入圖 方案二，采用 LED 數(shù)碼管動態(tài)顯示。采用 LED 數(shù)碼管的動態(tài)顯示，特點是：亮度比靜態(tài)顯示的亮度要差一些，但其電路比較簡單，適合于顯示位數(shù)較多的情況。如圖 210 所示。 河南科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 14 圖 210 矩陣鍵盤輸入圖 方案三，采用 LCD1602 液晶顯示， 本次設計采用方案三， 如圖 211。 LCD1602，工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示 16x02 即 32 個字符（ 16 列 2行），故簡稱 1602。 1602LCD 液晶具有功耗低、顯示內(nèi)容豐富、清晰，顯示信息量大，顯示速度較快，界面友好等而得到廣泛應用，因此使用 1602 液晶顯示屏，可以方便的顯示多種字符，特別適用于單片機計算器的雙行顯示。 圖 211 液晶顯示模塊圖 河南科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 15 表 21 LCD1602 的引腳說明 第 1 腳 Vss 為地電源 第 2 腳 VDD 接 5V 正電源 第 3 腳 Vo 為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個 10K 的電位器調(diào)整對比度。 第 4 腳 Rs 為寄存器選擇，高電平選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平選擇指令寄存器。 第 5 腳 Rw 為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時選擇指令寄存器。 第 6 腳 E 端為使能端，當 E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。 第 714 腳 D0D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。 第 1516 腳 背光陽極和背光陰極。 清零、開平方、開立方功能模塊設計 本設計要求在任何時候按下 AC 清零鍵，都必須退出當前操作，數(shù)據(jù)清零，準備下一次的運算，故應采用獨立鍵盤產(chǎn)生下降沿輸入給單片機外部中斷處理。 而開方或 開立 方運算，則可與矩陣鍵盤 一起檢 測，也當做一個運算符處理 ， 具體功能按鍵設計如下圖 212 所示 。 圖 212 清零、開方、開立方模塊圖 河南科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 16 電源模塊設計 由于 AT89S52 和 LCD1602 都是采用 5V 供電，而且其他模塊功能也采用5V 電平，本系統(tǒng)采用 LM7805 作為穩(wěn)壓芯片， 220V 交流電 經(jīng)過初級和次級的電容濾波，最終得到穩(wěn)定的 5V電壓供給系統(tǒng)使用。 Vin1GND2Vout3U ？7805C2470uC1100uC9104C11GNDVCC 5VD?Bridge1AC220V 50HZ 28VT?Trans Cupl 圖 213 電源模塊圖 河南科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 17 軟件設計 程序設計采用的是 keil 軟件，程序設計可以分為：顯示程序設計、鍵盤掃描程序設計、計算程序設計、清零程序設計 ，見圖 31。 初 始 化開 始鍵 盤 掃 描是 否 有 按 鍵 按 下 ？返 回 值 0 9 ？計 算 第 一 次 輸 入 的數(shù) 值 大 小鍵 盤 掃 描否是 否 有 按 鍵 按 下 ？返 回 值 0 9 ？計 算 第 二 次 輸 入 的數(shù) 值 大 小否運 算 計 算 結 果繼 續(xù) 判 斷 是 否有 按 鍵 按 下按 鍵 值 0 9 ？L C D 顯 示是否是是是是是 圖 31 總程序流程圖 河南科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 18 外圍程序 模塊設計 顯示程序設計 LCD1602 在上電以后，應該先等待 50 毫秒左右，讓其內(nèi)部芯片初始化后再對其進行操作。在對其操作時，應參考其時序圖，先把命令寫入其內(nèi)部寄存器設置它的工作方式和狀態(tài)。要顯示數(shù)據(jù)的時候，先設置好顯示坐標，再往里面寫入要顯示的 ASCII 碼， LCD 則通過刷新和替換來顯示新的數(shù)據(jù) ， 其程序流程圖如下圖 32 所示 。 圖 32 電源模塊圖 鍵盤掃描程序設計 由 于矩陣鍵盤采用 4 行 4 列的結構，每一行每一列各對應一個 I/O 口，故程序應該逐行查詢，一旦查詢到有某一行的按鍵被按下了，則根據(jù)讀取到的 I/O 總線口的數(shù)據(jù)即可查 詢到是哪一列的按鍵被按下了，最后對應行列返回一個按鍵值回主函數(shù) ， 流程圖如下圖 33 所示。 開始 初始化 設置坐標 發(fā)送 ASII 顯示數(shù)據(jù) 河南科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 19 開 始按 鍵 賦 值第 一 行有 鍵 按 下第 二 行有 鍵 按 下第 三 行有 鍵 按 下第 四 行有 鍵 按 下判 斷 哪 一 列按 鍵 按 下返 回 按 鍵初 始 值返 回 行 列的 初 始 值結 束 圖 33 掃描鍵盤流程圖 清零程序設計 根據(jù)系統(tǒng)要求以及硬件結構， AC 按鍵直接接入單片機外部中段 0，則程序應使用中斷來清除各數(shù)據(jù)存儲變量達到清零的目的，并把清零標志位至 1，在主程序中不斷查詢標志位，若為 1， 則清零 ， 程序框圖如下圖 34 所示 。 