【正文】 to such idea, the design is that SCM design calculator. The design system is based on AT89C51 microcontroller, P0 port as input, external 4X4 keyboard. In P1, P2mouth is connected with the drive circuit to ensure the normal work of LED. The calculator will plete add, subtract, multiply, divide and other function. KEYWORDS: calculator, MCU, LCD, Matrix keyboard 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） II 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） I 前 言 計算器（ calculator。通過鍵盤掃描來對輸入數(shù)的控制，在 P1 口、P2 口接了驅(qū)動電路，用來保證 LED 的工作正常?？墒撬€在發(fā)展之中，以后必將出現(xiàn)功能更加強大的計算器，基于這樣的理念，本次設(shè)計是用單片機來設(shè)計的計算器。因此，單片機的應(yīng)用已經(jīng)越來越貼近生活，用單片機來實現(xiàn)一些電子設(shè)計也變得容易起來。 近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機的應(yīng)用正在不斷深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測技術(shù)日益更新。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 題 目 ： 基于單片機的電子計算器設(shè)計 學(xué) 院 ： 電子信息學(xué)院 專業(yè)班級 ： 測控 08 級 1 班 指導(dǎo)教師 ： 張 莉 職稱： 副教授 學(xué)生姓名 ： 代 劍 波 學(xué) 號 ： 40803050104 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） I 摘 要 計算器一般是指 “電子計算器 ”,該名詞由 日文傳入中國。計算器是能進行數(shù)學(xué)運算的手持機器，擁有集成電路芯片，結(jié)構(gòu)簡單，功能較弱，但由于它使用方便、操作簡單、價格低廉，因而廣泛運用于商業(yè)交易中，也是必備的辦公用品。在實時檢測和自動控制的單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機往往作為一個核心部件來使用，但僅單片機方面的知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)、軟硬件結(jié)合，來加以完善。計算器在人們的日常中是比 較的常見的電子產(chǎn)品之一。該設(shè)計系統(tǒng)是以 AT89C51 為單片機， P0 口作為輸入端，外接 4X4 的鍵盤。計算器將完成的功能有加，減，乘，除等功能。counter）一般是指 “電子計算器 ”，該名詞由日文傳入中國。 計算器一般由運算器、控制器、存儲器、鍵 盤、顯示器、電源和一些可選外圍設(shè)備及電子配件通過人工或機器設(shè)備組成。 本設(shè)計是由單片機實現(xiàn)的模擬計算器，它不僅能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的加減乘除運算，而且還能使數(shù)據(jù)及其計算結(jié)果在數(shù)碼管上顯示出來，能夠?qū)崿F(xiàn) 0256 的數(shù)字四則運算。利用鍵盤和 LCD1602 設(shè)計一個簡單的數(shù)學(xué)計算器，可以完成簡單的如加，減 ，乘，除的四則運算，并將運算結(jié)果在 LCD1602 上顯示出來?？v觀單片機的發(fā)展歷史，其有如下發(fā)展趨勢： 大容量、高性能 以往單片機內(nèi)的 ROM 為 1KB～ 4KB,RAM 為 64～ 128B。為了適應(yīng)這種領(lǐng)域的要求 ,須運用新的工藝 ,使片內(nèi)存儲器大容量化。另外單片機進一步改變 CPU 的性能 ,加快指令運算的速度和提高系統(tǒng)控制的可靠性?，F(xiàn)指令速度最高者已達 100MIPS(Million Instruction Per Seconds,即兆指令每秒 ),并加強了位處理、中斷和定時控制功能。