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1、基于单片机的科学计算器设计摘要在现代科技迅猛发展的当今，计算器依然是人们日常生活中不可或缺的电子产品之一。计算器始终在不断发展与完善之中，功能必将更加强大。基于这样的理念，本设计采用AT89C51单片机作为主控芯片，使用C语言为系统进行编程，采用4*4矩阵键盘作为输入模块，输出模块采用LCD1602液晶显示，从而实现基于单片机的基本功能。本设计重点说明以下几个方面容：1. 基于单片机的计算器所具备哪些基本功能，对矩阵键盘输入原理与液晶显示原理进行简单的阐述。2. 介绍系统的整体设计理念，展示系统设计的流程框图，并对功能模块的划分，与所选用的元器件性能参数进行详细说明。3. 对系统的每个功能模块
2、的软硬件设计，进行详细说明。关键词 单片机，AT89C52,LCD1602液晶,矩阵键盘，C语言 / ABSTRACTIn the rapid development of modern science and technology today, the calculator is still one of the electronic products is an integral part of peoples daily life. The calculator always among the continuous development and improvement, the fu
3、nction will certainly be more powerful. Based on this concept, the design uses AT89C51 microcontroller as the master chip, using the C programming language for the system, with 4 * 4 matrix keyboard as an input module, output module LCD1602 LCD display, in order to achieve the basic functions of the
4、 MCU.This design highlights the following aspects:1.microcontroller-based calculator with basic functions, the principle of a simple exposition of principle and LCD matrix keyboard input.2.describes the systems overall design concept, showing the flow diagram of the system design, the and function m
5、odule framing, and optional Component performance parameters described in detail.3.of each functional module of the system hardware and software design in detail.Keywords microcontroller AT89C52,LCD1602 LCD,matrix keyboard,C language目录摘要IABSTRACTII1 绪论11.1课题的研究背景与意义11.2本课题研究的主要容22 设计任务与方案32.1设计任务32.
6、2设计方案33 系统硬件设计43.1单片机最小硬件系统43.1.1主控芯片AT89C52单片机简介43.1.2复位电路93.1.3时钟电路103.2键盘接口电路103.3液晶显示电路114 系统软件设计154.1键盘扫描部分程序设计154.2运算部分程序设计154.3显示部分程序设计164.4主函数程序设计175仿真和调试195.1 keil系统概述195.2 Keil使用步骤195.3proteus 7.1 介绍205.4 Proteus 对于本设计的仿真步骤205.5仿真结果216 结论22参考文献23附录A：源程序24附录B：系统总图34致351 绪论1.1课题的研究背景与意义计算器一般
7、由运算器，存储器，控制器，键盘，显示器，电源和一些外围设备与电子配件组成。低档的计算器的运算器，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到二个单元，供累加存储用。高档计算器由只读存储器和微处理器一同实现各种复杂的运算程序。且有较多的随机存储单元用来存放输入程序和数据。键盘是计算器的输入部件，采用接触式或传感式。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、错误指示等显示。计算器电源采用电池或者交流转换器池。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），并在部装有定时不操作自动断电
8、电路。计算器可选用的外围设备有盒式磁带机，微型打印机，磁卡机等等。计算器的基本类型:1. 算术型计算器：可进行加、减、乘、除等简单的四则运算，又称简单计算器。2. 科学型计算器：可进行乘方、开方、指数、对数、三角函数、统计等方面的运算，又称函数计算器。3. 程序计算器：可以编程序，把较复杂的运算步骤贮存起来，进行多次重复的运算。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，无论是生活或学习，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。计算器这一程序机器实际上是从计算机中割裂
