簡易計算器系統(tǒng)設計

1、目錄TOC o 1-5 h z課程設計任務書I摘要1關鍵詞1引言21課程設計用的儀器和器件3單片機的選擇方案和論證3顯示器的選擇方案和論證3按鍵部分的選擇方案和論證32課程設計方法和內(nèi)容33元件介紹43.1STC89C51單片機特點及引腳圖4LCD1602液晶顯示器53.2.1LCD1602基本組成53.2.2LCD1602基本參數(shù)及引腳功能63.2.3LCD1602指令說明及時序64系統(tǒng)概述74.1系統(tǒng)設計結(jié)構圖7簡易計算器工作流程75系統(tǒng)硬件設計75.1時鐘電路85.2復位電路85.3鍵盤電路95.4顯示電路96程序流程圖107.課程設計總結(jié)11參考文獻12附錄13簡易計算機系統(tǒng)設計 簡易

2、計算器系統(tǒng)設計摘要：本文主要介紹了簡易計算器系統(tǒng)設計，用51單片機作為主控芯片，通過矩陣鍵盤作為輸入，計算器可以進行2位數(shù)的四則運算。在設計過程中，選擇STC89C51系列單片機，單片機通過采集鍵盤上的輸入，自行判斷運算數(shù)字和運算法則。同時將輸入的結(jié)果和運算結(jié)果通過1602顯示屏輸出。簡易計算器的設計，極大的降低了人們的計算量，尤其在大數(shù)據(jù)的計算上有明顯的優(yōu)勢，計算器還具有連續(xù)計算功能，能提高人們的工作效率。關鍵詞：單片機；矩陣鍵盤；1602顯示；TheDesignOfSimpleCalculatorSystemAbstract：Thispapermainlyintroducesthedesi

3、gnofsimplecalculatorsystem,thesystemchoosesthe51singlechipmicrocomputerasmaincontrolchipandusesthematrixkeyboardasinput,thecalculatorcancomputein2digits.ThedesignprocesschoosesSTC89C51microcontrollerseriesandthesingle-chipmicrocomputerjudgecrunchingNumbersandalgorithmsautomaticallythroughacquisition

4、onthekeyboardinput,.Atthesametime1602displaycanoutputtheinputresultsandcomputationresults.Thedesignofsimplecalculatorgreatlyreducestheburdenofthehumanscomputingespeciallyinthebigdatacomputionandthecalculatorcanalsocomputecontinuouslyinthatenhancepeoplesworkingefficiency.Keywords:singlechip；matrixkey

5、board；1602display；引言當今時代，是一個新技術層出不窮的時代。在電子領域，尤其是自動化智能控制領域，傳統(tǒng)的分立元件或數(shù)字邏輯電路構成的控制系統(tǒng)正以前所未見的速度被單片機智能控制系統(tǒng)所取代。單片機具有體積小、功能強、成本低、應用面廣等優(yōu)點，可以說，智能控制與自動控制的核心就是單片機。目前，一個學習與應用單片機的高潮正在工廠、學校及企事業(yè)單位大規(guī)模地興起。過去習慣于傳統(tǒng)電子領域的工程師、技術員正面臨著全新的挑戰(zhàn)，如不能在較短時間內(nèi)學會單片機，勢必會被時代所遺棄，只有勇敢地面對現(xiàn)實，挑戰(zhàn)自我，加強學習，爭取在較短的時間內(nèi)將單片機技術融會貫通，才能跟上時代的步伐。它所給人帶來的方便也是

6、不可否定的，它在一塊芯片內(nèi)集成了計算機的各種功能部件，構成一種單片式的微型計算機。20世紀80年代以來，國際上單片機的發(fā)展迅速，其產(chǎn)品之多令人目不暇接，單片機應用不斷深入，新技術層出不窮。20世紀末，電子技術獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個領域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。本次做的計算器是以單片機STC89C51為核心結(jié)合相關的元器件LCD1602液晶、矩陣鍵盤等再配以相關的程序達到制作計算器的目的電子計算器是日常生活中常用的電子計算儀器廣泛應用于超市、大中型商場、大小企業(yè)。

7、電子計算器具有精度高、體積小、應用范圍廣、易于操作使用等優(yōu)點。目前科技的進步告別了以前復雜的模擬電路一塊幾平方厘米的單片機可以省去很多繁瑣的電路?，F(xiàn)在應用較廣泛的是科學計算器與我們?nèi)粘Ｋ玫暮唵斡嬎闫饔休^大差別除了能進行加減乘除科學計算器還可以進行正數(shù)的四則運算和乘方、開方運算具有指數(shù)、對數(shù)、三角函數(shù)、反三角函數(shù)及存儲等計算功能。未來的智能化計算器將是我們的發(fā)展方向,所以對計算器的研究十分有意義。綜述國內(nèi)外有關本課題的研究進展狀況。隨著社會的不斷發(fā)展科技的不斷創(chuàng)新。計算器已在數(shù)十年間遍布千家萬戶。計算器擁有幾百年歷史，1946年2月15日在美國賓夕法尼亞大學世界上第一臺電子計算器ENIAC正式

