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1、摘 要近几年单片机技术的发展很快，其中电子产品的更新速度迅猛。计算器是日常生活中比较的常见的电子产品之一。如何才能使计算器技术更加的成熟，充分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AT89S52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。科技的进步告别了以前复杂的模拟电路，一块几厘米平方的单片机可以省去很多繁琐的电路。现在应用较广泛的是科学计算器，与我们日常所用的简单计算器有较大差别，除了能进行加减乘除，科学计算器还可以进行正数的四则运算和乘方、开方运算，具有指数、对数、三角函数、反三
2、角函数及存储等计算功能。计算器的未来是小型化和轻便化,现在市面上出现的使用太阳能电池的计算器,使用ASIC设计的计算器,如使用纯软件实现的计算器等，未来的智能化计算器将是我们的发展方向，更希望成为应用广泛的计算工具。关键词：计算器；LCD1602；89c51单片机目录摘 要I第一章 设计要求与方案论证11.1 设计要求：11.2 系统基本方案选择和论证11.2.1 单片机芯片的选择方案和论证11.2.2 显示模块选择方案和论证11.3 电路设计最终方案决定1第二章 系统的硬件设计与实现22.1 电路设计流程图22.2 系统硬件概述22.3 主要单元电路的设计32.3.1 单片机主控制模块的设计
3、32.3.2 显示模块的设计32.3.3 按键模块的设计6第三章 系统的软件设计83.1主程序：8第四章 指标测试154.1 测试仪器154.2 硬件测试154.3 软件测试154.4 测试结果分析与结论154.4.1 测试结果分析154.4.2 测试结论16作品总结17参考文献18附录一 系统电路图19附录二 Proteus仿真图20附录三 系统原理图21附录四 实物图22附录五 系统程序2328 第一章 设计要求与方案论证1.1 设计要求：1. 显示上，相加结果显示要考虑进位的输出显示；输入加数和被加数（减数和被减数、乘数和被乘数、除数和被除数）时，显示器上显示的数字要像平时用的计算器输入
4、一样。2. 注意对“0”-“9”、“+”、“-”、“*”、“/”、“=”以外按键输入的处理。1.2 系统基本方案选择和论证1.2.1 单片机芯片的选择方案和论证采用STC89C51芯片作为硬件核心，采用Flash ROM，内部具有4KB ROM 存储空间,能于3V的超低压工作,而且与MCS-51系列单片机完全兼容,但是运用于拔插会对芯片造成一定的损坏。片内ROM全都采用Flash ROM；能以3V的超底压工作；同时也与MCS-51系列单片机完全该芯片内部存储器为8KB ROM 存储空间，同样具有STC89C51的功能，且具有在线编程可擦除技术，对所下载的程序能够加密，比较安全。当在对电路进行调
5、试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，不需要对芯片多次拔插，所以不会对芯片造成损坏。所以选择采用STC89C51作为主控制系统。1.2.2 显示模块选择方案和论证采用LCD液晶显示屏,液晶显示屏的显示功能强大,可显示大量文字,图形,显示多样,清晰可见,与普通数码管相比功耗较小，硬件连接简单。所以显示部分采用1602液晶显示。1.3 电路设计最终方案决定综上各方案所述，对此次作品的方案选定：采用STC89C51作为主控制系统；LCD1602液晶作为显示第二章 系统的硬件设计与实现2.1 电路设计流程图图2-1电路设计流程图2.2 系统硬件概述本电路是由STC89C51单片机为
6、控制核心，具有在线编程功能，低功耗，能在3V超低压工作；采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据；显示部分由1602构成。其实排阻就是由8个电阻组成的，其中一端全部接在一起，103为8个10K电阻，102为8个1K电阻，他们在电路中起到“上拉”的作用，又称上拉电阻。上拉就是将不确定的信号通过一个电阻嵌位在高电平,电阻同时起限流作用,下拉同理.上拉是对器件注入电流，下拉是输出电流,弱强只是上拉电阻的阻值不同，没有什么严格区分,对于非集电极（或漏极）开路输出型电路（如普通门电路）提升电流和电压的能力是有限的，上拉电阻的功能主要是为集电极开路输出型电路
7、输出电流通道。2.3 主要单元电路的设计2.3.1 单片机主控制模块的设计STC89C51单片机为40引脚双列直插芯片,有四个I/O口P0,P1,P2,P3, MCS-51单片机共有4个8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），每一条I/O线都能独立地作输出或输入。单片机的最小系统如图2-2所示,18引脚和19引脚接时钟电路,XTAL1接外部晶振和微调电容的一端,在片内它是振荡器倒相放大器的输入,XTAL2接外部晶振和微调电容的另一端,在片内它是振荡器倒相放大器的输出.第9引脚为复位输入端,接上电容,电阻及开关后够上电复位电路, 如图2-2图2-2主控制系统2.3.2 显示模块的设计1. 16
