计算器系统设计

目录1.功能要求

2.方案论证

3.系统硬件电路的设计

3.1运算模块

3.2主控器AT89S52

3.3输入模块4*4矩阵键盘

3.4显示模块LCD1602

3.5错误警报提示语音电路

3.6切换模块

4.系统程序的设计

4.1运算主程序设计

4.2显示程序设计

4.3读键输入存储设计

5.调试及性能分析

5.1硬件调试

5.2软件调试

5.3性能分析

6.控制源程序清单

7.实物显示

8.总结

9.参考文献

摘要

近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，但仅单片机方面的知识是不够的，还应根据具体硬件结构、软硬件结合，来加以完善。

计算机在人们的日常生活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机，基于这样的理念，本次设计是用AT89S52单片机、LCD显示器、4*4矩阵键盘、蜂鸣器以及控制按键为元件来设计的计算器。利用此设计熟悉单片机微控制器及C语言编程，对其片资源及各个I/O端口的功能和基本用途的了解。掌握keil的应用程序开发环境，常用的LCD 显示器的使用方法和一般键盘的使用方法。

关键字：AT89S52 LCD 控制按键

正文

1.功能要求

计算器模拟系统设计要求模拟的计算器至少显示8位数字，开机运行时，最低位显示为“0”，其余位全部不显示；设计4*4键盘，分别表示0~9、+、—、*、/、=和清零键CL，输入的数字从设计的键盘输入；可以对计算结果小于256的两个无符号数进行加、减、乘、除运算，并且显示计算结果。2.总体方案设计以及论证

根据功能和指标要求，本系统选用AT89S52单片机为主控机，LCD1602为显示器。通过扩展必要的外围接口电路，实现对计算器的设计。具体设计考虑如下：

①由于要设计的是简单的计算器，可以进行四则运算，对数字的大小范围

要求至少显示8位数字，开机运行时，最低位显示为“0”，其余位全部

不显示，但扩展程序可以实现任意位数的无符号数的算法，所以选用

LCD1602显示数据和结果，而不采用数码管来显示。

②设计4*4键盘，分别表示0~9、+、—、*、/、=和清零键CL，输入的数

字从设计的键盘输入；可以对计算结果小于256的两个无符号数进行加、减、乘、除运算，并且显示计算结果。当结果超出该范围时，发出错误

警报。按一下切换键，计算范围无限制，结果显示也无限制，再按一下

切换键，计算器回到限制状态。因此总的按键需要17个键。

按照系统功能设计的要求，确定系统由5个模块组成：主控制器、显示电路、4*4矩阵键盘、切换电路和语音模块。

计算机系统总体电路结构框图如下所示：

3.系统硬件电路的设计

硬件系统是指构成微机系统的实体和装置，通常由运算器、控制器、存储器、输入接口电路和输入设备、输出接口电路和输出设备等组成。单片机实质上是一个硬件的芯片，在实际应用中，通常很难直接和被控对象进行电气连接，必

须外加各种扩展接口电路、外部设备、被控对象等硬件和软件，才能构成一个单片机应用系统。本设计选用以AT89S52单片机为主控单元。显示部分：采用LCD 静态显示。按键部分，采用4*4键盘。硬件电路原理图如下图所示：

3.1运算模块

MCS-51 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作为计算器的主要功能部件，可以进行很快地实现运算功能，如图所示：

3.2主控制器AT89S52，

AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工

作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

引脚结构如下：

3.3输入模块4*4矩阵键盘

计算机输入数字和其他功能按键时要用到很多按键，在这种情况下，编程会很简单，但是会占用大量的I/O口资源，因此在很多情况下都不采用这样的方式，而是采用矩阵键盘的方式。矩阵键盘采用四条I/O线作为行线，四条I/O 线作为列线组成键盘，在行线和列线的每个交叉点上设置一个按键。这样键盘上按键的数量就为4*4个。这样行列式键盘结构能有效的提高单片机系统中I/O 口的利用率。如图所示：