9、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。起源和发展最早的计算工具诞生在中国。筹策是中国古代最早采用的一种计算工具，又被称之为做算筹。这种算筹的制作材料多是竹子，木头，或兽骨一束约二百七十枚，使用时可以放在布袋里面随身携带。直到科技发达的今天，中国群众任然有很多在使用珠算盘，珠算盘是中国古代计算工具领域中的另一项发明，到明代时期。珠算盘的结构已经几乎与现代的珠算盘一样。在17世纪初期，计算工具在西方国家的有了非常大的发展，英国数学家-纳皮尔发明了纳皮尔算筹，英国牧师-奥却德发明了圆柱型对数计算尺，这种计算尺能够实现多种计算功能
10、，不仅能够实现基本的四则运算，也可以进行乘方和开方运算。更为强大的是，这种计算尺还可以计算三角函数，指数函数和对数函数。这些计算工具积极推动了计算器的发展，为现代计算器的发展奠定了非常良好的基础，慢慢演变，成为现代社会中广泛应用的计算工具。在1642年， 19岁的法国科学家-帕斯卡引用了算盘的原理，发明了世界上第一部机械式计算器，他的计算器装置中有一些齿轮互相联锁，当其中此轮转过十位之后，就会使与其相连接的另一个齿轮转过一位，使用者可以像使用拨盘那样，直接把数字拨进去，此后计算结果就可以出现在另一个窗口中，但是只可以做加减计算，不能做乘除运算。在1694年，德国的莱布尼兹将机械式计算器进行了改
11、进，使其可以进行乘除运算。自此此后，一直等到20世纪50年代末，电子计算器才开始出现。1.2本课题研究的主要容本设计主要研究的是，基于单片机的简易计算器，采用AT89C52单片机作为主控器件，矩阵键盘输入，液晶显示器讲计算过程与结果显示输出，通过C语言编程，实现建议简易计算器的功能。2 设计任务与方案2.1设计任务1.对计算器硬件系统进行设计，利用AT89C52作为主控器件，组成一个能进行简单四则运算的计算器，能进行数据归零，按键提示。2.运用keil进行计算器软件系统的设计。3.在protues仿真平台上，对软件进行调试与仿真。2.2设计方案按照系统设计的功能的要求，确定设计系统由主控模块、
12、显示模块、键盘扫描接口电路、按键提示电路4个模块组成。系统构成框图如图2.1所示：图2.1系统构成框图3 系统硬件设计3.1单片机最小硬件系统单片机最小系统就是支持主芯片正常工作的最小电路部分，包括主控芯片、复位电路和时钟电路。3.1.1主控芯片AT89C52单片机简介AT89C52引脚图如图3.1所示：图3.1AT89C52引脚图AT89C52是ATMEL公司生产的51系列单片机，是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片含8k bytes的可以反复擦写的Flash 只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM）。AT89C52的主要功能特性： 兼容MCS51指令系统 8
13、k可反复擦写 Flash ROM32个双向 I/O口 与 256x8bit 部RAM3个16位 可编程定时/计数器 中断 时钟频率0-24MHz2个 串行 中断 ，可编程 UART串行通道2个 外部 中断源 ， 共6个 中断源2个 读写 中断口线 ， 3级 加密位低功耗 空闲和掉电 模式 ，软件设置睡眠与唤醒功能AT89C52的主要管脚有：XTAL1:振荡器反相放大器的与部时钟发生器的输入端。XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。外接12MHz 晶振。VCC和VSS:为供电端口，分别接+5V电源的正负端。RST/Vpd:为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。P0 口：8 位漏极开路型双向
14、I/O 口， 地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位可以用吸收电流的方式来驱动8 个TTL逻辑门电路，对端口P0 写“1”时，可以作为高阻抗输入端使用。在访问外部数据存储器或者程序存储器的时候，分时转换地址低8 位，和数据总线复用。在访问期间激活部的上拉电阻。P1 口：带有部上拉电阻的8 位 双向I/O 口， P1的输出缓冲级 可以驱动（吸收电流或输出电流）的4 个TTL 逻辑门电路。对端口写“1”时，通过部的上拉电阻可以把端口拉到高电平，可作输入口使用。当作为作输入口使用时，因为部存在有上拉电阻，因此某个引脚被外部信号拉低，会输出一个电流(IIL)。与AT89C51 不同之处是，P1.0
15、 和P1.1 还可分别作为定时/计数器2 的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX）。参见表1：表1：引脚功能特性P1.0T2 时钟输出P2.0T2EX （定时器/计数器2）P2 口：为带有部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 的输出缓冲级可以驱动（吸收电流或输出电流）4 个TTL逻辑门电路。当对端口P2 写“1”时，通过部的上拉电阻可以把端口拉到高电平去，此时可作输入口使用，当作输入口使用时，因为其部存在有上拉电阻，当某个引脚被外部信号拉低的时候会输出一个电流(IIL)。P3 口：为带有部上拉电阻的8 位双向I/O 口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收电流或输出电流）4 个TTL逻辑门电路。当对P3 口写入“1”时，它们会被部上拉电阻拉高并且可以作为输入端口。此时，当被外部拉低的P3 口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3 口除了作为一般的I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能P3 口还可以接收一些用于Flash 闪速存储器编程与程序校验的控制信号。ALE/PROG：当访问数据存储器或者外部程序存储器的时候，ALE（地址锁存）允许输出脉冲用在锁存地址的低8 位字节。一般情况之下