8、02介绍字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块。下面以长沙太阳人电子有限公司的1602字符型液晶显示器为例，介绍其用法。一般1602字符型液晶显示器实物如图2-3：图2-3 1602字符型液晶显示器实物图2. 1602LCD的基本参数及引脚功能1602LCD分为背光和不带背光两种，基控制大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别，引脚功能说明1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表2-1所示：表2-1引脚接口说明表编号符号引脚说明编号符
9、号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄器。第5脚：R/W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R/W共同为
10、低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。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：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。1602LCD的一般初始化（复位）过程延时15mS写指令38H（不检测忙信号）延时5mS写指令38H（不检测忙信号）延时5mS写指令38H（不检测忙信号）以后每次写指令、读/写数据操作均需要检测忙信号写指令38H：显示模式设置写指令08H：显示关闭写指令01H：显示清屏写指令06H：显示光标移动设置写指令0CH：显示开及光标设
11、置3. LCD1602液晶原理 如图2-4所示：图2-4 LCD液晶原理图2.3.3 按键模块的设计根据设计要求需要选择四个独立按键分别为选择、加、减、确定，按键模块如图2-5所示：图2-5按键模块设计2.3.4 上拉电阻内容 1、当TTL电路驱动COMS电路时，如果TTL电路输出的高电平低于COMS电路的最低高电平（一般为3.5V），这时就需要在TTL的输出端接上拉电阻，以提高输出高电平的值。 2、OC门电路必须加上拉电阻，才能使用。 3、为加大输出引脚的驱动能力，有的单片机管脚上也常使用上拉电阻。 4、在COMS芯片上，为了防止静电造成损坏，不用的管脚不能悬空，一般接上拉电阻产生降低输入阻
12、抗，提供泄荷通路。 5、芯片的管脚加上拉电阻来提高输出电平，从而提高芯片输入信号的噪声容限增强抗干扰能力。 6、提高总线的抗电磁干扰能力。管脚悬空就比较容易接受外界的电磁干扰。 7、长线传输中电阻不匹配容易引起反射波干扰，加上下拉电阻是电阻匹配，有效的抑制反射波干扰。图2-6 上拉电阻原理图2.3.5自锁开关应用图2-7 自锁开关硬件图图2-8 自锁开关原理图第三章 系统的软件设计3.1主程序：#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned char/-LCD1602-/P10-17= D0-7sbit rs=P30; /指令or
13、数据sbit wela=P31; /读or写sbit lcden=P32; /使能信号/-LCD1602-/-KEY-/P2口/-KEY-uchar code table= ;long int data_a,data_b; /第一个数和第二个数long int data_c;/计算结果uchar dispaly10; /显示缓冲/*/ 描述: 延时t us函数/*/void LCD_Delay_us(unsigned int t)while(t-); /t=0,退出/*/ 描述: 延时t ms函数/*/void LCD_Delay_ms(unsigned int t)unsigned int
14、i,j;for(i=0;it;i+) /执行t次循环for(j=0;j999)write_date(0+dispaly3); /显示千位if(data_a99)write_date(0+dispaly2); /显示百位if(data_a9)write_date(0+dispaly1); /显示十位 write_date(0+dispaly0); /显示个位void display_b() /显示数据bwrite_com(0x80+7); /第一行dispaly3=data_b%10000/1000; /千dispaly2=data_b%1000/100; /百dispaly1=data_b%1