由于這類單片機有極高的指令速度 ,可以使用軟件模擬其 I/O 功能 ,由此引入了虛擬外設(shè)的新概念。隨著低價位 OTP(One Time Programble)及各種特殊類型片內(nèi)程序存儲器的發(fā)展 ,加之處圍接口不斷進入片內(nèi) ,推動了單片機 “單片 ”應(yīng)用結(jié)構(gòu)的發(fā)展。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 低功耗 CMOS 化 MCS51 系列的 8031 推出時的功耗達 630mW,而現(xiàn)在的單片機普遍都在 100mW左右 ,隨著對單片機功耗要求越來越低 ,現(xiàn)在的各個單片機制 造商基本都采用了CMOS(互補金屬氧化物半導(dǎo)體工藝 )。 CMOS 雖然功耗較低 ,但由于其物理特征決定其工作速度不夠高 ,而 CHMOS則具備了高速和低功耗的特點 ,這些特征 ,更適合于在要求低功耗 ,電池供電的應(yīng)用場合。 微型單片化 現(xiàn)在常規(guī)的單片機普遍都是將中央處理器 (CPU)、隨機存取數(shù)據(jù)存儲 (RAM)等集成在一塊單一的芯片上 ,增強型的單片機集成了如 A/D 轉(zhuǎn) 換器、 PMW(脈寬調(diào)制電路 )等都集成在單一的芯片上 ,這樣單片機包含的單元電路就更多 ,功能就越強大。 此外 ,現(xiàn)在的產(chǎn)品普遍要求體積小、重量輕 ,這就要求單片機除了功能強和功耗低外 ,還要求其體積要小。 主流與多品種共存 現(xiàn)在雖然單片機的品種繁多 ,各具特色 ,但仍以 80C51 為核心的單片機占主流 ,兼容其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的有 PHILIPS 公司的產(chǎn)品 ,ATMEL 公司的產(chǎn)品和中國臺灣的Winbond 系列單片機。而 Microchip公司的 PIC 精簡指令集 (RISC)也有著強勁的發(fā)展勢頭 ,中國臺灣的 HOLTEK 公司近年的單片機產(chǎn)量與日俱增 ,與其低價質(zhì)優(yōu)的優(yōu)勢 ,占據(jù)一定的市場分額。在一定的時期內(nèi) ,這種情形將得以延續(xù) ,將不存在某個單片機一統(tǒng)天下的壟斷局面 ,走的是依存互補 ,相輔相成、共同發(fā)展的道路。鍵盤是計算器的輸入部件，一般采用接觸式或傳感式。顯示器是計算器的輸出部件，有發(fā)光二極管顯示器或液晶顯示器等。計算器電源采用交流轉(zhuǎn)換器或電池，電池可用交流轉(zhuǎn)換器或太陽能轉(zhuǎn)換器再充電。 選題意義及現(xiàn)狀 計算器（ calculator。計算器是能進行數(shù)學(xué)運算的手持機器，擁有集成電路芯片，結(jié)構(gòu)簡單，功能較弱，但由于它使用方便、操作簡單、價格低廉，因而廣泛運用于商業(yè)交易中，也是必備的辦公用品之一。 設(shè)計概要 設(shè)計目的 通過本次畢業(yè)設(shè)計， 應(yīng)用《單片機應(yīng)用基礎(chǔ)》《計算機應(yīng)用基礎(chǔ)》等所學(xué)相關(guān)知識及查閱資料，完成簡易計算器的設(shè)計，以達到理論與實踐更好的結(jié)合、 進一步綜合運用所學(xué)知識設(shè)計的能力的目的。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 設(shè)計任務(wù) 。 PROTEL 軟件。 。 設(shè)計思路 系統(tǒng)總體模塊圖 圖 11總體模塊圖 整個系統(tǒng)由電源給 51 單片機和 LCD 液晶顯示提供電源使其工作，當(dāng)外接按鍵輸入有效數(shù)值和運算模式時，通過主控芯片實現(xiàn)整個系統(tǒng)的功能。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 第 2 章 硬件設(shè)計 鍵盤輸入模塊設(shè)計 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。這種行列式鍵盤結(jié)構(gòu)能有效地提高單片機系統(tǒng)中 I/O 口的利用率。 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(yīng)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。 對于聲音開關(guān)按鍵，由于要求隨時關(guān)閉或打開聲音提示，本設(shè)計也采用獨立按鍵產(chǎn)生下降沿輸入給單片機的外部中斷處理。