畢業(yè)論文-簡易計算器的制作教材

1、畢業(yè)設(shè)計題目 簡易計算器的制作學(xué) 院 信息工程學(xué)院專業(yè)通信工程姓名xx學(xué)號xxx指導(dǎo)教師 xxx 完成時間 2014.5.14教務(wù)處制目錄摘 要 1 Abstract 2 第一章緒論 31.1 開發(fā)背景 3.1.2 設(shè)計目的 4.第二章方案論證與設(shè)計 5.2.1 設(shè)計指標(biāo) 5.2.2 方案論證與設(shè)計 5.第三章硬件模塊介紹 8.3.1 主控及運算模塊 8.3.2 顯示模塊 1.3.3.3 輸入模塊 1.6.第四章軟件設(shè)計 1.8.4.1 主程序的設(shè)計 1.8.4.2 鍵盤掃描的程序設(shè)計 1.94.3 顯示模塊程序設(shè)計 2.14.4 運算模塊程序設(shè)計 2.3第五章仿真及調(diào)試 2.4.結(jié)束語 2.

2、5.致 謝 2.6.參考文獻 2.7.附錄一：硬件實物圖 2.8.附錄二：系統(tǒng)程序 2.9.附錄三：任務(wù)書 4.0.附錄四：開題報告 4.2.附錄五：外文原文與外文譯文 4.7基于 AT89C51 單片機的簡易計算器的設(shè)計摘要計算器在人們的日常生活中是較為常見的電子產(chǎn)品之一。 初期的計算器僅僅 能實現(xiàn)簡單的加減乘除運算， 而現(xiàn)在人們所廣泛使用的科學(xué)計算器功能已不再停 留于此， 除了加減乘除運算外， 它還能進行乘方， 開方，指數(shù)，對數(shù)，三角函數(shù)， 反三角函數(shù)等的存儲和運算。 而且計算器的種類和模式也在逐漸多樣化， 如使用 太陽能電池的計算器，使用 ASIC 制作的計算器，使用純軟件設(shè)計的計算器和

3、被 集成到手機、 平板電腦等電子產(chǎn)品中的計算器。 可以說計算器還正在發(fā)展之中而 且還將有很大的發(fā)展空間， 未來必將出現(xiàn)功能更加強大的計算器。 基于這樣的理 念，本設(shè)計以 AT89C51單片機為核心， 以軟硬件結(jié)合的方式設(shè)計了一個簡易計算 器。該計算器以 4*4 矩陣鍵盤為輸入方式， 可以進行 4 位帶符號數(shù)的加減乘除運 算，并在 LCD1602液晶顯示器上顯示操作過程。 該論文詳細(xì)介紹了整個系統(tǒng)的硬 件組成結(jié)構(gòu)、工作原理和軟件設(shè)計思想與流程。 關(guān)鍵詞： 計算器 AT89C51 LCD1602 矩陣鍵盤Simple calculator designed based onAT89C51Abstr

4、actThe calculator in Peoples Daily life is one of the most common electronic products. Early computing calculator can only implement simple addition, subtraction, multiplication, and division, but now the scientific calculator which widely used by people fsu nctions are no longer stay, operation bes

5、ides addition, subtraction, multiplication, and division, it can also power, prescribe, index, logarithmic, trigonometric function, inverse trigonometric function such as storage and computation. And the types of the calculator and pattern has also been gradually diversified, such as using solar cal

6、culator, using ASIC production calculator, using pure software design of the calculator and be integrated into mobile phones, tablets, and other electronic products in the calculator. We can say that calculators are under development and will also have very big development space, the future will app

7、ear more powerful calculators. Based on this idea, I design a simple calculator which use AT89C51 single-chip microcomputer as the core, and use the way that combine the hardware and software. The calculator use 4 * 4 matrix keyboard as input mode, it can carry out four signed several operations of

8、addition,subtraction, multiplication, and division, and it display operation process on the LCD1602 . The paper introduces in detail the system structure, working principle of the hardware and the software design idea and process.key words： calculator AT89C51 LCD1602 matrix keyboard華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計第一章 緒

