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1、单片机技术单片机技术课程设计说明书课程设计说明书计算器学 院： 学生姓名： 指导教师： 职称 专 业： 班 级： 学 号： 完成时间： 湖南工学院湖南工学院单片机技术单片机技术课程设计课题任务书课程设计课题任务书学院： 专业：指导教师学生姓名课题名称计算器内容及任务一、设计任务设计一个具有特定功能的计算器。二、设计内容1、计算器的硬件系统（1)、单片机最小系统模块（2）、供电模块（3）、显示模块（4）、键盘模块2、计算器的软件系统（1）、系统监控程序模块（2）、显示程序模块（3）、键盘程序模块（4）、各种计算程序模块三、设计要求该计算器上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作
2、状态。能实现（1）基本的加、减、乘、除、平方、开方；（2）三角函数运算；（3）十进制、十六进制转换运算；（4）其它功能。I主 要 参 考 资 料1李广弟.单片机基础M.第 3 版.北京：北京航空航天大学出版社，2003.6.2李全利.单片机原理及应用（C51 编程）M.北京：高等教育出版社，2012.12.3马忠梅.单片机的 C 语言应用程序设计M.第 4 版.北京：北京航空航天大学出版社，2003.6. 4李光飞.单片机 C 程序设计指导M.北京:北京航空航天大学出版社，2003.01.5李光飞.单片机课程设计实例指导M.北京:北京航空航天大学出版社，2004.9.教研室意见教研室主任：（签
3、字）年 月 日II摘 要随着社会的发展，科学的进步，人们的生活水平在逐步的提搞，尤其是微电子技术的发展，犹如雨后春笋般变化。单片机的应用已经越来越贴近生活，用单片机来实现一些电子设计也变得容易起来。计算器在人们的日常中是比较常见的电子产品之一。可是它还在发展之中，以后必将出现功能更加强大的计算器。基于这样的理念，本次设计是用单片机来设计的计算器。该设计以 STC89C54RD+单片机为控制运算器，以 4*4 矩阵键盘和 6 个独立按键控制，以 LCD1602 液晶显示，以 USB 接口充电来供电。对于此计算器我用了 23 个按键，10 个数字键，4 个常用运算键，1 个等号键，1 个清零键，1
4、 个平方键，1 个开方键，3 个三角函数运算键，1 个十进制转十六进制按键和 1 个十六进制转十进制按键。该计算器上电后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作状态。能实现基本的加、减、乘、除、平方、开方；还能实现三角函数运算和十进制、十六进制转换运算。已符合设计要求，具有一定的推广价值。关键词：单片机；LCD1602 液晶显示；矩阵键盘；独立式键盘III目 录1 绪论.11.1 计算器研究意义 .11.2 实现功能 .11.3 工作原理 .22 计算器硬件系统设计.32.1 STC89C54RD+单片机简介 32.2 电源模块 .42.3 复位模块 .42.4 时钟模块 .42.5 下载模
5、块 .52.6 显示模块 .52.7 输入模块 .62.8 电路原理图 .72.9 电路实物图 .72.10 元器件清单 .73 计算器软件系统设计.73.1 单片机资源使用 .83.2 监控函数模块 .83.3 显示模块 .83.4 键扫模块 .9IV3.5 延时模块 .93.6 定时模块 103.7 系统程序清单 104 实物调试114.1 操作使用说明 114.2 测试过程 114.3 计算器误差分析 144.4 设计体会 14结束语.16参考文献.17致 谢.18附 录.19附录 A 电路原理图19附录 B 电路实物图20附录 C 元器件清单21附录 D 程序清单2211 绪论 1.1
6、 计算器研究意义中国古代最早采用的一种计算工具叫筹策，又被叫做算筹。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。 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、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。随着电子技术的不断
7、发展，计算器的功能也越来越强大，已经不仅仅限于单纯的数学运算和函数运算，各种功能强大的计算器在财务、银行、工程、测绘等方面也得到了广泛的应用。国内的计算器从产生到发展成熟，也经历了一段过程。从简单的计算到复杂的计算，从单功能到多功能。近年来国内的计算器呈现出新的特点，不仅设计精巧、紧凑，功能实用、简练。包括：数据记录、声音提示、公式运算、财务计算、外币兑换、解方程式、衡（计）量换算、 将数值转换为中文大写金额和英文 等，而且成本也减少了。而随着计算机的普及，又出现了软件计算器，软件计算器的功能更加强大，而且计算的位数增加，更加精确，而且懂得计算机的人可以借助软件来设计各种不同的计算器，实现功能
8、裁剪，因此非常灵活。软件计算器的缺点是携带不便。真正来说国内计算器的设计是以实用为前提的。而国外的计算器的发展已经发展到各行各业，外设大多凝集了其它产品的功能，而且许多功能让人觉得实在离谱。把实用性和科学应用联合起来才能适应更多的应用场合，因此决定设计一个实用性和科学性相结合的计算器作为我的研究课题。在检测系统设计中熟悉并了解将作为单片机为控制核心，并辅以矩阵键盘和独立式键盘以实现课题所要求的功能。本课题主要要求掌握计算器相应的软硬件实现方法。扎实掌握并运用课题相关的学科理论知识，根据实际电路尽量设计制作出完美的计算器，以实现理论与实践的统一。21.2 实现功能（1）计算器在上电或按键复位之后
