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1、单片机课程设计说明书 题 目： 简易计算器 系 部： 信息与控制工程学院 专 业： 测控技术与仪器 班 级： 2015级1班 学生姓名: 吕前阔 学 号: 15031240037指导教师: 谷善茂 2017年 11月14日单片机课程设计说明书目 录1 设计任务与要求11.1 设计任务11.2 设计要求12 设计方案13 硬件电路设计23.1 键盘接口电路23.2 显示模块43.4.1 LCD的选择43.4.2 LCD1602显示器的管脚功能43.3 单片机介绍63.5 复位电路84 软件设计94.1系统总设计流程104.2按键程序流程设计104.3 LCD1602显示流程设计114.5 计算器
2、扩展功能的实现124.5.1三角函数的实现134.5.2对数和指数函数的实现134.5.3平方根与倒数以及余数的实现135 功能仿真及其结果155.1 软件简介155.1.1KEIL软件简介155.1.2PPOTUESISIS简介155.2仿真结果与操作说明155.2.1系统总体仿真155.2.2系统的操作说明166 实物制作186.1 实物布局图186.2 实物PCB布线图196.3 实物运行图217 结论21附录231 设计任务与要求1.1 设计任务1.以MCS-52系列单片机为核心器件，组成一个简单的计算器。2.电压显示采用LCD1602液晶屏显示。3.所用的元件较少，成本低，且测量精度
3、和可靠性较高。1.2 设计要求 1.能实现加、减、乘、除基本的四则运算 2.数码0-9及运算符号通过按键盘输入，并在液晶显示器上显示算式及运算 3.用PROTEUS仿真 4.焊接电路板并调试运行 2 设计方案本设计是实现一个有四则运算及函数运算的多功能计算器。它的硬件部分包括：一个AT89C52单片机芯片，一块LCD1602液晶显示器，一个4*4的键盘，外加4个功能设置按键。AT89C52单片机为核心控制电路，LCD1602负责显示输入输出数据，利用4*4矩阵键盘加上一些功能键完成电路的键入操作部分。电路简单，功能齐全。模块图如图2.1所示。图 2.1 系统模块图根据简易计算器的功能和指标要求
4、，本设计系统选用MCS-52系列单片机STC89C52为主控机。通过扩展必要的外围接口电路，实现对简易计算器的设计。计算器电路包括三个部分：显示电路、4*4键扫描电路、单片机微控制电路。具体设计如下：（1）由于要设计的是简单的计算器，可以进行四则运算，为了得到较好的显示效果，采用LCD1602液晶显示器显示数据和结果。（2）另外键盘包括数字键（09）、符号键（+、-、）、小数点和等号键。（3）执行过程：开机显示个人信息，等待键入数值，当键入数字，通过LCD显示出来，当键入+、-、*、/运算符，计算器在内部执行数值转换和存储，并等待再次键入数值，当再键入数值后将显示键入的数值，按等号就会在LCD
5、上输出运算结果。 52系列单片机系统4*4键盘LCD显示 晶振电路复位电路图2.2线路原理框图3 硬件电路设计3.1 键盘接口电路键盘有独立键盘和矩阵键盘。本次设计需要的按键较多，如果使用独立键盘会占用较多的I/O口。因此，本次输入键盘设计采用矩阵键盘。矩阵键盘的按键设置在键盘行列线交点上，行列线分别连接到按键开关两端。当没有键按下时，行线处于高电平的状态；而当有按键按下时，行线电平则由与此行线相连的列线电平决定。运用行列扫描法可以确定按键具体位置，从而得到按键数值。键盘部分的设计如图3.1所示。 图3.1矩阵按键输入如图3.1所示，按键输入采用4*4矩阵键盘，键盘接在单片机的P2口，可以看出
6、16个按键共用8个I/O，相对较节约I/O口。本人在简易计算器的基础上还增加了一键多用的功能。键盘中除了包含“09”数字键，“+”“-”“”“”运算键以及“.”之外，还包括了三角函数，指数函数，开根，求余数，倒数等，为了实现这一个复用功能，需要进行按键的扩展。此时，则需要几个独立按键做扩展使用。独立按键的设计如图3.2所示。 图3.2独立复用按键由3.2图可知，四个独立按键各有功能，从左往右分别是：计算器复用功能键，用来对矩阵键盘进行复用；删除键，用来撤销错误输入；存储键，用来存储结果数据；复位键，用于数据的复位；3.2 显示模块3.4.1 LCD的选择LCD是一种工业型字符液晶，它能够显示3
7、2个字符（16列2行），工作电压为3.3V或5V，对比度可自行调节，LCD的内部内部含有复位电路，用来提供各种控制命令，如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能。由于LCD1602功耗低、体积小、显示多样，常用在微型仪表和低功耗应用中。市面上字符液晶绝大多数是基于HD44780液晶芯片，LCD1602控制原理也基于HD44780。LCD1602采用标准14脚（无背光）或16脚（有背光）接口，它的管脚如图3.6所示。3.4.2 LCD1602显示器的管脚功能LCD1602采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如下表3.1所示。表3.1 LCD1602显示器引脚说
8、明编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极 图3.3 LCD1602管脚图 第1脚：VSS为地电源。 第2脚：VDD接5V正电源。 第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，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。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号
9、线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。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15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。液晶与单片机的连接电路如图3.4所示。图3.4 液晶与单片机的连接电路 3.3 单片机介绍MCS-52单片机是在一块芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多功能I/O等一台计算机所需要的基本功能部件。如果按功能划分，它由如下功能部件组成，即微处理
10、器（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM/EPROM）、并行I/O 口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器（SFR）。单片机是靠程序运行的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，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STC89C52作为计算器的主要功能部件，可以很快地实现运算功能。STC89C52RC引脚功能说明如图3.5所示。 图3.5 STC89C52管脚图VCC（40引脚）：电源电压。VSS（20引脚）：接地。P0端口（P0.0P0.7，3932引脚）：P0口是一个漏极开路的8位双向I
11、/O口。作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0写入“1”时，可以作为高阻抗输入。在访问外部程序和数据存储器时，P0口也可以提供低8位地址和8位数据的复用总线。此时，P0口内部上拉电阻有效。在Flash ROM编程时，P0端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电阻。P1端口（P1.0P1.7，18引脚）：P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。P1的输出缓冲器可驱动（吸收或者输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这是可用作输入口。P1口作输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一
12、个电流（）。此外，P1.0和P1.1还可以作为定时器/计数器2的外部技术输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX）。在对Flash ROM编程和程序校验时，P1接收低8位地址。P2端口（P2.0P2.7，2128引脚）：P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2的输出缓冲器可以驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。P2作为输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（）。在访问外部程序存储器和16位地址的外部数据存储器（如执行“MOVX DPTR”指令
13、）时，P2送出高8位地址。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行“MOVX R1”指令）时，P2口引脚上的内容（就是专用寄存器（SFR）区中的P2寄存器的内容），在整个访问期间不会改变。在对Flash ROM编程和程序校验期间，P2也接收高位地址和一些控制信号。P3端口（P3.0P3.7，1017引脚）：P3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P3的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P3做输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输入一个电流（）。在对Flash ROM编程或程序
14、校验时，P3还接收一些控制信号。P3口除作为一般I/O口外，还有其他一些复用功能，如下表3.2所示：表3.2 P3口引脚复用功能RST（9引脚）：复位输入。当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成单片机单片机的复位初始化操作。看门狗计时完成后，RST引脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/（30引脚）：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在Flash编程时，此引脚（）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址位8EH的SFR