9、論1.1 開發(fā)背景計算器是日常生活中比較常見的電子產(chǎn)品之一， 它已在數(shù)十年間遍布千家萬 戶。計算器( calculator ；counter )一般是指“電子計算器”，該名詞由日文 傳入中國。它是能進行數(shù)學(xué)運算的手持機器，擁有集成電路芯片，但結(jié)構(gòu)簡單， 比現(xiàn)代電腦結(jié)構(gòu)簡單得多，可以說是第一代的電子計算機(電腦) ，且功能也較 弱，但較為方便與廉價，可廣泛運用于商業(yè)交易中，是必備的辦公用品之一。除 顯示計算結(jié)果外，還常有溢出指示、錯誤指示等。對于計算器的百年歷史， 1946 年2月 15日，在美國賓夕法尼亞大學(xué)，世界上第一臺電子計算器 ENIAC正式投 入了運行。在隆重的揭幕儀式上， ENIAC

10、表演了它的“絕招”：在 1 秒鐘內(nèi)進行 5000次加法運算；在 1 秒鐘內(nèi)進行 500次乘法運算。這比當(dāng)時最快的電器計算 器的運算速度要快 1000 多倍。全場起立歡呼，歡呼科學(xué)技術(shù)進入了一個新的歷 史發(fā)展時期。電子計算器不僅是一種工具， 它與其它的工具都不相同： 電子計算器是人腦 的一個側(cè)面的延伸。 因為電子計算器不僅具有非凡的計算能力， 速度之快令人望 塵莫及，而且還能夠仿真人的某些思維功能， 按照一定的規(guī)則進行邏輯判和邏輯 推理，代替人的部分腦力勞動。 1976 年，數(shù)學(xué)家憑借電子計算器去證明四色定 理，“依靠機器完成了人沒有能夠完成的事情” ，轟動了整個國際數(shù)學(xué)界。隨著社會的發(fā)展和科學(xué)

11、技術(shù)的進步， 電子產(chǎn)品變得越來越先進， 功能變得越 來越強大， 集成化程度也變得越來越高， 其更新速度令人吃驚。 對于計算器人們 也在不斷地對它進行改進， 然而技術(shù)的進步是無止境的， 如何讓計算器技術(shù)更加 的成熟，充分利用現(xiàn)有的軟件和硬件條件， 制作出更加好用的計算器， 讓我們更 方便的使用它， 讓它更好的為我們的生活服務(wù)， 始終是當(dāng)今電子領(lǐng)域的重要研究 課題。而另一方面，近年來，單片機以其體積小、 價格廉、面向控制等諸多優(yōu)點， 在各種工業(yè)控制、儀器儀表、產(chǎn)品、設(shè)備的自動化、智能化方面獲得了極為廣泛 的應(yīng)用。與此同時， 單片機系統(tǒng)的可靠性成為人們越來越關(guān)注的重要課題。 影響 系統(tǒng)可靠性的因素是

12、多方面的， 如構(gòu)成系統(tǒng)的各種元器件本身的可靠性、 系統(tǒng)本 身各部分之間的相互耦合因素等。其中抗干擾性能是系統(tǒng)可靠性的重要指標(biāo)。本設(shè)計采用 AT89C51芯片和 LCD1602液晶顯示器，實現(xiàn)了利用單片機來設(shè)計一華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計個簡易計算器的目的。該計算器允許對四位輸入數(shù)據(jù)進行帶符號加減乘除運算， 用C語言編寫程序驅(qū)動整個系統(tǒng)的運行，便于移植和升級。如果所要設(shè)計的對象 是更為復(fù)雜的計算器系統(tǒng)， 其實際原理和實現(xiàn)方法與本設(shè)計基本相同。 本設(shè)計關(guān) 鍵在于必須非常熟悉單片機的原理與結(jié)構(gòu)， 并能熟練的運用 51C語言來編寫程序， 同時還要對整個系統(tǒng)的設(shè)計流程有很好的把握， 從而將單片機和其他模塊

13、完整的 銜接。在現(xiàn)今的日常生活中， 計算器毫無疑問是人們的最重要工具之一， 它的身影 遍布在社會的各個角落， 例如商店， 學(xué)校等等。所以設(shè)計一款簡單但卻極其實用 的計算器具有很大的實際意義， 而本文中利用單片機和 LCD1602液晶結(jié)合設(shè)計的 計算器充分利用了以上所講的單片機的諸多優(yōu)點，具有很好的實用價值。1.2 設(shè)計目的本設(shè)計旨在進一步掌握單片機理論知識， 理解嵌入式單片機系統(tǒng)的硬軟件設(shè) 計，加強對實際應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的能力。 通過本設(shè)計的學(xué)習(xí)， 使我掌握單片機程序 設(shè)計和微機接口應(yīng)用的基本方法， 并能綜合運用本科階段所學(xué)軟、 硬件知識分析 實際問題， 提高解決畢業(yè)設(shè)計實際問題的能力， 為單片機

