简易计算器的设计

操作 0V +5V 电压越低，屏幕越亮 1=选择数据寄存器 0=选择指令寄存器 1=读取 0=写入 1=响应LCD 0=禁用LCD 可用4位输入数据、命令及地 址 配合DB0~DB3的8位输入数 据、命令及地址 +5V 0V
（三）LCD1602的指令说明及时序
1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表3-2所示。
第一章 绪论
一、系统设计背景
计算器是一种在日常生活中应用广泛的电子产品，无论是在超市商 店，还是在办公室，或是家庭都有着它的身影。如何使计算器变得越来 越智能化已经成为电子领域研究的重要课题之一。
二、系统设计目的和意义
通过这次毕业设计,进一步掌握单片机理论知识，知道AT89S52单片 机的原理、编程和各种功能的应用,了解简易计算器的工作原理，初步 掌握计算器的硬软件设计、编写、调试和仿真，充分提高动手能力和排 除故障的能力。同时通过毕业设计加深了我们对单片机的认识和兴趣， 发挥了我们的创新能力。
时钟电路 复位电路 主 控 制 器 显示电路 键盘电路 电源电路 图4-1
二、简易计算器工作流程
1、上电后，屏幕初始化，显示Welcome comments of Teachers。 2、5S后清屏，开始进入计算。 3、计算。按下0~9中的数字键，屏幕显示要运算的第一个数值，再 按下“+ - * /”中一个符号键，然后再按下数字键，屏幕显示要运算 的第二个数值，最后按下“=”键，屏幕显示计算结果。 4、再次计算时，先按下清除键“ON/C”，清除屏幕上的计算结 果，再重新计算。
表3-1 LCD1602引脚功能说明
引脚编号 1 2 3 4 5 6 7~10 11~14 15 16
名称 VSS VDD VEE RS R/W E DB0~DB3 DB4~DB7 LED+ LED-
功能 电源接地 电源正极 LCD亮度调整电压输 入 寄存器选择信号 读/写信号 LCD响应信号 低4位总线 高4位总线 背光源正极 背光源负极
1 I/D S D C B * *
1 S/C R/L * DL N F *
字符发生存贮器地址 显示数据存贮器地址 计数器地址 要写的数据内容 读出的数据内容
第四章 系统概述
一、系统设计结构图
简易计算器主要由AT89S52主控制器、键盘电路、显示电路等部分 组成。其中键盘电路用于数字法号的输入，进行加减乘除运算。简易计 算器的系统设计结构图如4-1所示。
第五章 系统硬件设计
简易计算器电路由单片机最小系统、时钟电路、4*4矩阵式键盘、 LCD1602液晶显示器等组成。其原理图如图5-1所示。
图5-1Fra Baidu bibliotek
一、时钟电路
在MCS－51单片机片内有一个高增益的反相放大器，反相放大器的 输入端为XTAL1，输出端为XTAL2，由该放大器构成的振荡电路和时钟电 路一起构成了单片机的时钟方式。根据硬件电路的不同，单片机的时钟 连接方式可分为内部时钟方式和外部时钟方式。我们采用内部时钟方 式，如图5-2所示。
图5-2
在内部方式时钟电路中，必须在XTAL1和XTAL2引脚两端跨接石英晶 体振荡器和两个微调电容构成振荡电路， C1和C2取 30pF左右，晶振的 频率取值范围1.2MHz~12MHz。根据实际情况，本设计采用12MHz作为系 统的外部晶振，电容值取22pF。
二、复位电路
单片机复位是使CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初 始状态，并从这个状态开始工作。无论是单片机刚开始接上电源时，还 是断电后或者发生故障后都要复位。所以，必须弄清楚MCS-51单片机复 位的条件、复位电路和复位后的状态。 单片机复位的条件是：必须使RST/Vpd或RST引脚（9脚）加上持续 两个机器周期（即24个振荡周期）的高电平。例如，若时钟频率为 12MHz,每机器周期为1us，则只需2us以上时间的高电平。在RST引脚出 现高电平后的第二个周期执行复位。单片机常见的复位电路有上电复位 电路和按键复位电路。为了方便系统的硬件初始化，我们采用按键复位 电路。如图5-3所示。
图5-3
按键复位电路除具有上电复位功能外，若要复位，只需要按下S9 键，在RST端产生一个复位高电平。
三、键盘电路
在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排 列成矩阵形式，如图5-4所示。
图5-4
计算器的设计
【摘要】随着经济的发展，不断推动着科技的发展，而科技的发展 又带动了电子行业，各种各样的电子产品纷纷涌出。计算器作为日常生 活中常使用的电子产品之一，它的功能化、小型化、轻便化已成为未来 智能化计算器的发展方向。 本设计是基于AT89S52单片机进行的简易计算器系统设计，P1口作 为输入端，外接4*4矩阵式键盘，通过在4*4矩阵式键盘输入，进行加、 减、乘、除简单运算，实现-2147483647到+2147483647的结果运算，并 且在P0口上的LCD1602液晶显示器显示相应的计算结果。 【关键词】AT89S52、4*4矩阵式键盘、LCD1602 、计算器
L C D 控 制 器 L C D 驱 动 器
L C D 显 示 装 置 VSS
VDD VL RS R/W E DB0~DB7 图 3-2
（二）LCD1602基本参数及引脚功能
LCD1602分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为 HD44780。 1、主要技术参数 显示容量：16×2个字符 芯片工作电压：4.5—5.5V 工作电流：2.0mA(5.0V) 模块最佳工作电压：5.0V 字符尺寸：2.95×4.35(W×H)mm 2、引脚功能说明 LCD1602采用标准的16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表31所示。
三、按键部分的选择方案和论证
