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1、 单片机系统课程设计单片机系统课 程 设 计成绩评定表设计课题 基于89C51的计算器设计 学院名称 ： 电气工程学院 专业班级 ： 自动化1102 学生姓名 ： 路同林 学 号 ： 201123910214 指导教师 ： 王 黎 设计地点 ： 31-630 设计时间 ： 2013-12-162013-12-27 指导教师意见：成绩: 签名： 年 月 日单片机系统课 程 设 计课程设计名称： 基于89C51的计算器设计 专 业 班 级 ： 自动化1102 学 生 姓 名 ： 路同林 学 号 ： 201123910214 指 导 教 师 ： 王 黎 课程设计地点： 31-630 课程设计时间：
2、2013-12-162013-12-27 单片机系统 课程设计任务书学生姓名 路同林专业班级自动化1102学号201123910214题 目基于89C51的单片机设计课题性质工程设计课题来源自拟指导教师王黎主要内容（参数）利用89C51单片机设计计算器，要求能够实现以下的功能：1 该系统通过单片机控制，实现对4*4键盘扫描进行实时的按键检测，并把检测数据存储下来。2 加、减、乘、除四则运算。3 具备蜂鸣器按键提示功能4 具备复位功能具备删除功能：如数字输入错误，可以通过删除键，对错误的数字进行删除操作；任务要求（进度）第1天：熟悉课程设计任务及要求，查阅技术资料，确定设计方案。第2天：按照确定
3、的方案设计单元电路。要求画出单元电路图，元件及元件参数选择要有依据，各单元电路的设计要有详细论述。第3天：画各部分流程图，进行软件设计，编写程序。第4-5天：撰写课程设计报告。要求内容完整、图表清晰、语言流畅、格式规范、方案合理、设计正确。主要参考资料1 杨家成单片机原理与应用及C51程序设计M北京：清华大学出版社，20072 夏路易 石宗义Protel 99se电路原理图与电路板设计教程M北京：北京希望电子出版社，20043 阎石.数字电子技术基础M.北京:高等教育出版社, 2009.审查意见系（教研室）主任签字： 年 月 日 目 录1 概述41.1 研究背景41.2 设计思想及基本功能42
4、 总体方案设计52.1 方案选取52.2 系统框图63 硬件电路设计63.1 电源电路设计63.2 晶振电路83.3 复位电路93.5 键盘电路103.6 显示电路123.7程序下载电路154 系统软件设计164.1 主程序软件设计164.2 键盘程序设计195 系统仿真与调试216总结25参考文献26附录 1系统原理图26附录2 源程序28附录3 机器码361 概述1.1 研究背景计算器（Calculator）是微型电子计算机的一种特殊类型。它与一般通用计算机的主要区别在于程序输入方式的不同。计算器的程序一般都已经固定，只需按键输入数据和运算符号就会得出结果，很容易就能掌握。而一般计算机的程
5、序可以根据需要随时改动，或重新输入新的程序。 简易计算器主要用于加减乘除；科学计算器，又增添了初等函数运算（有的还带有数据总加、求平均值等统计运算）。现代电子计算器首次问世是1963年。那时的计算器是台式的，在美国波士顿的电子博览会上展出过。与计算机相比，它小巧玲珑，计算迅捷，一般问题不必事先编写复杂的程序。 随着社会需求，计算器也从原有单一的数字加减计算演变为复杂的多种运算。现在不在单一的在某一方面而是涉及到生活的方方面面.计算器为人们日常生活中省去了大量的时间和精力，成为现代社会最普遍、最实用的计算工具，作为学习电子行业的我们，就更应该更贴近生活，开发制作一些具有实用意义，又具有学习意义的
6、小产品。在设计中，把理论与实践相结合，用理论来指导实践，通过实践更好的掌握理论知识，达到全面提高各方面的专业知识和专业技能。 因此针对以上方面，在贴近自己的实际生活中，结合自己专业特点，选择用89c51单片机来设计简易计算器，一方面，简易计算器对我们来说比较熟悉，对没有很多设计经验的我们来说也比较容易能接受，容易激发我们的兴趣。另一方面，在单片机百花齐放的时代，我们需放点精力在单片机上，针对为何选89c51，因为它是一种通用型的单片机，性价比较高，虽然是8位的单片机，但现在应用的量及范围还很大，同时，因51单片机发展的历史长，学习资料比较多而且完善。总之，这是我选择用89c51来设计简易计算器
7、的原因。1.2 设计思想及基本功能本设计是基于51系列单片机来进行的数字计算器系统设计，可以完成计算器的键盘输入，进行加、减、乘、除基本四则运算，并在LCD上显示相应的结果；设计电路采用AT89C51单片机为主要控制电路，4*4键盘的扫描读取键盘上的输入；显示采用字符LCD1602显示；软件方面使用C语言编程，并用PROTUES仿真。利用89C51单片机设计计算器，要求能够实现以下的功能：1.该系统通过单片机控制，实现对4*4键盘扫描进行实时的按键检测，并把检测数据存储下来。2.加、减、乘、除四则运算。3.具备蜂鸣器按键提示功能4.具备复位功能5.具备删除功能：如数字输入错误，可以通过删除键，