14、應(yīng)用和開發(fā)打下良好的 基礎(chǔ)。華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計第二章 方案論證與設(shè)計2.1 設(shè)計指標(biāo)本次設(shè)計的簡易計算器的基本性能如下：1、能夠進行 4 位整數(shù)的加減乘除運算（除法的結(jié)果中可以有小數(shù)） 。2、能夠?qū)⒂嬎憬Y(jié)果輸出到 LCD1602液晶顯示屏中以便于觀察。3、能夠?qū)崿F(xiàn)清除數(shù)據(jù)的功能。4、能夠進行錯誤提示（比如當(dāng)輸入數(shù)據(jù)除數(shù)為 0 時會在 LCD1602 上顯示 error ）。2.2 方案論證與設(shè)計根據(jù)功能和以上對設(shè)計指標(biāo)的描述， 本系統(tǒng)采用 AT89C51單片機為控 制芯片， LCD1602為顯示芯片，輔以其他電路所需基本器件，完成對簡易 計算器的設(shè)計。具體的設(shè)計考慮如下：1、由于本次所要

15、設(shè)計的是一個簡易計算器， 要求能夠進行 4 位整數(shù)的加減乘除運算，功能較為簡單， 所編寫程序不會太長， 故使用 AT89C51 單片機即可滿足需求。2、由于 LCD1602液晶顯示器相比于 8 段數(shù)碼管而言，擁有更大的顯示 量，更好的顯示效果， 更全面的顯示字符類型， 因此這里選用 LCD1602 液晶顯示器作為顯示模塊。3、根據(jù)計算器的功能要求，鍵盤包括數(shù)字鍵（ 0-9 ）、符號鍵（ +、* 、）、清除鍵（ CE）和等號鍵，故需要 16個按鍵（ 4*4 鍵盤）。 系統(tǒng)模塊圖如圖 2.1 所示：華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計圖 2.1 系統(tǒng)模塊圖為了更好的實現(xiàn)系統(tǒng)的功能，硬件電路的設(shè)計應(yīng)該遵循以下原

16、則：1、優(yōu)化硬件電路采用軟件設(shè)計與硬件設(shè)計相結(jié)合的方法； 盡管采用軟件來實現(xiàn)硬件系統(tǒng)的功 能時，也許響應(yīng)時間會比單純使用硬件時長，而且還要占用微處理器 (MCU)的時 間；但是，用軟件實現(xiàn)硬件的功能可以簡化硬件結(jié)構(gòu)， 提高電路的可靠性。 所以， 在設(shè)計本系統(tǒng)得時候， 在滿足可靠性和實時性的前提下， 盡可能的通過軟件來實 現(xiàn)硬件功能。2、可靠性及抗干擾設(shè)計根據(jù)可靠性設(shè)計理論，系統(tǒng)所用芯片數(shù)量越少， 系統(tǒng)的平均無故障時間越長。 而且，所用芯片數(shù)量越少，地址和數(shù)據(jù)總線在電路板上受干擾的可能性也就越小。 因此，系統(tǒng)的設(shè)計思想是在滿足功能的情況下力爭使用較少數(shù)量的芯片。3、靈活的功能擴展功能擴展是否靈活

17、是衡量一個系統(tǒng)優(yōu)劣的重要指標(biāo)。 一次設(shè)計往往不能完全 考慮到系統(tǒng)的各個方面， 系統(tǒng)需要不斷完善以及進行功能升級。 進行功能擴展時， 應(yīng)該在原有設(shè)計的基礎(chǔ)上， 通過修改軟件程序和少量硬件完成。 對于本系統(tǒng)而言， 就是要求在系統(tǒng)硬件不變的情況下， 能夠通過修改軟件程序， 完成功能的升級和 擴展。而在軟件方面根據(jù)設(shè)計需要我們可以采用自上而下的程序設(shè)計方法， 這種方 法先從主程序開始設(shè)計，之后再編制各從屬程序和子程序，層層細(xì)化逐步求精， 最后完成一個復(fù)雜程序的設(shè)計。 這種設(shè)計方法比較符合人們的日常思維， 但是缺 點是一級的程序錯誤將會對整個程序產(chǎn)生影響。計算器的程序流程圖如圖 2.2華北水利水電大學(xué)畢

