单片机简易计算器课程设计报告

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1、课程设计报告设计名称： 简易计算器姓名： 学号：专业班级：院（系）：设计时间：2016.12.10设计地点：摘要：虽然现在科学计算器，已经得到了广泛的应用，但在某些地方，简易计算器，依然是主要的计 算公具，如小学教学单位，市场，商店等。并且随着科技的进步，我们已经告别了以前复杂的 模拟电路，可以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 AT89C52 单片机为核心的计算器模拟系统设计，输入采用4X4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。关键词 ：AT89C52LCD1602 计算器 矩阵键盘一方案构思本设计可以采用两种方

2、案，一种是以 FPGA 为核心处理芯片，配备相应的外设；另外一种 是以 AT89C52 处理器，配备相应的外设。1.1、方案一：采用FPGA控制FPGA 是一种高密度的可编程逻辑器件 ,自从 Xilinx 公司 1985 年推出第一片 FPGA 以 来,FPGA的集成密度和性能提高很快，其集成密度最高达500万门/片以上,系统性能可达 200MHz。由于FPGA器件集成度高，方便易用，开发和上市周期短，在数字设计和电子生产中得到 迅速普及和应用, 并一度在高密度的可编程逻辑器件领域中独占鳌头。但是而基于SRAM编程的FPGA，其编程信息需存放在外部存储器上，需外部存储器芯片，且 使用方法复杂，

3、保密性差，而其对于一个简单的计算器而言，实用FPGA有点大材小用，成本太1.2、方案二：采用 AT89C52单片机是单片微型机的简称，故又称为微控制器MCU(Micro Control Unit)。通常由单块 集成电路芯片组成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器CPU，存储器和I/O接口电 路等。因此，单片机只要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。单 片机广泛用于智能产品，智能仪表，测控技术，智能接口等，具有操作简单，实用方便，价格 便宜等优点，而其中AT89C52以MCS-51为内核，是单片机中最典型的代表，应用于各种控制领 域。1.3 方案比较与选择通过以上两

4、种方案论证和比较，从设计的实用性，方便性和成本出发，选择了以 AT89C52 单片机作为中央处理单元进行计算器的设计，这样设计能够实现对四位加减乘除和除法四位小 点数的运算。二系统硬件设计及说明2.1 系统组成及总体框图LCD液晶显示屏模块专AT89C52主控制模4X4键盘模块图 3.1 系统组成及总体框图2.2 元件简介（1）LCD1602 液晶显示屏1、应用简介模块内部自带字符发生存储器（CGROM），字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用 的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是 （41H），显示时模块把代码41H发给液晶模块，我们就能在液

5、晶上看到字母“A”。1602 液晶模块内部的控制器共有 11 条控制指令，丰富的指令可以完成液晶的时序控制、 工作方式式设置和数据显示等。采用的 LCD1602 液晶模块是标准 16 针插座，接口电路如图 3.2.3 所示：关于 LCD1602 的详细资 料见表 3.2.3-1 和表 3.2.3-2。JP2图 3.2.3 LCD 接口电路表 3.2.3-1 LCD1602 引脚说明第1脚VSS为地电源第2脚VDD接5V正电源第3脚V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高， 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。实际电路中采用2K

6、电阻到地，比较理想。第4脚RS为寄存器选择，高电平选择数据寄存器、低电平选择指令寄存器。第5脚RW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RW共同为低电平时 （00）可以写入指令或者显示地址； 当RS为低电平RW为高电平时（01）可以读入忙信号；当RS为高电平RW为低电平时（10）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1516脚背光阳极和背光阴极。表 3.2.3-2 LCD1602 指令表指令1清显示指令码01H,光标复位到地址00H位置；指令2光标复位指令码02H,光标返回到地址00H位置

7、；指令3光标和显示模式设置I/D位-光标移动方向，高电平右移，低电平左移；S位一屏幕上所有文字是否左移或者右移，高电平有效，低电平无效；指令4显示开关控制D位一控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示；C位一控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标；B位一控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁；指令5光标或显示移位S/C位f高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标指令6功能命令设置DL位-高电平时为4位数据总线，低电平时为8位总线；N位低电平时为单行显示，咼电平时为双行显示；F位低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时为5x10的点阵字符；指令7字符发生器RAM地

8、址设置指令8DDRAM地址设置指令9读忙信号和光标地址BF位f为忙标志位，咼电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据指令10写数据指令11读数据2 、 LCD 的特点：（1）低压微功耗；（2）平板型结构；（3）被动显示型（无眩光，不刺激人眼，不会引起眼睛疲劳）；（4）显示信息量大（因为像素可以做得很小）；（5）易于彩色化（在色谱上可以非常准确的复现）；（6）无电磁辐射（对人体安全，利于信息保密）；（7）长寿命（这种器件几乎没有什么劣化问题，因此寿命极长，但是液晶背光寿命有限，不 过背光部分可以更换）。三设计原理分析3.1 设计方案的确定本设计需要使用 LCD 液晶显示屏和编码键盘。故选择静态显