15、00/10; /十dispaly0=data_b%10; /个 if(data_b999)write_date(0+dispaly3); /显示千位 if(data_b99) write_date(0+dispaly2); /显示百位 if(data_b9) write_date(0+dispaly1); /显示十位 write_date(0+dispaly0); /显示个位/计算结果void display_c(x)if(data_c-1)/溢出时显示错误dispaly8=data_c%1000000000/100000000; /万万dispaly7=data_c%100000000/10
16、000000; /千万dispaly6=data_c%10000000/1000000; /百万dispaly5=data_c%1000000/100000; /十万dispaly4=data_c%100000/10000; /万dispaly3=data_c%10000/1000; /千dispaly2=data_c%1000/100; /百dispaly1=data_c%100/10; /十dispaly0=data_c%10; /个 write_com(0x80+6+0x40); /第一行if(x=4) if(data_c99999999)write_date(0+dispaly8);
17、/显示万万if(data_c9999999)write_date(0+dispaly7); /千万if(data_c999999)write_date(0+dispaly6); /百万if(data_c99999)write_date(0+dispaly5); /十万write_date(0+dispaly4); /万write_date(.);write_date(0+dispaly3); /千write_date(0+dispaly2); /百write_date(0+dispaly1); /十write_date(0+dispaly0); /个 elseif(data_c99999999
18、)write_date(0+dispaly8); /显示万万if(data_c9999999)write_date(0+dispaly7); /千万if(data_c999999)write_date(0+dispaly6); /百万if(data_c99999)write_date(0+dispaly5); /十万if(data_c9999)write_date(0+dispaly4); /万if(data_c999)write_date(0+dispaly3); /千if(data_c99)write_date(0+dispaly2); /百if(data_c9)write_date(0+
19、dispaly1); /十write_date(0+dispaly0); /个 else /溢出时显示错误write_com(0x80+11+0x40); /第一行write_date(E); /显示 E write_date(r); /显示Rwrite_date(r); /显示Rwrite_date(o); /显示Owrite_date(r); /显示Evoid eql(uchar x)/加减乘除运算switch(x)/*功能键选择*/ case 1:data_c=data_a+data_b;break; /加 /* + S=1 */ /* 数值转换函数 */case 2:if(data_a
20、=data_b)data_c=data_a-data_b; /* - S=2 */减 elsedata_c=data_b-data_a;W_lcd(5,1,-); /负数符号 break; case 3:data_c=(data_a*data_b);break; /* * S=3 */乘case 4:if(data_b=0)LCD_Write_String(0,1,Error !);elsedata_c=(data_a*10000)/data_b;break; /* / S=4 */除/溢出时显示错误case 0:break; void main()uchar key=0xff; /键值初始化
21、uchar n=0; /第1个数可以按1-4次uchar m=5; /第2个数可以按1-4次uchar x=0; data_a=0; /前一个数data_b=0; /后一个数data_c=0; /结果 init_lcd(); /1602液晶初始化display_a(); while(1) key=keycheckdown();/*动态扫描键盘，返回按键对应值，赋给j key=0到f */if(0xff!=key)/*若返回值有效，进入内部处理程序*/ if(key10) if(n4)data_a=data_a*10+key;m=5;display_a();n+; /首先输入第一个数 if(m4