18、業(yè)設(shè)計所示：圖 2.2 程序流程圖華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計第三章 硬件模塊介紹3.1 主控及運算模塊AT89C51單片機是將微處理器 （CPU），數(shù)據(jù)存儲器 （RAM）、程序存儲器（ 4KB Flash ROM）、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（ SFR）這些一臺計算機所需要的基本功能部件集成在了一塊芯片上，它靠 程序運行， 并可以修改程序以通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能， 尤其是特殊的獨 特的一些功能，通過單片機及其程序可以實現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性！ 所以設(shè)計采用單片機作為該計算器的主控及運算模塊， 可以很好的實現(xiàn)控制和運 算功能。AT89C5

19、1單片機引腳圖如圖 3.1 ，其實際外觀圖如圖 3.2 ：圖 3.1 AT89C51 單片機引腳圖華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計圖 3.2 AT89C51 單片機實際外觀圖 其各引腳功能如下：一、電源引腳1、Vcc： 正電源腳，接 +5V電源。2、GND： 接地端。二、外接晶體引腳 外接晶體引腳圖如圖 3.3 所示：圖 3.3外接晶體管引腳1、XTAL1：片內(nèi)振蕩器反相放大器和時鐘發(fā)生器電路的輸入端。 使用片內(nèi)振蕩器時，該引腳連接外部石英晶體和微調(diào)電容。2、 XTAL2：片內(nèi)振蕩器反相放大器和時鐘發(fā)生器電路的輸出端，當(dāng)使用片內(nèi)振蕩器 時，該引腳連接外部石英晶體和微調(diào)電容。當(dāng)采用外部時鐘源時，引腳 X

20、TAL1接收外部時鐘振蕩器的信號， XTAL2懸空。內(nèi)部方式時，時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻，比如晶振為 12MHz，時鐘頻率就為 6MHz。晶振的頻率可以在 1MHz-24MHz內(nèi)選擇，而電容則取 30PF左右華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計型號同樣是 AT89C51的芯片，在其后面還會有頻率編號， 有 12,16,20,24MHz 可選，在購買和選用時需注意。 比如 AT89C512 4PC就是最高振蕩頻率 24MHz,40P 封裝的普通商用芯片。三、控制引腳1、 RST復(fù)位信號輸入端， 高電平有效。 當(dāng)單片機運行時， 在此引腳加上持續(xù)時間大 于 2 個機器周期（ 24 個時鐘振蕩周期）的高電平時，

21、就可以對單片機完成復(fù)位 操作且只要這個腳保持高電平， 51 芯片便循環(huán)復(fù)位。在單片機復(fù)位后 P0P3口 均置 1，引腳表現(xiàn)為高電平， 程序計數(shù)器和特殊功能寄存器 SFR全部清零。當(dāng) RST 腳電平由高變低時，單片機開始從 ROM的 0000H處開始運行程序。 在單片機正常工作時，此引腳應(yīng)為 =data_b)data_c=data_a-data_b; /* - S=2/ 減elsedata_c=data_b-data_a;W_lcd(5,1,-);負(fù)數(shù)符號break;case 3:data_c=(data_a*data_b);break;*/ 乘/* * S=3case4:if(data_b=0

22、)LCD_Write_String(0,1,Error!);elsedata_c=(data_a*10000)/data_b;break;/* / S=4 */除/ 溢出時顯示錯誤case 0:break;23華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計第五章 仿真及調(diào)試在本設(shè)計中使用 keil C 軟件對程序進行編譯，然后再將其編譯連接后所生 成的執(zhí)行文件放入已搭建好的 proteus 仿真圖中的 AT89C51單片機上進行仿真 其仿真圖如圖 5.1 所示：圖 5.1 簡易計算器仿真圖 首先輸入第一個數(shù)據(jù)，然后再輸入功能鍵（ +，-，*，/ ）和另一個數(shù)據(jù)，最 后按等號鍵就可以看到 LCD 顯示屏的第二行顯示出