8、投入了運行。數(shù)學家把“智慧”給了電子計算器，電子計算器將使數(shù)學家變得更加聰明。而且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)學界。計算器的未來是小型化和輕便化,現(xiàn)在市面上出現(xiàn)的使用太陽能電池的計算器,使用ASCII碼設計的計算器,如使用純軟件實現(xiàn)的計算器等未來的智能化計算器將是我們的發(fā)展方向更希望成為應用廣泛的計算

9、工具。課程設計用的儀器和器件1.1單片機的選擇方案與論證方案一：采用STC89C51單片機。STC89C51單片機是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器，而且價格優(yōu)惠。STC89C51使用高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C51單片機為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。方案二：采用STC12C5A60S2系列單片機。STC12C5A60S2系列單片機是高速、低功耗、超強抗

10、干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容8051，但速度快812倍。內(nèi)部集成MAX810專用復用電路，2路PWM，8路10位高速A/D轉(zhuǎn)換（80K/S），針對電機控制，強干擾場合。STC12C5A60S2系列單片機適合程序大，儲存器容量大使用，但價格較昂貴。由于STC89C51價格實惠，又可實現(xiàn)系統(tǒng)需要，因此采用方案一。顯示器的選擇方案和論證方案一：使用8位LED數(shù)碼管來做顯示。LED顯示器是由發(fā)光二極管顯示字段組成的顯示器件，在單片機應用系統(tǒng)中通常使用的是七段LED,這種顯示器有共陰極和共陽極兩種，它具有成本低廉、配置靈活和單片機接口方便等特點。方案二：使用LCD1602液晶顯示器來顯示

11、。液晶是介于固態(tài)和液態(tài)間的有機化合物，將其加熱會變成透明液態(tài)，冷卻后變成結(jié)晶的混作固態(tài)。在電極的作用下，產(chǎn)生冷熱變化，從而影響它的透光性，來達到顯示的目的。LCD1602液晶顯示器還具有以下幾個優(yōu)點：低壓、微功耗、顯示信息量大、長壽命、無輻射、無污染?？紤]到是否能清晰地實現(xiàn)本系統(tǒng)的要求，我們決定采用方案二實現(xiàn)本系統(tǒng)的顯示功能。按鍵部分的選擇方案和論證方案一：使用獨立式鍵盤。對于獨立式鍵盤來說，當某個按鍵按下時，對應的單片機I/O口線為低電平，反之為高電平，但會占用大量的I/O口。方案二：使用矩陣式鍵盤。矩陣式鍵盤不會占用很多的I/O口，是一種比較節(jié)省資源的方法。為了能減少所占用的I/O口，我們

12、采用方案二。課程設計方法和內(nèi)容設計一個可以進行2位數(shù)四則運算的計算器，要求：1、用按鍵輸入數(shù)和運算符號；2、用LED顯示運算過程和結(jié)果（十進制數(shù)）；3、可以表示出當前的運算類型；4、具有清零和復位功能；5、具有連續(xù)運算功能。元件介紹3.1STC89C51單片機特點及引腳圖STC89C51是一種低功耗、高性能CM0S8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。STC89C51使用高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上,STC89C51擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使STC

13、89C51為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。STC89C51具有以下標準功能：與MCS51兼容；8K支持在線編程(ISP)的FLASH結(jié)構程序存儲器，1000次擦寫壽命；工作電壓為4.0V5.5V；全靜態(tài)工作：024MHz；3級程序安全加密保護；256*8位內(nèi)部RAM；32個可編程I/O端口；3個16位定時器/計數(shù)器；8個中斷源；一個全雙工異步串口；支持低功耗及掉電模式；高抗靜電(ESD保護)；寬溫度范圍，-4085;典型功耗低0.1ua;掉電模式可由外部中斷喚醒支持中斷從掉電模式喚醒；內(nèi)置看門狗；雙數(shù)據(jù)指針；工業(yè)級產(chǎn)品，溫度范圍(-40C到85C)，PU為無鉛環(huán)保產(chǎn)品。另

14、外，STC89C51可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。其PDIP圖如下圖3-1所示：1評:=9P1.0(ADO)PO.OP1.1(ADl)PO.lP1.2(AD2)P0.2P1.3(AD3)P0.3P1.4(AD4)P0.4P1.5(AD5)P0JP1.&(AD6JP0.6P1.7(AD7JP0.7P3.3(TOT1)(A8)P2.0P3.2(INT0)(A9)P2.1P3.5(T1)(A10)P2.2(

15、A11)P2.3P3.4(TQ)(A12JP2.4EAXTAL1XTAL2RST(A15)P2.7VCCGND(RXD)P3.0(TXD)P3.1P3.7CRD)ALE/PROGP3.6(WR)PSEN19STC89C5110圖3-1單片機示意圖5?j340203.2LCD1602液晶顯示器3.2.1LCD1602基本組成LCD1602液晶顯示器用5*7點陣圖形來顯示西文字符，有阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用符號等。單片機通過寫控制方式訪問驅(qū)動控制器來實現(xiàn)對顯示屏的控制。LCD主要由3個部分組成：LCD控制器、LCD驅(qū)動器、LCD顯示裝置。如圖3-2所示。VSSVDDVLRSR/WEDB0