9、能自动显示系统提示符“P”，进入准备工作状态。（2）计算器能实现基本的加、减、乘、除、平方、开方。（3）实现三角函数运算。（4）能十进制、十六进制转换运算。1.3 工作原理设计一个计算器，设计中采用的是 STC89C54RD+ 单片机用软件实现数据信号的输出。该单片机是一个微型计算机，包括中央处理器 CPU，RAM，ROM，I/O 接口电路、定时计数器、串行通讯等，是计算器设计的核心。总体原理为：利用 STC89C54RD+ 单片机构造多功能处理，可进行计时以及监控外部中断系统，通过 C 语言对单片机的编程即可进行运算传送信号，并可以通过键盘进行各种功能的转换，当输出的信号通过显示器显示输出的
10、信息。硬件系统以 STC89C54RD+单片机为控制核心，辅以 LCD1602 液晶显示、键盘输入模块等电路实现计算器的基本功能；软件系统包括包含延时模块、键扫模块、显示模块、定时模块、监控函数模块。总体设计框图如图 1 所示。3图 1 总体硬件电路框图2 计算器硬件系统设计2.1 STC89C54RD+单片机简介以 STC89C54RD+单片机为控制核心，外扩外围电路，完成计算器所需要的外围电路。显示模块，输入模块，复位模块等。STC89C54RD+单片机内部配以基本单元：即三个定时/计数器、5 个中断源。可由编程来实现根据定时、计数时计数溢出而产生的中断申请信号中断功能，并由 LCD160
11、2 液晶对被测值进行显示。STC89C54RD+系列单片机，具有反应速度极快，工作效率特高的特点。STC89C54RD+单片机的基本特点是低功耗、高性能，片内由 4KB 可编程/擦除只读存储器的 8 位 COMS 微控制器组成，通过结合高密度、非易失存储技术来保证单片机引脚与相应指令系统的高兼容度。由于芯片里 FLASH 的存在，因此可以通过通用的非易失存储编程器实现在线编程以及重复编程等功能。在通常情况下，当系统掉电时，数据存储器的内容立即会被保存下来，而此时单片机其他一切都会停止工作，直到产生下一个中断或硬件复位信号整个系统才会重新开始工作。STC89C54RD+的内部特点：具有 40 个
12、引脚、8K 片内程序存储器空间、256B 的随机存取数据存储器，32 个外部双向输入/输出 I/O 口，5 个中断优先级2 层中断嵌套中断，2 个 16 位可编程定时计数器,2 个狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。STC89C54RD+引脚图如图 2 所示。4图 2 STC89C54RD+引脚图2.2 电源模块电源电路是给计算器提供电源，此电路包括一个发光二极管、电阻、导线组成。光二极管的作用主要是：运用二极管的单向导电特性来提示电源是否接通或观察电源是否一直保持通电正常、稳定，并且 100 的电阻与二极管串联，其作用是保护二极管不会因为电流突然变大而被烧坏。电源电路是采用 USB 接口来供电
13、，如图 3 所示。图 3 电源电路52.3 复位模块复位电路的作用是按下复位键可以使显示界面回到最开始的地方。课程设计按键复位电路由一个电阻一个电容和一个按键组成，大小分别为10F，1k，200，1K 电阻一端接电源，另一端接电容的正极接到单片机的复位引脚，按键与 10F 电容并联，当按键按下时，1k 电阻与 VCC 直接相连，在 RST 产生复位所需的高电平。当按键松开的，VCC 给电容充电，RST 仍为高电平，而当电容充电完成后，相当于短路，则为低电平，正常工作。复位电路如图 4 所示。图 4 复位电路2.4 时钟模块晶振电路的作用是产生单片机所必须的时钟频率。单片机工作所需的同步时钟信号
14、由由以下两种方法获得，第一：由单片机片内时钟电路结合外部晶振、电容产生；第二：直接从单片机外部引入脉冲信号。设计中用第一方法，有石英晶体和微调电容（一般取值 30pF 左右）组成，石英晶体产生震荡，单片机振荡电路产生的脉冲信号称振荡信号，它的频率等于石英晶体的振荡频率（fosc）,简称晶振频率，振荡脉冲信号还不是单片机工作所需的时钟信号，时钟信号必须由振荡脉冲信号经单片机片内时钟电路的处理后才能产生。课程设计晶振电路主要由振荡电路和分频电路组成。其中振荡电路由高增益反相器以及并联外接的石英晶体和电容构成产生振荡脉冲。而分频电路则用于把振荡脉冲分频，已得到所需的时钟信号。振荡电路由单片机芯片的
15、XTAL1端输入，XTAL2 端输出。此时同时并接一个石英晶体振荡器以及两个 30pF 电容。而 STC89C54RD+中自带有分频电路所以不需要外接电路对脉冲信号进行分频。晶振频率是 12MHz。如图 5 所示。6图 5 时钟电路2.5 下载模块由于 STC89C54RD+支持 flash 在线写入、擦除，所以下载电路是必不可少的部分。由下载口进行单片机与电脑的连接。并由下载电路产生电源提供给单片机工作。主要是由 P30、P31 两个引脚下载，实现计算机与单片机的通信。2.6 显示模块发光二极管LED是单片机应用系统中的一宗简单而常用的输出设备，其在系统中的主要作用是显示单片机的输出数据、状
16、态等。因而作为典型的外围器件，LED显示单元是反映系统输出和操作输入的有效器件。LED具备数字接口可以方便的和大年纪系统连接；它的优点是价格低，寿命长，对电压电流的要求低及容易实现多路等，因而在单片机应用系统中获得了广泛的应用。液晶 LCD1602 显示器用于输入信号以及运算结果的显示。它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个 5X7 或者 5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用。 1602 型LCD 基本操作程序如表 1 所示。 表 1 LCD1602 基本操作程序操作输入输出读状态RS=L，R/W=H，E=HD0D7