23、相應(yīng)的結(jié)果。如上圖中輸入 “222/5=”，就在第二行顯示出結(jié)果“ 44.4000 ”，從這個結(jié)果可以看出，當(dāng)計 算結(jié)果為小數(shù)時，計算器能夠顯示小數(shù)，小數(shù)位為四位。另外，在計算除法時， 如果輸入除數(shù)為 0，可以看到 LCD的第二行顯示出“ Error 0.0000 ”的字樣。24華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計結(jié)束語在硬件的制作過程中我走了好多的彎路， 主要是在系統(tǒng)還沒有設(shè)計很有把握 就開始動手制作了。 后來發(fā)現(xiàn)與設(shè)計的要求還有偏差， 反復(fù)的改過了幾次， 浪費 了大量的時間和體力。 感受到設(shè)計人員要有耐心， 要認(rèn)真的從要求開始研究。 軟 件的編寫過程中費了很大的力氣， 因為軟件的編寫要求很高， 要很細(xì)

24、心， 一不小 心就會調(diào)用錯誤， 很深刻的體會到作為軟件編程人員是絕不能粗心大意的。 一個 程序的完成的速度和質(zhì)量高低與細(xì)心與否有著很大聯(lián)系。 編程時，我充分使用了 結(jié)構(gòu)化的思想。 這樣因為語句較少， 程序調(diào)試比較方便， 功能模塊可以逐一的調(diào) 試，充分體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)化編程的優(yōu)勢。 當(dāng)每個模塊都完成時， 將其功能加到一起就 完成了整體的設(shè)計。25華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計致謝本次畢業(yè)設(shè)計得到導(dǎo)師張帆老師的熱心指導(dǎo)， 在這里對張帆老師表示最衷心 的感謝。張帆老師平易近人， 對學(xué)生的設(shè)計進度和學(xué)習(xí)很關(guān)心。 在畢業(yè)設(shè)計的前 期，首先給我們介紹了不少有用的資料和書籍； 在硬件設(shè)計等方面給予悉心的指 導(dǎo)；在調(diào)試的

25、過程中張帆老師給每個出現(xiàn)的問題給予及時的指導(dǎo)。 在寫畢業(yè)設(shè)計 論文的階段，張帆老師讓我們提前給他評審， 不論內(nèi)容字體， 還是格式上的問題 都一一指出。待人平和、工作認(rèn)真、治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)他的給我留下很深刻的印象。更重 要的是，他善于與學(xué)生溝通， 不僅在畢業(yè)設(shè)計上給我及時的指導(dǎo)， 更為我大學(xué)最 后階段的學(xué)習(xí)提出了許多寶貴的意見。 這一切都在潛移默化地影響著我， 為我以 后進入工作崗位樹立了良好的榜樣。最后向所有幫助和關(guān)心過我的人表示衷心感謝！26華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計參考文獻1 張毅剛 彭喜元 . 單片機原理與應(yīng)用設(shè)計 M. 北京：電子工業(yè)出版社2 張義和 王敏男 許宏昌等. 例說51單片機（第 3版

26、）M. 北京：人民郵電 出版3 恰汗合孜爾 . C 語言程序設(shè)計（第三版） M. 北京：中國鐵道出版社， 2010年第三版4 陳雷. C51 單片機應(yīng)用實訓(xùn) M. 北京：中國電力出版社 ,2011 年第一版5 張欣 孫宏昌 尹霞 . 單片機原理與 C51程序設(shè)計基礎(chǔ)教程 M. 北京：清華 大學(xué)出版社， 2010 年第一版6 王巧芝 鄭鋒 劉瑞國等 . 51 單片機開發(fā)應(yīng)用從入門到精通 M. 北京：中國 鐵道出版社7 張靖武 周靈杉.單片機系統(tǒng)的 PROTEU設(shè)S計與仿真M. 北京：北京電子工業(yè) 出版社8 靳達(dá) 求是科技. 單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)實例導(dǎo)航 M. ：人民郵電出版社 ,20069 劉守義 . 單片機應(yīng)用技術(shù) M. ：西安電子科技大學(xué)出版社 ,200110 林志琦.基于PROTEU的S單片機可視化軟硬件仿真 M. 北京：北京航空航天 大學(xué)出版社 ,200611 胡漢才.單片機原理及接口技術(shù) . 清華大學(xué)出版社 ,199612 徐江海 .單片機實用教程 M. 北京：機械工業(yè)出版社， 2007.13 肖洪兵 . 跟我學(xué)用單片機 . 北京：北京航空航天大學(xué)出版社 ,