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1、基于51单片机的计算器的设计与研究王琨湖北工业大学，湖北，430068摘要: 当今社会，随着人们物质生活的不断提高，电子产品已经走进了家家户户，无论是生活还是学习，还是娱乐和消遣几乎样样都离不开电子产品，大型复杂的计算能力是人脑所不能胜任的，而且比较容易出错。计算器作为一种快速通用的计算工具方便了用户的使用计算器可谓是我们最亲密的电子伙伴之一。设计计算器着重在于分析计算器软件的可开发过程中的环节和步骤，并从时间经验出发对计算器设计做了详细的分析和研究。单片机由于其微小的体积和极低的成本，广泛的应用于家电、工业控制等领域中。在工业生产中，单片微型计算机是微型计算机的一个重要的分支，也是颇具生命力
2、的机种。单片微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称微控制器。简易计算器是一种非常广泛日常工具，对现代社会越来越流行。它可以进行一些简易的计算。一般计算器是以AT89C51单片机为核心的简易计算器设计，输入采用4*4矩阵键盘，可以进行加、减、乘、除带符号数字运算（八位整数），并在液晶显示屏上静态显示操作的过程及结果。软件用C语言编程、Keil uVision2和protues仿真。关键词：单片机；计算器；液晶显示屏；矩阵键盘Abstract：In todays society, with the continuous improvement of peoples material li
3、fe, electronic products has entered every household, whether it is life or learning or entertainment, and almost everything is inseparable from the electronic products, large and complicated calculation ability is human are not competent, and than the most error prone. As a quick and versatile tool
4、for computing, the calculator is one of our most intimate partners. Design calculator focuses on the analysis of the process of the development of the calculator software in the process of links and steps, and from time to time experience in the design of the calculator to do a detailed analysis and
5、 research. SCM because of its small size and very low cost, widely used in home appliances, industrial control and other fields. In industrial production, the single chip micro computer is an important branch of micro computer, and also quite viable models. Single chip microcomputer for short, espec
6、ially for the control field, it is also known as micro controller.Simple calculator is a very wide range of everyday tools, increasingly popular in modern society. It can make some simple calculations. The calculator is based on the AT89C51 single-chip microcomputer as the core of a simple calculato
7、r design, using 4*4matrix keyboard input, you can add, subtract, multiplication, except the symbol digit operation ( eight integers ), and static display operation process and result in the screen LCD. The Software programming use C language, Keil uVision2 and protues simulation.Key words: single ch
8、ip microcomputer; calculator; LCD screen; keyboard matrix0 引言计算工具最早诞生于中国，中国古代最早采用的一种计算工具叫筹策，也被叫做算筹。这种算筹多用竹子制成，也有用木头，兽骨充当材料的，约二百七十枚一束，放在布袋里可随身携带。另外直到今天仍在使用的珠算盘，是中国古代计算工具领域中的另一项发明，明代时的珠算盘已经与现代的珠算盘几乎相同。17世纪初，西方国家的计算工具有了较大的发展，英国数学家纳皮尔发明的“纳皮尔算筹”，英国牧师奥却德发明了圆柱型对数计算尺，这种计算尺不仅能做加、减、乘、除、乘方和开方运算，甚至可以计算三角函数、指数函数
9、和对数函数。这些计算工具不仅带动了计算器的发展，也为现代计算器发展奠定了良好的基础，成为现代社会应用广泛的计算工具。1642年，年仅19岁的法国伟大科学家帕斯卡引用算盘的原理，发明了第一部机械式计算器，在他的计算器中有一些互相联锁的齿轮，一个转过十位的齿轮会使另一个齿轮转过一位，人们可以像拨电话号码盘那样，把数字拨进去，计算结果就会出现在另一个窗口中，但是它只能做加减运算。1694年，莱布尼兹在德国将其改进成可以进行乘除的计算。此后，一直到20世纪50年代末才有电子计算器的出现。1 计算器系统简介1.1 单片机发展现状单片机的发展趋势：低功耗CMOS化；微型单片化；主流与多品种共存；单片机从8
