.15/15畢業論文題目：基于單片機的電子計算器學校：工貿職業技術學院專業：電子與信息工程系班級：機電5班學號：2011350501指導老師：旭摘要近年來隨著計算機在社會領域的滲透和大規模集成電路的發展，單片機的應用正在不斷地走向深入，由于它具有功能強，體積小，功耗低，價格便宜，工作可靠，使用方便等特點，因此特別適合于與控制有關的系統，越來越廣泛地應用于自動控制，智能化儀器，儀表，數據采集，軍工產品以與家用電器等各個領域，

作為微型機的一個主要分支，單片機在結構上的最大特點是把CPU、RAM和ROM存儲器、定時器和多種I/O接口電路集成在一塊超大規模集成電路芯片上。從它的組成和功能來看，一塊單片機芯片其實就是一臺計算機。

本次設計是采用MSC-51單片機來設計的四位數計算器,采用C語言進行程序編寫實現計算器功能。外接4X4的鍵盤，通過鍵盤掃描來完成輸入數的控制，利用驅動電路使數值與結果在七段共陰極數碼管上正常顯示，并設有清零鍵可隨時完成計算與顯示的清零。計算器將完成的0至9999整數的一次加/減/乘/除運算。

執行過程如下：

開機即顯示0，等待鍵入數值，當輸入數字，將通過數碼管顯示出來，在輸入＋、-、*、/運算符之后，計算器在部執行數值轉換和存儲，并等待再次輸入數值，當在鍵入數值后將顯示鍵入的數值，按等號就會在數碼管上顯示運算結果。

關鍵詞：單片機計算器C語言鍵盤掃描。英文摘要Inrecentyears,ascomputerpenetrationinthesocialfieldandlarge-scaledevelopmentofintegratedcircuits,microcontrollerapplicationsarecontinuallydeepening,becauseofitspowerfulfunction,smallsize,lowpowerconsumption,cheap,reliable,easytouse,etc.thereforeparticularlysuitableforsystemswithcontrolofmoreandmorewidelyusedinautomaticcontrol,intelligentinstruments,meters,dataacquisition,militaryproductsandhomeappliancesfields,

Asoneofthemainbranchofmicrocomputer,microcontrollerinthestructureofthebiggestfeatureistheCPU,RAMandROMmemory,timerandmultipleI/OinterfacecircuitintegratedonaVLSIchip.Thecompositionandfunctionfromitspointofview,asinglechipisactuallyacomputer.

ThisdesignistheuseofMSC-51microcontrollertodesignthefour-digitcalculator,usingCprogramminglanguagetoachievecalculatorfunctions.4X4externalkeyboard,thekeyboardscantofinishbythenumberofcontrolvaluesandmakethedrivecircuittothecathoderesultsinatotalofseven-segmentdigitaltubedisplayproperly,andhasclearedatanytimetocompletekeycalculationanddisplayclear.Calculatortocompleteanintegerfrom0to9999plus/minus/multiply/divide.

Implementationoftheprocessisasfollows:

Powerisdisplayed0,waitingtypevalue,whentheinputnumbers,willcomeoutthroughthedigitaldisplay,theinput+,-,*,/operator,thecalculatorintheinternalimplementationofthenumericalconversionandstorage,andwaitforthere-enterthevalue,whenTypethevalueinthetypeofvaluewillbedisplayedbyanequalsignwillbedisplayedinthedigitalcontroloperationresults.