具體功能按鍵設(shè)計如下圖： 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 圖 23功能按鍵設(shè) 圖中， AC 為清零按鍵、 KeyBeep 為聲音開關(guān)按鍵、 KeySqrt 為開方按鍵、KeyPow 為多次方按鍵。 圖 24電源 主控模塊設(shè)計 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 MSC51 芯片簡介 MCS51 單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu) : 圖 25單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 8051 的復(fù)位方式可以是自動復(fù)位，也可以是手 動復(fù)位。使用 Atmel 公司高密度非 易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng) 可編程 Flash，使得 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。而且 AT89S52 可編程一千多次以上，的確是一種價格低廉的開發(fā)芯片。在對其操作時，應(yīng)參考其時序圖，先把命令寫入其內(nèi)部寄存器設(shè)置它的工作方式和狀態(tài)。其程序流程圖如下圖所示： 圖 31顯示程序流程圖 其程序位于后面附錄 鍵掃程序設(shè)計 由于矩陣鍵盤采用 4行 4列的結(jié)構(gòu)，每一行每一列各對應(yīng)一個 I/O口，故程序應(yīng) 開始 初始化 設(shè)置坐標(biāo) 發(fā)送 ASII 顯示數(shù)據(jù) 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 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(yīng)行列返回一個按鍵值回主函數(shù)。其程序框圖如下圖： 圖 33清零程序流程圖 其程序如下： /***清零中斷程序 ******/ void EX0_int() interrupt 0 { if(beepflag==1) //若開聲音則每一次按鍵均鳴叫 { beep=0。 beep=1。 //顯示清屏 lcd_setxy(0,0)。039。 lcd_setxy(0,0)。N39。 ans1=0,ans2=0,ans=0,point=0。 ac=1。其程序框圖如下圖： 否 圖 34聲音開關(guān)程序流程圖 中斷 1 入口 聲音標(biāo)注位取反 聲音標(biāo)志位為 1？ 開聲音提示 返回主程序 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 其程序如下： /***聲音中斷程序 ******/ void EX1_int() interrupt 2 { beepflag=~beepflag。 delayms(100)。 } } 總體設(shè)計 整體程序包括：電子計算器 .C、 和 本系統(tǒng)采用大小循環(huán)嵌套方式的軟件設(shè)計思想，大循環(huán)則一直在運行，使計算器一直處于工作狀態(tài)，并不斷掃描按鍵，小循環(huán)用于識別數(shù)字是否輸入完，一旦檢測到輸入的是運算符，則轉(zhuǎn)換輸入數(shù)值并儲存起來，最后按下等于號以后則根據(jù)運算符計算兩個數(shù)值的大小，并通過 LCD 顯示。這類錯誤包括錯線、開路、短路等。 可靠性差：因其可靠性差的原因很多，如金屬化孔、接插件接觸不良會造成系統(tǒng)時好時壞，經(jīng)不起振動；走線和布局不合理 也會引起系統(tǒng)可靠性差。電源故障包括電壓值不符合設(shè)計要求，電源引線和插座不對，功率不足，負(fù)載能力差等。 在本次調(diào)試中出現(xiàn)的問題有： 在程序中有的函數(shù)名未定義； 在抄錄程序時，少錄入一些字符，如： ”“{”“”“；、 、等符號，而出現(xiàn)錯誤； 有一些函數(shù)名 錄入時少寫一個字母或順序顛倒； 沒有注意函數(shù)名的調(diào)用及定義； 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 芯片引腳定義出錯而導(dǎo)致沒有實驗現(xiàn)象。下面將進行多次測試，以檢驗計算器的性能指標(biāo)。另外，由連續(xù)運算、新一輪運算測試、錯誤提示測試的結(jié)果以及運算過程中的 AC 清零、聲音開關(guān)設(shè)置可見，本設(shè)計的計算器的功能基本能實現(xiàn)。