8、对错误的数字进行删除操。6.可以利用上一次计算值进行连续运算，计算结果可以是负数。2 总体方案设计2.1 方案选取 单片机在各种电子产品中的应用已经越来越广泛，很多的电子产品利用单片机所取得的便利得到了人们的好评，针对单片机控制的计算器系统的显示实现方案有两种：方案一：采用8位段数码管。 方案二：采用液晶显示器件。方案一：采用8位段数码管。将单片机得到的数据通过数码管显示出来。该方案简单易行，但所需的元件较多，可读性差，一旦设定后很难再加入其他的功能，而且温度显示格式受限制，耗电量大，不宜用电池给系统供电。 方案二：采用液晶显示器件。液晶显示具有平稳、省电、美观等优点，更容易满足题目要求。而且
9、对后续的工艺兼容性高，只需将修改软件中程序设计即可，可操作性强，也易于读数。LCD1602液晶显示器具有两行十六个字符的显示，能同时显示其它的信息如日期、时间、星期、温度。 经过对比我们选择了方案二，用LCD1602液晶显示器显示数据。针对单片机控制的计算器系统的显示实现方案有两种：方案一：采用利用单片机的外部中断INT0(INT1)来检查是否有按键按下。 方案二：采用查询法来检测是否有按键按下。 方案一：采用利用单片机的外部中断INT0(INT1)来检查是否有按键按下，如图，利用中断来检测是否有按键按下虽然实时性很强而且能极大程度的节省单片机资源，CPU不必时时刻刻的检测是否有按键按下而不能
10、把主权交给其他的任务，但是由于本系统没有其他的任务只有检测按键按下一个任务，从软件和硬件的复杂度上还是没必要采用中断的。 方案二：采用查询法来检测是否有按键按下，如图，这样单片机不停地在一个循环里检测是否有按键按下，虽然很浪费系统资源，但是，从成本上考虑还是比较经济的。经过的对比，我们选择方案二，采用查询法检测是否有按键按下。2.2 系统框图图2.1 系统框图3 硬件电路设计3.1 电源电路设计单片机正常工作电压为5V，因此设计的电源电路主要是提供单片机工作电压。下图是为单片机提供电压的电源电路。在这个电路中采用了三端集成稳压器LM7805，可以输出5V的直流电压以供给单片机。图 电源指示图3
11、.1 电源电路图3.2 晶振电路电路中的晶振即石英晶体震荡器。由于石英晶体震荡器具有非常好的频率稳定性和抗外界干扰的能力，所以，石英晶体震荡器是用来产生基准频率的。通过基准频率来控制电路中的频率的准确性。同时，它还可以产生振荡电流，向单片机发出时钟信号。图3.2是单片机的晶振电路。片内电路与片外器件就构成一个时钟产生电路，CPU的所有操作均在时钟脉冲同步下进行。片内振荡器的振荡频率非常接近晶振频率，一般多在1.2MHz24MHz之间选取。C1、C2是反馈电容，其值在20pF100pF之间选取，典型值为30pF。本电路选用的电容为30pF，晶振频率为12MHz。振荡周期； 机器周期 指令周期。X
12、TAL1接外部晶体的一个引脚，XTAL2接外晶体的另一端。在单片机内部，接至上述振荡器的反相放大器的输出端。采用外部振荡器时，对HMOS单片机，该引脚接外部振。在石英晶体的两个管脚加交变电场时，它将会产生一定频率的机械变形，而这种机械振动又会产生交变电场，上述物理现象称为压电效应。一般情况下，无论是机械振动的振幅，还是交变电场的振幅都非常小。但是，当交变电场的频率为某一特定值时，振幅骤然增大，产生共振，称之为压电振荡。这一特定频率就是石英晶体的固有频率，也称谐振频率。石英晶振起振后要能在XTAL2线上输出一个3V左右的正弦波，以便使MCS-51片内的OSC电路按石英晶振相同频率自激振荡。通常，
13、OSC的输出时钟频率fOSC为0.5MHz-16MHz，典型值为12MHz或者11.0592MHz。电容C1和C2可以帮助起振，典型值为30pF，调节它们可以达到微调fOSC的目的。图3.2 单片机晶振电路图3.3 复位电路影响单片机系统运行稳定性的因素可大体分为外因和内因两部分: （1）外因 射频干扰，它是以空间电磁场的形式传递在机器内部的导体（引线或零件引脚）感生出相应的干扰，可通过电磁屏蔽和合理的布线/器件布局衰减该类干扰；电源线或电源内部产生的干扰，它是通过电源线或电源内的部件耦合或直接传导，可通过电源滤波、隔离等措施来衰减该类干扰 。 （2）内因 振荡源的稳定性，主要由起振时间频率稳定度和占空比稳定度决定 起振时间可由电路参数整定稳定度受振荡器类型温度和电压等参数影响复位电路的可靠性。 复位是单片机的初始化操作。单片机启运运行时，都需要先复位，其作用是使CPU和系统中其他部件处于一个确定的初始状态，并从这个状 态开始工作。因而，复位是一个很重要的操作方式。但单片机本身是不能自动进行复位的，必须配合相应的外部电路才能实现。 复位电路的基本功能是：系统上电时提供复