河南科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 20 圖 34 清零程序流程圖 開方、平方、立方 程序設計 在設計計算開方、平方、立方時，采用直接調(diào)用 math 函數(shù)庫中的 sqrt（）函數(shù)， pow（） 范例include main() { double answer。 answer =pow(2,10)。 printf(2^10 = %f\n, answer)。 } 執(zhí)行 2^10 = include main() { double root。 root = sqrt (200)。 printf(answer is %f\n,root)。 } 執(zhí)行 answer is 中斷 0 入口 LCD 清 屏顯示 0 各數(shù)據(jù)存儲清零 清零標志位置 1 返回主程序 河南科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 21 系統(tǒng)仿真及驗證 一、 小數(shù) 加法運算， +23=，計算結果如下圖 41 所示。 圖 41 小數(shù) 加法運算仿真圖 整數(shù)加法運算， 235+623=858，計算結果如下圖 42 所示 。 圖 42 整數(shù)加法運算仿真圖 河南科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 22 二、 小數(shù)減法運算， =，計算結果如下圖 43 所示。 圖 43 小數(shù)減法運算仿真圖 整數(shù)減法運算， 8999925563=64436，計算結果如下圖 44 所示 。 圖 44 整數(shù)減法運算仿真圖 河南科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 23 小數(shù)減法得數(shù)為負數(shù)運算， =，計算結果如下圖 45 所示 。 圖 45 小數(shù)減法得數(shù)為負數(shù)運算仿真圖 三、 小數(shù)乘法運算， =213，計算結果如下圖 46 所示 。 圖 46 小數(shù)乘法運算仿真圖 河南科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 24 整數(shù)乘法運算， 564 45=25300，計算結果如下圖 47 所示 。 圖 47 整數(shù)乘法運算仿真圖 小數(shù)乘法運算， 247。 3=， 最后一位實現(xiàn)四舍五入 計算結果如下圖48所示 。 圖 48 小數(shù)除 法運算仿真圖 河南科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 25 四、 整數(shù)除法運算， 85247。 4=，計算結果如下圖 49 所示 。 圖 49 整數(shù)除法運算仿真圖 五、 開根號運算， 5 =，計算結果如下圖 410 所示 。 圖 410 開根號運算仿真圖 河南科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 26 六、 平 方運算， 214 =196，計算結果如下圖 411所示 。 圖 411 平方運算仿真圖 七、 立方運算， 38 =512，計算結果如下圖 412 所示 。 圖 412 立方運算仿真圖 河南科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 27 結 論 在選擇畢業(yè)設計的時候，我感覺選擇這個題目比較容易，理論很簡單，但是到我實際去做這個東西的時候，我發(fā)現(xiàn)不是那么的容易，不是那么的順利，程序方面是我的 弱項，當時學的時候沒有用心，程序方面我就請教我的同學，他慢慢地教 我，一點一點的把整個程序調(diào)試好，然后在電腦上我自己做硬件仿真，我把程序下載我做的硬件中，發(fā)現(xiàn)不對，反復查找，原來是我把一根線連 接錯，本來應該連接中斷 1 的，結果連到中斷 0 上了。 第一次編寫的程序只能實現(xiàn)得數(shù)不比 9 大的運算，而且小數(shù)點和負數(shù)的功能還不能實現(xiàn)，經(jīng)過我自己的驗證以及請教同學終于發(fā) 現(xiàn)程序那兒錯了，經(jīng)過修改程序，現(xiàn)在這個計算器可以實現(xiàn)計算器的加減乘除、開平方、開立方的功能 了，得數(shù)可以是小數(shù)和負數(shù)，小數(shù)的結果可以精確到 。 也有可能是時間的關系，我還是沒能把老師要求的所有的功能實現(xiàn)，但是最基本的功能差不多都實現(xiàn)了。這次的畢業(yè)設計深深地讓我體會到做一個設計人員的不易與艱辛。 河南科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 28 參考文獻 [1]魏澤鼎等 . 單片機應用技術與實例 . 北京：電子工業(yè)出版社， 2021 [2]蔣輝平，周國雄 . 基于 PROTEUS 的單片機系統(tǒng)設計與仿真實例 . 北京 : 機械工業(yè)出版社 , 2021 [3]丁明亮，唐前輝 . 51 單片機應用設計與仿真 基于 Keil C 和 Proteus . 北京 : 北京航空航天大學出版社 , 2021 [4]胡漢才 .單片機原理及接口技術 .清華大學出版社 ,1996 [5]Patterson D A amp。 Hennessy J L. 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