Keywords:SCMcalculatorkeyboardscanClanguage。前言計算器：一般是指“電子計算器”，該文是由日文傳入中國。計算器是能進行數字運算的手持的機器，擁有電子集成芯片，結構簡單，功能較弱，但由于它使用方便，價格低廉，因而廣泛使用商業交易中，也是必備的辦公用品之一。計算器一般由運算器、控制器、存儲器、鍵盤、顯示器、電源和一些外圍設備。隨著科學技術的不斷發展與計算器使用的普與，人們發現在工業控制中，有很多時候需要在惡劣的環境中進行各種數據的采集，運算和控制。本設計是由單片機實現模擬的計算器，它不僅能實現數據的加減乘除的運算，而且能使數據與其運算結果顯示在數碼管上，能實現0~255的數字四則運算，本設計是由AT89C51單片機來控制的，利用鍵盤和LCD1602設計一個簡單的電子計算器，軟件部分是由匯編語言來編寫，可以完成簡單的加減乘除運算。并將結果在LCD1602上顯示出來。目錄第一章緒論1.1研究背景··································1.1.1單片機發展現狀························1.1.2計算器系統的現狀·····················1.1.3選題意義與現狀······················1.2設計概要························1.2.1設計任務·················1.3設計思路·······························1.3.1系統總體的模塊圖····················第二章硬件設計·································2.1鍵盤輸入模塊的設計·························2.2LCD顯示模塊的設計··························2.3電源模塊的設計·····························2.4時鐘電路的模塊設計························2.5復位電路的模塊設計··························第三章軟件設計································3.1計算器的軟件規劃··························3.2鍵盤掃描的程序設計·······················3.3顯示模塊的程序設計·························3.4主程序的設計·······························3.5系統的總框圖································結束語········································致··········································附錄一實物圖··································總結··········································參考文獻······································第一章緒論1.1研究背景隨著社會的發展，科學的進步，人們生活逐漸提高，尤其是微電子技術的發展，猶如雨后春筍般的發展變化，電子產品的更新速度就不足驚奇了，計算器在人們的生活中是比較常見的電子產品之一，如何讓計算器技術更加成熟，充分利用己有的軟件和硬件條件，來設計出更出色的計算器，使其能夠為各個行業服務，如今成為了電子領域的重要研究課題。1.1.1單片機發展現狀我國開始使用單片機是在1982年，在短短的五年里發展迅速，當今世界各大芯片制造公司都推出自己的單片機，從8位，16位和32位等，但它們各具特色，互成互補。單片機：亦稱單片微電腦或單片微型計算機。它是由中央處理器（CPU），隨機存取存儲器（RAM）,只讀存儲器（ROM），輸出/輸出端口（I/O）等主要計算機功能部件集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機。截止今日，單片機應用技術飛速發展，我們上網輸入一個“單片機”的搜索，將會看到上萬個介紹單片機的，自單片機發展至今，單片機技術已走過近20年的發展路程，縱觀單片機的發展歷程來看，單片機的技術發展，以微處理器（MPU）技術與超大規模集成電路技術的發展為先導，以廣泛應用領域拉動，表現出微處理器更具個性的發展。