10、位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，有与主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供广阔的天地。 纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势，大致有：(1) 低功耗CMOS化 MCS-51系列的8051推出时的功耗达630mW，而现在的单片机普遍都在100mW左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS(互补金属氧化物半导体工艺)。像80C51就采用了HMOS(即高密度金属氧化物半导体工艺)和CHMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺)。CMOS虽然功耗较低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而CHMOS则具备了
11、高速和低功耗的特点，这些特征，更适合于在要求低功耗象电池供电的应用场合。所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。 (2）微型单片化现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、随机存取数据存储(RAM)、只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW(脉宽调制电路)、WDT(看门狗)、有些单片机将LCD(液晶)驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能就越强大。甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自己特色的单片机芯片。 此外，现在的产品普遍要求体积
12、小、重量轻，这就要求单片机除了功能强和功耗低外，还要求其体积要小。现在的许多单片机都具有多种封装形式，其中SMD(表面封装)越来越受欢迎，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。(3) 主流与多品种共存 现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以80C51为核心的单片机占主流，兼容其结构和指令系统的有PHILIPS公司的产品，ATMEL公司的产品和中国台湾的Winbond系列单片机。所以C8051为核心的单片机占据了半壁江山。而Microchip公司的PIC精简指令集(RISC)也有着强劲的发展势头，中国台湾的HOLTEK公司近年的单片机产量与日俱增，与其低价质优的优势，占据一定的市场分额。
13、此外还有MOTOROLA公司的产品，日本几大公司的专用单片机。在一定的时 期内，这种情形将得以延续，将不存在某个单片机一统天下的垄断局面，走的是依存互补，相辅相成、共同发展的道路。1.2 计算器系统现状计算器一般由运算器、控制器、存储器、键盘、显示器、电源和一些可选外围设备及电子配件通过人工或机器设备组成。低档计算器的运算器、控制器由数字逻辑电路实现简单的串行运算，其随机存储器只有一、二个单元，供累加存储用。高档计算器由微处理器和只读存储器实现各种复杂的运算程序，有较多的随机存储单元以存放输入程序和数据。键盘是计算器的输入部件，一般采用接触式或传感式。为减小计算器的尺寸，一键常常有多种功能。显
14、示器是计算器的输出部件，有发光二极管显示器或液晶显示器等。除显示计算结果外，还常有溢出指示、错误指示等。计算器电源采用交流转换器或电池，电池可用交流转换器或太阳能转换器再充电。为节省电能，计算器都采用CMOS工艺制作的大规模集成电路（见互补金属-氧化物-半导体集成电路），并在内部装有定时不操作自动断电电路。计算器可选用的外围设备有微型打印机、盒式磁带机和磁卡机等。1.3 简易计算器系统简介一般计算器是以MCS-51系列8051单片机为核心构成的简易计算器系统。该系统通过单片机控制，实现对4*4键盘扫描进行实时的按键检测，并把检测数据存储下来。整个计算器系统的工作过程为：首先存储单元初始化，显示
15、初始值和键盘扫描，判断按键位置，查表得出按键值，单片机则对数据进行储存与相应处理转换，之后送入数码管动态显示。整个系统可分为三个主要功能模块：功能模块一，实时键盘扫描；功能模块二，数据转换为了数码管显示；功能模块三，数码管动态显示。2 单片机计算器的工作原理计算器一般由运算器、控制器、存储器、键盘、显示器、电源和一些可选外围设备及电子配件通过人工或机器设备 组成。低档计算器的运算器、控制器由数字逻辑电路实现简单的串行运算，其随机存储器只有一、二个单元，供累加存储用。高档计算器由微处理器和只读存储器实现各种复杂的运算程序，有较多的随机存储单元以存放输入程序和数据。键盘是计算器的输入部件，一般采用
16、接触式或传感式。为减小计算器的尺寸，一键常常有多种功能。显示器是计算器的输出部件，有发光二极管显示器或液晶显示器等。除显示计算结果外，还常有溢出指示、错误指示等。计算器电源采用交流转换器或电池，电池可用交流转换器或太阳能转换器再充电。为节省电能，计算器都采用CMOS工艺制作的大规模集成电路（见互补金属-氧化物-半导体集成电路），并在内部装有定时不操作自动断电电路。2.1 单片机计算器的设计计算器是以单片机AT89C51为核心的简易计算器，要通过芯片AT89C51实现计算器程序运行来完成加、减、乘和除的简单计算功能。计算器运算模块由AT89C51实现，数据输入模块由4*4矩阵键盘电路实现，输出数据模块由LCD显示电路实现，再外加一个时钟电路和一个复位电路完成整个简易计算器的设计。2.2 单片机计算器的系统原理计算器由以下几部分组成：AT89C51单片机系统（运算模
