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1、基于单片机的计算器的设计中 文 摘 要近些年来，随着计算机在社会领域的渗透和大规模集成电路的发展，单片机的应用正在不断地走向深入，由于它具有功能强、体积小、功耗低、价格便宜、工作可靠、使用方便等特点，因此特别适合于与控制有关的系统，越来越广泛地应用于自动控制，智能化仪器，数据采集以及家用电器等各个领域。计算器这一小小的程序机器实际上是从计算机中割裂出来的衍生品，但因其方便快捷的操作模式，已经被广泛应用于商业等日常生活中，极大的方便了人们对于数字的整合运算。计算器一般由运算器、控制器、存储器、键盘、显示器、电源等设备组成。键盘是计算器的输入部件，一般采用接触式或传感式。显示器是计算器的输出部件，
2、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，部分计算器还带有时钟功能。关键词：单片机；控制系统；计算器；多功能lCalculator Design Based on Single-chipABSTRACTIn recent years, as computer penetration in the social field and large-scale development of integrated circuits, micro controller applications are continually deepening, because of
3、 its powerful function, small size, low power consumption, cheap, reliable, easy to use, etc. Therefore particularly suitable for systems with control of more and more widely used in automatic control, intelligent instruments, data acquisition, military products and home appliances fields. This litt
4、le Calculator program was actually cut out from the computers of derivatives, but the derivatives for its quick and convenient operation mode, has been widely used in daily life, such as business, great convenience for the integration of the people digital computation. Calculator generally be consti
5、tute of logic, controller, storage, keyboard, display, power composition. The keyboard is calculator input parts, generally uses the contact or sensing type. Display is the calculator output components, have LED display or LCD etc. In addition to displaying calculation results, overflow indicator an
6、d error indicates can be shown, some calculator also with clock function.KEY WORD: single chip；control system；calculator；multifunctional目录1绪论11.1问题的提出11.2国内外研究现状11.3设计目标21.3.1设计目的21.3.2系统功能22系统方案选择32.1硬件部分32.1.1 单片机型号的选择32.1.2 按键的选择32.1.3 显示器的选择42.1.4 时钟芯片的选择42.1.5 电源的选择42.2软件部分42.3系统方案概述53系统组成63.1单
7、片机STC89C5263.2液晶显示屏LCD160293.3时钟芯片DS1302103.4锂二氧化锰电池CR2032104硬件电路设计114.1总体设计114.2硬件电路设计114.2.1单片机时钟电路的设计114.2.2单片机复位电路的设计124.2.3按键电路的设计134.2.4时钟芯片电路的设计144.2.5显示电路的设计154.2.6按键发声电路的设计165系统软件设计185.1 总体设计185.2 键盘扫描的程序设计195.3 显示模块的程序设计205.4 运算模块的程序设计205.5 时钟模块的程序设计226系统调试236.1软件调试236.1.1 KeiluVision2简介23
8、6.1.2调试过程236.2硬件调试246.2.1 Proteus简介246.2.2调试过程246.2.3硬件电路调试257结论27参考文献28致谢29附录30操作说明30系统电路原理图31核心代码321绪论1.1问题的提出说起计算器，值得我们骄傲的是，最早的计算工具诞生在中国，这种计算工具叫筹策，又被叫做算筹。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。十七世纪中叶，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，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