22、)data_b=data_b*10+key;n=5;display_b();m+; /必须按了+-*/才能输入第二个数 else switch(key)/*功能键选择*/case 0xa:n=5;m=0;x=1;W_lcd(5,0,+);break; /加 /* + S=1 */ /* 数值转换函数 */case 0xb:n=5;m=0;x=2;W_lcd(5,0,-);break; /* - S=2 */减case 0xc:n=5;m=0;x=3;W_lcd(5,0,*);break; /* * S=3 */乘case 0xd:n=5;m=0;x=4;W_lcd(5,0,/);break;
23、/* / S=4 */除case 0xe:n=5;m=5;eql(x);W_lcd(12,0,=);display_c(x);break; /* = */case 0xf:n=0;x=0;m=5; data_a=0;data_b=0;data_c=0;LCD_Write_String(0,0,table);LCD_Write_String(0,1,table);W_lcd(0,0,0);break; /* C*/ doP2=0xf0;while(P2!=0xf0);/*等待按键松开*/ /(0xff!=key) /while/main“那破玩 第四章 指标测试4.1 测试仪器测试如表4-1 所
24、示：表4-1 测试仪器序号名称型号1PC机2单片机仿真软件Proteus、keil C3数字万用表DT9205B4ISP在线下载线4.2 硬件测试走锡法焊接的电路，焊接不可轻视，只要出于一处的错误，则会对检测造成很大的不便，对于各种锋利的引脚要注意处理，否则会刺被带有包皮的导线，则会对电路造成短路现象。在可调电子日历的设计调试中遇到了很多的问题。回想这些问题只要认真多思考都是可以避免的，以下为主要的问题：（1）单片机晶振不起振。（2）对可调的元器件，要先调整好所有的数值，以及焊接的正负极的注意解决：根据仪器的测试，发现电路引脚有接错的现象，重新焊接后晶振，复位正常，程序能够下载。(3)虚焊问题
25、.。4.3 软件测试先用开发板进行程序测试（开发板上附带液晶显示器1602），键盘各个按键按下后，显示器作出相应显示，无法做出显示时，检查程序错误，修改后，程序运行正常4.4 测试结果分析与结论4.4.1 测试结果分析（1）在测试中遇到单片机晶振不起振,首先使用试测仪对电路进行测试,观察是否存在漏焊,虚焊,或者元件损坏.（2）LCD1602液晶不显示时间和日期，首先使用试测仪对电路进行测试,观察电路是否存在短路现象。然后查看程序是否正确无误，对程序进行认真修改。4.4.2 测试结论经过多次的反复测试与分析，可以对电路的原理及功能更加熟悉，同时提高了设计能力与及对电路的分析能力，同时在软件的编程
26、方面得到更多的提高，对编程能力得到加强，同时对所学的知识得到很大的提高与巩固。作品总结1956年，美国贝尔实验室用进晶体管代替真空管，制成了世界上第一台全晶体管计算器，它使计算器的体积、重量、耗能量都大为减少，但计算能力较差。现在，除了日本、美国以外，欧亚的多功能计算机发展也很迅速。国外电子计算器正向着智能化、高精度、小体积方向发展，所以用单片机实现多功能计算器的设计是很具有推广性的。近年来，国内电子计算机发展也比较迅速，不少厂家推出了与卡西欧科学计算器功能类似的产品，如深圳金泰福的XX产品；广州罗纳多计算器等，一定程度上实现了计算器芯片的国产化，但价格高，扩展功能不足。充分表明，我国的多功能
27、计算器发展中还存在问题，具有很大的发展空间。现在市场计算器类型多样化，功能越趋多功能化。单片机能方便的实现计算器的设计，单片机也越来越多的应用于计算器的设计中。计算器是日常工作和学习生活中的常用工具，人们利用它代替了许多复杂计算，包括加减乘除和其他运算。尤其是小型计算器，它携带方便，在生活中用起来方便快捷，成为了财政、学习、生意上都青睐的必需品。它的需求广泛，在计算器的发展上存在很大的空间和市场意义。单片机在我国的各行各业得到了广泛使用，单片机的出现是计算机制造技术高速发展的产物，它是嵌入式控制系统的核心。如今，它已经广泛应用到我们生活中的各个领域，如：电子、科技、通信、汽车、工业等。一般只需
28、几块钱，有着经济廉价的优势，用单片机可以很方便的实现计算器的设计。 参考文献1:郭天祥，新概念51-单片机C语言教程，电子工业出版社，20092：于枫，李继强微型计算机51-原理及应用技术3：余家春. Protel99SE 电路设计使用教程M.北京:中国铁道出版社, 20014：江宏,李良玉. Protel 电路设计与应用M.北京:机械工业出版社, 20025：朱善军等.单片机接口技术与应用.北京.清华大学出版社，20056：胡学海.单片机原理及应用系统设计.北京.京电子工业出版社，20057：王金明. 数字系统设计M. 北京:电子工业出版社, 20098：谭浩强.C程序设计（第三版）.北京.清华大学出版社，2005附录一Proteus仿真图附录二 元件清单附录三 系统原理图附录四 实物图附录五 系统程序源程序如下：#includer