9、示和用编码键盘。使用 LCD 液晶显 示屏显示运算结果。主程序进行初始化，其他的程序选择模块式的方式。首先对每个模块进行调试 , 当模块调 试成功后，逐一的加入主程序中，最后完成整个软件部分的设计。3.2 计算器硬件方案及硬件资源分配（1）硬件资源分配主要用到的硬件：AT89C52LCD液晶显示屏 编码键盘硬件分配：1、Pl、P3口：做为输出口，控制LCD液晶显示屏显示数据的结果。2、P2口：做为输入口，与键盘连接，实现数据的输入。3、LCD液晶显示屏显示输出。（2）系统的硬件设计为了更好的实现系统得功能，硬件电路的设计应该遵循以下原则：1、优化硬件电路 采用软件设计与硬件设计相结合的方法；尽

10、管采用软件来实现硬件系统的功能时，也许响 应时间会比单纯使用硬件时长，而且还要占用微处理器(MCU )的时间；但是，用软件实现硬件的 功能可以简化硬件结构，提高电路的可靠性。所以，在设计本系统得时候，在满足可靠性和实 时性的前提下，尽可能的通过软件来实现硬件功能。2、可靠性及抗干扰设计 根据可靠性设计理论，系统所用芯片数量越少，系统的平均无故障时间越长。而且，所用 芯片数量越少，地址和数据总线在电路板上受干扰的可能性也就越小。因此，系统的设计思想 是在满足功能的情况下力争使用较少数量的芯片。3、灵活的功能扩展 功能扩展是否灵活是衡量一个系统优劣的重要指标。一次设计往往不能完全考虑到系统的 各个

11、方面，系统需要不断完善以及进行功能升级。进行功能扩展时，应该在原有设计的基础上 通过修改软件程序和少量硬件完成。对于本系统而言，就是要求在系统硬件不变的情况下，能 够通过修改软件程序，完成功能的升级和扩展。根据第提出的系统设计方案，结合以上三条原则，确定了系统硬件的设计。计算器主要由 以下一些功能模块构成：非编码键盘模块、LCD液晶显示屏模块等。该系统的硬件设计采用了模块化的设计方法。AT89C52单片机与LCD液晶显示屏显示电路是 整个电路的核心，它们实现系统的功能要求。简易计算器主要包括：键盘电路，显示电路。下图为总体硬件结构。(如图4.2.2 所示为整个系统的原理图)RSTPD.D.Wi

12、i PD.i/ytn PD.2曲卫 叩.3何3 PU.4.W4 PD.5/ZS po.e/ytfi PD.7/17P2.O/f：P2.2/A1DE凸.P2.5/A13P2.S/A14P2.7/A15P1.DP3.0/RJP1.1p：j.im：:oP1.2P3.2/IP1.3p：:：.3/imP1.4Pj.wiP1.5P3.5/T1P1.6P3.6AJURP1.7P：j.7.F：D1.4/石 3ii 醪z1 oo/1CH|*/t亠* |OO1 OO5rr=i Q6ii Qt 11 亀P24IOciOO1 jo00O-iZ789古一略P25I-1-1：o*I_0O：o/CE0ii璋11尊/11聊P

13、26p-O olp-o op-0OTrOO /图 4.2.2 计算器原理图前面叙述了该系统的设计说明，系统采用了比较简单的设计方案，所以该系统的硬件设计 的总外围电路不会产生过多的干扰。在下面的阐述中，对系统的外围电路分别予以介绍。键盘 部分采用编码键盘，显示部分采用lcd液晶显示屏完全能够很好的实现显示方面的要求。3）键盘电路的设计键盘可分为两类：编码键盘和非编码键盘。编码键盘是较多按键（ 20个以上）和专用驱动 芯片的组合，当按下某个按键时，它能够处理按键抖动、连击等问题，直接输出按键的编码， 无需系统软件干预。通用计算机使用的标准键盘就是编码键盘。在智能仪器中，使用并行接口 芯片8279

14、或串行接口芯片HD7279均可以组成编码键盘，同时还可以兼顾数码管的显示驱动，其 相关的接口电路和接口软件均可在芯片资料中得到。当系统功能比较复杂，按键数量很多时， 采用编码键盘可以简化软件设计。非编码键盘成本低廉。从成本角度出发，本设计选用的是非编码键盘。如图4.2.389*P25图4.2.3 编码键盘电路4）显示电路的设计当系统需要显示少量数据时，采用LCD液晶显示屏进行显示是一种经济实用的方法。P0口作 为液晶显示的数据端口，P3.5-P3.7口作为其控制端口，控制LCD液晶显示屏显示输出数据。最终电路如图4.2.4所示：图4.2.4 LCD液晶显示屏显示四 计算器的软件设计4.1 计算器的软件规划简易计算器的程序主要包括以下功能模块：1、定时查键模块，分为读键程序、判键程序段、运算操作子程序等部分；2、基于LCD液晶显示屏的显示模块；3、主模块，为系统的初始化。4.2 键盘扫描的程序设计键盘扫描子程序，首先读出P1的低四位，然后读出P1 口的高四位。然后键值并显示缓存。 然后将键如的值转换为 ASCII 码然后就可以软件来设置硬件按键各个键代表的内容。读键程序使用的是反转法读键，不管键盘矩阵的规模大小，均进行两次读键。第一次所有 行线均输出低电