9、口中，但是只能进行简单的加减计算。十七世纪末，莱布尼兹在德国将其改进成可以进行乘除的计算。再后来，英国牧师奥切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、开方运算，甚至可以计算三角函数、指数函数和对数函数。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1。如今，计算器已成为日常生活中比较常见的电子产品，人们利用它代替了许多多位数的计算。尤其是小型计算器，它携带方便，成为了财政、学习、商务领域的必需品。随着人们对生活品质的要求越来越高，计算器仍具有广泛的需求，存在很大的发展空间和市场价值。如何使计算器技术更加成熟，充分利用已
10、有的软件和硬件条件，设计出更出色的计算器，成了如今电子领域重要的研究课题。而时间在注重效率的今天，成为了一个重要的概念。本次设计中，将尝试实现计算器的四则运算功能，并在此基础上，增加时钟功能，完成多功能计算器的设计。1.2国内外研究现状1956年，美国贝尔实验室用晶体管代替真空管，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、功耗都大为降低，但是计算能力较差。至60年代，世界上已经生产数3万多台晶体管计算器，运算速度达到了每秒300万次，逐步发展成了计算机。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。计算器的发展普遍追寻用简单经济的技术芯片实现功能齐全的市场产品，如日
11、本Casio FX系列科学计算器、Canon WS等电子计算器，功能齐全，计算精确，但使用的都是自己的专用集成芯片，市场价格在100元左右。国外电子计算器正向着智能化、高性能、体积小的方向发展，所以单片机实现多功能计算器的设计很具有推广性1。在国内，近几年来，现在市场上的计算器类型也是数不胜数，形状多样化、用途多功能化。计算器的发展也比较快，不少厂家推出了与Casio计算器相类似的产品，一定程度上实现了计算器芯片的国产化，但价格依然较高，扩展功能也不足。这充分表明了，我们国家的多功能计算器的技术和开发商存在着一定的问题，具有很大的发展空间。1.3设计目标1.3.1设计目的本设计旨在进一步掌握单
12、片机理论知识，理解系统的硬件、软件设计，综合运用本科阶段所学知识进行设计，提高解决实际问题的能力，为本科的学习做一次实践性总结，为今后对单片机的应用和开发打下良好的基础。1对各个模块的工作原理有较清楚的认识，设计硬件电路； 2充分分析内部逻辑的概念，进行软件设计和调试，学会使用并能够以其为平台设计出具有四则运算能力及时钟功能的简易计算器。 1.3.2系统功能通过对本设计题目的分析和与指导老师的讨论，该计算器应实现以下功能：1.能实现两整数间一次运算，运算方式包括加、减、乘、除四种逻辑运算，操作过程可显示；2.计算结果溢出提示及错误警告；3.计算器有清零功能；4.计算器/时钟一键切换；5.带时钟
13、功能，且时间可调节；6.有按键提示音。 2系统方案选择2.1硬件部分 单片机是靠程序运行的，通过不同的程序实现不同的功能，并且可以修改。通过使用单片机编写的程序可以实现高智能、高效率以及高可靠性。因此我们采用单片机作为计算器的主要功能部件，可以很快地实现运算及时钟功能。另外，需要配备按键、显示器、时钟芯片、电源分别完成数值和操作符的输入、计算器/时钟功能切换、调节时间、显示运算结果及时间的功能。系统方案选择如下：2.1.1 单片机型号的选择STC89C52单片机是低功耗、高性能、采用CHMOS 工艺的8位单片机。它完全兼容MCS-51系列单片机的所有功能，并且本身带有2K的内存储器，可以在编程
14、器上实现闪烁式的电擦写达几万次以上。在STC89C52 内部有FLASH 程序存储器，编程速度很快，擦除时也无需紫外线，使用非常方便。因此STC89C52是较理想的芯片2。2.1.2 按键的选择方案一：4*4矩阵式键盘。矩阵键盘是单片机外部设备中所使用的排布类似于矩阵的键盘组。当系统功能比较复杂，按键数量很多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，采用编码键盘可以简化设计，而且虽然这种键盘的编程方
15、法较为复杂，但已相当成熟。方案二：独立式按键。独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，成本低廉。但每个按键需占用一根输入口线，如果设置过多按键，会占用单片机的I/O口资源3，而且在制作实物过程中会给布线带来不便。由于本次设计中需实现两整数间的四则运算、模式切换及调时。所需按键包括数字键（09）、符号键（+、-、*、/）、清零键和等号键（=），故计算器键盘需要16 个按键，按键较多，同时考虑到硬件制作难度，所以选择方案一4*4矩阵式键盘；另外计算器/时钟间的切换键、调时设置键、上调键、下调键需要4个按键，按键个数较少，同时为了使模块更为鲜明，采用方案二独立式按键。2.1.3 显示器的选择方案一：液晶显示器LCD。液晶显示器体积小、重量轻、功耗低、便于携带。但驱动程序复杂，设计起来有一定难度。方案二：数码管LED。数码管的驱动电路相对简单，使用方便，也更加经久耐用。在本科的学习中经常接触到，其缺点是功耗较大、体积较大。结合本次设计要求，要显示时间以及计算操作过程，若选择数码管，数量多、体积大，所以为了获得更好的效果，并没有