方案一：使用独立式键盘。对于独立式键盘来说，当某个按键按下 时，对应的单片机I/O口线为低电平，反之为高电平，但会占用大量的 I/O口。 方案二：使用矩阵式键盘。矩阵式键盘不会占用很多的I/O口，是 一种比较节省资源的方法。
为了能减少所占用的I/O口，我们采用方案二。
第三章 元件介绍
PWM，8路10位高速A/D转换（80K/S），针对电机控制，强干扰场合。 STC12C5A60S2系列单片机适合程序大，储存器容量大使用，但价格较 昂贵。 由于AT89S52价格实惠，又可实现系统需要，因此采用方案一。
二、显示器的选择方案和论证
方案一：使用8 位LED 数码管来做显示。LED 显示器是由发光二极 管显示字段组成的显示器件，在单片机应用系统中通常使用的是七段 LED，这种显示器有共阴极和共阳极两种，它具有成本低廉、配置灵活 和单片机接口方便等特点。 方案二：使用LCD1602液晶显示器来显示。液晶是介于固态和液态 间的有机化合物，将其加热会变成透明液态，冷却后变成结晶的混作固 态。在点击的作用下，产生冷热变化，从而影响它的透光性，来达到显 示的目的。LCD1602液晶显示器还具有以下几个优点：低压、微功耗、 显示信息量大、长寿命、无辐射、无污染。 考虑到是否能清晰地实现本系统的要求，我们决定采用方案二实现 本系统的显示功能。
表 3-2控制命令表
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
指令 清显示 光标返回 置输入模式 显示开/关控制 光标或字符移位 置功能 置字符发生存贮器 地址 置数据存贮器地址 读忙标志或地址 写数到CGRAM或 DDRAM） 从CGRAM或DDRAM读 数
RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 BF 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 *
第二章 方案的选择与论证
一、单片机的选择方案与论证
方案一：采用AT89S52单片机。AT89S52单片机是一种低功耗、高 性能CMOS 8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器，而且价 格优惠。AT89S52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单片机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。 方案二：采用STC12C5A60S2系列单片机。STC12C5A60S2系列单 片机是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全 兼容8051，但速度快8—12倍。内部集成MAX810专用复用电路，2路
吉林铁道职业技术学院
毕
业设计（论文）
论文题目 系 别
计算器的设计 电气工程系 企业供电3101班 100040109 邱富君 侯晓音
专业班级 学 号 姓 名 指导教师
2012年5月30日
目
录
第一章 绪论 1 一、系统设计背景 1 二、系统设计目的和意义 1 三、国内外研究现状 1 第二章 方案的选择与论证 1 一、单片机的选择方案与论证 1 二、显示器的选择方案和论证 1 三、按键部分的选择方案和论证 2 第三章 元件介绍 2 一、AT89S52单片机特点及引脚图 2 二、LCD1602液晶显示器 3 （一）LCD1602基本组成 3 （二）LCD1602基本参数及引脚功能 4 （三）LCD1602的指令说明及时序 4 第四章 系统概述 5 一、系统设计结构图 5 二、简易计算器工作流程 5 第五章 系统硬件设计 6 一、时钟电路 6 二、复位电路 7 三、键盘电路 7 四、显示电路 8 第六章 系统软件设计 8 总结 10 参考文献 11 致谢 12 附录 13 PCB图 13 元器件清单 13 源程序 14 心得体会 24
图3-1
二、LCD1602液晶显示器
（一）LCD1602基本组成
LCD1602液晶显示器用5*7点阵图形来显示西文字符，有阿拉伯数 字、英文字母的大小写、常用符号等。单片机通过写控制方式访问驱动 控制器来实现对显示屏的控制。LCD主要由3个部分组成：LCD控制器、 LCD驱动器、LCD显示装置。如图3-2所示。
一、AT89S52单片机特点及引脚图
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。AT89S52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，AT89S52拥有灵巧 的8 位CPU和在系统可编程Flash，使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： 与MCS51兼容；
8K支持在线编程(ISP)的FLASH结构程序存储器，1000次擦写寿命； 工作电压为4.0V~5.5V； 全静态工作：0~24MHz； 3级程序安全加密保护； 256*8位内部RAM； 32个可编程I/O端口； 3个16位定时器/计数器； 8个中断源； 一个全双工异步串口； 支持低功耗及掉电模式； 支持中断从掉电模式唤醒； 内置看门狗； 双数据指针； 工业级产品，温度范围(-40°C到85°C)，PU为无铅环保产品。 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。 其PDIP图如下图 3-1所示：
三、国内外研究现状
计算器作为一种电子产品，早已广泛应用于各种商店、超市、商 店。计算器随着供应量的增多、用户使用方便度日益更新，从又大又重 到又小又轻，从复杂的模拟电路到一块几厘米的单片机，从简单的加减 乘除运算到乘方、开方运算，指数、对数、三角函数、反三角函数的计 算不断的变化着。现今，市面上已经出现了使用太阳能电池的计算器， 使用ASIC设计的计算器。轻便化、小型化、智能化已经成为计算器未来 的发展方向。