16、DB7圖3-2LCD示意圖3.2.2LCD1602基本參數(shù)及引腳功能LCD1602分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為HD44780。1、主要技術參數(shù)顯示容量：16x2個字符芯片工作電壓：4.55.5V工作電流：2.0mA(5.0V)模塊最佳工作電壓：5.0V字符尺寸：2.95x4.35(WxH)mm在對液晶模塊的初始化中要先設置其顯示模式，在液晶模塊顯示字符時光標是自動右移的，無需人工干預。每次輸入指令前都要判斷液晶模塊是否處于忙的狀態(tài)。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器(CGROM)已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假

17、名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B(41H),顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。2、引腳功能說明LCD1602采用標準的16腳(帶背光)接口，各引腳接口說明如表3-1所示。表3-1LCD1602引腳功能說明引腳編號名稱功能操作1VSS電源接地0V2VDD11U丿J1*11電源正極+5V3VEELCD亮度調(diào)整電壓輸入電壓越低屏幕越亮4RS寄存器選擇信號1=選擇數(shù)據(jù)寄存器0一選擇指令寄存器5R/W讀/寫信號1=讀取0-寫入6ELCD響應信號1=響應LCD0-禁用LCD710DB0DB3低4位總線可用4位輸入數(shù)

18、據(jù)、命令及地址1114DB4DB7高4位總線配合DB0DB3的8位輸入數(shù)據(jù)命令及地址15LED+背光源正極+5V16LED1J丿匕0丿111.背光源負極0V3.23LCD1602的指令說明及時序1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如表3-2所示表3-2控制命令表序號指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示0000000001=2=光標返回000000001*=3=置輸入模式00000001I/DS4顯示開/關控制0000001DCB=5=光標或字符移位000001S/CR/L*置功能00001DLNF*7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址口置數(shù)據(jù)存貯器地址

19、001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標志或地址01BF計數(shù)器地址10寫數(shù)到CGRAM或DDRAM)10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從CGRAM或DDRAM】讀數(shù)1讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容4系統(tǒng)概述4.1系統(tǒng)設計結(jié)構圖簡易計算器主要由STC89C51主控制器、鍵盤電路、顯示電路等部分組成。其中鍵盤電路用于數(shù)字法號的輸入，進行加減乘除運算。簡易計算器的系統(tǒng)設計結(jié)構圖如4-1所示。圖4-1系統(tǒng)結(jié)構圖4.2簡易計算器工作流程1、上電后，屏幕初始化，顯示W(wǎng)elcomecommentsofteachers。2、5S后清屏，開始進入計算。3、計算。按下09中的數(shù)字鍵，屏幕顯示要運算的第一個數(shù)值，再按下“+-*/”中一個符號鍵，然后再

20、按下數(shù)字鍵，屏幕顯示要運算的第二個數(shù)值，最后按下“=”鍵,屏幕顯示計算結(jié)果。4、再次計算時，先按下清除鍵“0N/C”，清除屏幕上的計算結(jié)果，再重新計算。5系統(tǒng)硬件設計簡易計算器電路由單片機最小系統(tǒng)、時鐘電路、4*4矩陣式鍵盤、LCD1602液晶顯示器等組成。其原理圖如圖5-1所示。RnIK.MITI囂嗟k親mi.J嗎r-.#4F-JpjHPJMMW.jckKTJULLKTJL2棗丨rt-r-rJd-陸MMM就FiKKrr排阻|vcc匸:-、電源輸止PLITjEi：PL3TOOPL*CTMJPL1PIPLCDti悶4AJlT：.lA?H.JAMM.-i-JUI.K.4A3：K.5A3?措阻aTI

21、ML電瀝指示燈yUMi0;x-)for(y=110;y0;y-);chari,j,temp,num;longa,b,c;a,第一個數(shù)b,第二個數(shù)c,得數(shù)ucharflag,fuhao;/flag表示是否有符號鍵按下，fuhao表征按下的是哪個符號ucharcodetable=7,8,9,0,4,5,6,0,1,2,3,0,0,0,0,0;ucharcodetable1=7,8,9,0 x2f-0 x30,4,5,6,0 x2a-0 x30,1,2,3,0 x2d-0 x30,0 x01-0 x30,0,0 x3d-0 x30,0 x2b-0 x30;/按鍵顯示編碼表sbitlcden=P3A6

22、;sbitlcdwrite=P3A5;sbitlcdrs=P3A4;/lcd的寫指令voidwrite_com(ucharcom)lcdrs=0;lcden=0;P0=com;delay(1);lcden=1;delay(1);lcden=0;/lcd的寫數(shù)據(jù)voidwrite_date(ucharda)lcdrs=1;lcden=0;P0=da;delay(1);lcden=1;delay(1);lcden=0;/初始化voidinit()/初始化ucharnum;num=-1;lcdwrite=0;lcden=0;write_com(0 x38);write_com(0 x0c);write_com