计算器设计毕业设计论文

信息工程学院《单片机原理与接口技术课程设计》

计算器

学生姓名：

学号：

班级：

专业：电子信息工程

学部：电子信息工程

指导教师：

2015年07月

目录

绪论 (1)

1系统工作原理 (2)

1.1 功能说明 (2)

1.2基本原理 (2)

2 设计 (3)

2.1 单片机最小系统单元 (3)

2.2 AT89C51 (4)

2.3 74LS573锁存器 (4)

2.4 键盘调整单元 (6)

2.5 显示单元 (7)

3 软件设计 (8)

3.1 系统主程序 (8)

3.2 计算程序 (9)

3.3 显示程序 (9)

3.4键盘程序 (9)

4 结论 (10)

参考文献 (11)

致谢 (11)

附录A 源程序 (11)

附录B 原理图 (20)

绪论

当今时代，是一个新技术层出不穷的时代。在电子领域，尤其是自动化智能控制领域，传统的分立元件或数字逻辑电路构成的控制系统正以前所未见的速度被单片机智能控制系统所取代。单片机具有体积小、功能强、成本低、应用面广等优点，可以说，智能控制与自动控制的核心就是单片机。目前，一个学习与应用单片机的高潮正在工厂、学校及企事业单位大规模地兴起。过去习惯于传统电子领域的工程师、技术员正面临着全新的挑战，如不能在较短时间内学会单片机，势必会被时代所遗弃，只有勇敢地面对现实，挑战自我，加强学习，争取在较短的时间内将单片机技术融会贯通，才能跟上时代的步伐。

它所给人带来的方便也是不可否定的，它在一块芯片内集成了计算机的各种功能部件，构成一种单片式的微型计算机。20世纪80年代以来，国际上单片机的发展迅速，其产品之多令人目不暇接，单片机应用不断深入，新技术层出不穷。20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。本设计是由单片机实现的模拟计算器，它不仅能实现数据的加减乘除运算，而且还能使数据及其计算结果在数码管上显示出来，能够实现0-65535的数字四则运算。本设计是用单片机AT89C51来控制，采用共阳极数码显示，软件部分是由C语言来编写的。

1系统工作原理

1.1 功能说明

“×”、

“-”、利用单片机的I/O接口设计4×4键盘，16个键依次对应0～9、

“+”、

“÷”、“=”和清除键。通过检测不同数字键、功能键的按下，可以进行小于65535的数的加减乘除运算，并可连续运算。当键入值大于65535时，将自动清零，可以重新输入。对应每一个数字键按下的同时，LED显示按下键的值，并显示最后的运算结果。本文以8051单片机为核心，利用74ls573锁存实现三位一体8段数码管显示。

1.2基本原理

根据功能和指标要求，本系统选用MCS 51 单片机为主控机。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不高，故我们采用可以进行四位数字的运算，选用5 个LED 数码管显示数据和结果。②另外键盘包括数字键（0～9）、符号键（+、-、×、÷）、清除键和等号键，故只需要16 个按键即可。系统模块图

图1系统模块图

2 设计

2.1 单片机最小系统单元

主控机系统采用了Atmel 公司生产的 AT89S52单片机，它含有256 字节数据存储器，内置8K 的电可擦除FLASH ROM，可重复编程，大小满足主控机软件系统设计，所以不必再扩展程序存储器。复位电路和晶振电路是AT89S52 工作所需的最简外围电路。单片机最小系统电路图如图2所示。

图2单片机最小系统电路图

AT89S52 的复位端是一个史密特触发输入，高电平有效。RST端若由低电平上升到高电平并持续2个周期，系统将实现一次复位操作。在复位电路中，按一下复位开关就使在RST端出现一段时间的高电平，外接11.0592M 晶振和两个30pF 电容组成系统的内部时钟电路。

2.2AT89C51

AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪速存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图所示。

图3单片机引脚图

2.3 74LS573锁存器

LS573的八个锁存器都是透明的D型锁存器，当使能（G）为高时，Q输出将随数据（D）输入而变。当使能为低时，输出将锁存在已建立的数据电平上。输出控制不影响锁存器的内部工作，即老数据可以保持，甚至当输出被关闭时，新的数据也可以置入。这种电路可以驱动大电容或低阻抗负载，可以直接与系统总线接口并驱动总线，而不需要外接口。特别适用于缓冲寄存器，I/O通道，双向总线驱动器和工作寄存器

图4 74ls573引脚图

2.4 键盘调整单元

矩阵式键盘由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上。当键被按下时，其交点的行线和列线接通，相应的行线或列线上的电平发生变化，单片机通过检测行或列线上的电平变化可以确定哪个按键被按下。矩阵键盘不仅在连接上比单独式按键复杂，它的按键识别方法也比单独式按键复杂。矩阵键盘的检测方法有多种，常见的有：逐点扫描法、逐行扫描法、全局扫描法。

在本实例中我们采用逐行扫描法来实现按键检测，其中PD0-PD3作为列线，PD4-PD7作为行线。识别过程如下：

1、判断键盘中是否有键按下。设置所有行线为输出口，并输出低电平；设置列线为输入口，读取列线上的电平状态，只要有一列的电平为低，就表示有按键按下，并且被按下的键位于电平为低的列线与4跟行线相交叉的4个按键中，若所有列线都为高电平，表示没有按键按下；

2、判断被按下按键所在的位置。在确认有键按下后（进行按键消抖处理后），接下来就是确定具体哪个案件被按下，方法是：依次将每根行线设置为输出口，并输出低电平（同时剩余行线输出高电平），然后逐列检查每根列线的电平状态，若某列为低电平，则该列线与设置为输出低电平的行线交叉处的按键就是被按下的按键。

3、按键位置确定后，接下来就要给矩阵键盘中的每个按键进行编号，也就是进行按键编码，程序设计中常用计算法和查表法两种方式对按键进行编码，本实例采用计算法编码。

从上面的电路图中我们可以看到，键盘的所有行线和列线都接了上拉电阻，这是为了确保在没有按键按下的时候，I/O口的电平状态始终为高电平，从而消除外界干扰。对于A VR单片机来说，我们已经知道在I/O口输入状态下，可以使能其内部上拉电阻，所以上面电路图中连接4根列线的上拉电阻可以不用，直接使能内部上拉电阻即可。