1.1.2計算器系統的現狀計算器是由存儲器、鍵盤和機器等設備組成，鍵盤是計算器的輸入部件，一般采用接觸式或傳感式。為減小計算器的尺寸，一鍵一般有多個功能，顯示器是計算器的輸出部件，有發光二極管顯示器或液晶顯示器等，除了顯示計算的結果外，還常溢出指示、錯誤指示等。計算器電源采用交流轉換器或電池，電池可用交流轉換器或太陽轉換器在充電，為了省電節能，計算器都采用了CMOS工藝制作的大規模電路。1.2設計概要1.2.1設計任務1了解單片機基本原理2學習電子計算器的制作基本原理3.熟練的掌握PROTEL軟件4.會用kell編程，具有一定的編程能力5.制作電子計算器硬件6.撰寫畢業論文1.3設計思路1.3.1系統總體模塊1.1總體模塊圖如下第二章硬件設計2.1鍵盤模塊的設計。2.1.1鍵盤布局矩陣按鍵掃描程序是一種節省IO口的方法,按鍵數目越多節省IO口就越可觀。鍵盤部分可以使用4*4鍵盤模組模組可以大大的縮小設計的體積，也使設計實物更加的美觀，同時PCB的布線也更加的簡單。2.1.2鍵盤掃描模塊設計原理圖。圖2.1.24*4鍵盤2.1.3原理說明鍵盤是單片機系統中最常用的人機對話輸入設備，用戶通過鍵盤向單片機輸入數據或指令。鍵盤控制程序需完成的任務有：監測是否有鍵按下，有鍵按下時，在無硬件去抖的動電路時，應用軟件延時方法消除按鍵抖動影響；當有多個鍵同時按下時，只處理一個按鍵，不管一次按鍵持續多長時間，僅執行一次按鍵功能程序。本設計采用鍵盤掃描由P0口驅動。4*4鍵盤設計方案，鍵盤部分布線較為困難，在設計之初本采用4*4的鍵盤模組，不僅方便，布線也快，但是4*4鍵盤模組較難買到。所以最后采用16顆規格為（0.6cm*0.6cm=邊長*寬）。滿足設計要求的所有功能。2.2顯示模塊的設計2.2.1顯示模塊的原理圖圖2.2.1畫好的顯示板原理圖2.3電源模塊的設計圖3-13開關電源模塊電源部分采用開關電源設計，并有整流作用，接入電源可以不用注意極性，接入電源為DC+6V，輸出也可以調壓（通過調節變阻器W1的阻值）。在無輸出時，按下S2，C4正極點為高電位，給Q2基極以高電位，Q2導通，使Q1基極低電位，Q1導通。VCC輸出。VCC輸出，通過W1，給Q2高電位，Q2持續導通，通過R5給Q3基極高電位，Q3導通。C4正極低電位。若VCC過載，電源自動關斷。VCC有輸出，再次按下S2，電源關斷。此電源的優點為：可過載保護，不用注意輸入電源的極性。可調電壓，精準輸出。按鈕控制，更方便。2.4時鐘電路的模塊設計2.4.1原理圖如圖3-6為時鐘電路模塊的設計原理圖。圖2.4.1時鐘電路圖原理說明單片機的最小系統有三部分組成，即電源，時鐘電路和復位電路。其中單片機的電源引腳與5V電源連通即可，而時鐘電路和復位電路還需接口擴展，這也是單片機的基本電路操作。時鐘電路用于產生單片機工作所需的時鐘信號，時序是指令執行中各信號之間的相互關系。單片機本身就如同一個復雜的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實現，電路應在唯一的時鐘信號控制下嚴格地按時序進行工作。在STC89C52單片機部帶有時鐘電路，因此，只需要在片外通過XTAL1和XTAL2引腳接入定時控制元件(晶體振蕩器和電容)，即可構成一個穩定的自激振蕩器。在STC89C52芯片部有一個高增益反相放大器，而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調電容。在單片機的XTAL1腳和XTAL2腳之間并接一個晶體振蕩器就構成了部振蕩方式。STC89C52單片機部有一個高增益的反相放大器，XTAL1為部反相放大器的輸入端，XTAL2為部反相放大器的輸出端，在其兩端接上晶振后，就構成了自激振蕩電路，并產生振蕩脈沖，振蕩電路輸出的脈沖信號的頻率就是晶振的固有頻率。在實際應用常還需要在晶振的兩端和地之間各并上一個小電容。用晶振和電容構成諧振電路。電容大小與晶振頻率和工作電壓有關。但電容的大小影響振蕩器的穩定性和起振的快速性，為了提高精度，本實驗板采用20pF的電容作為微調電容。在設計電路板時，晶振、電容等均應盡可能靠近芯片，減小分布電容，以保證振蕩器振蕩的穩定性。復位電路模塊的設計。原理圖如圖3-7為復位電路模塊的設計原理圖。C6C6CDS18SWSPSTVCC1KR2Res2RESET圖3-7上電手動復位電路原理圖原理說明復位是單片機的初始化操作，其目的是使CPU和系統中各部分處于一個確定的狀態，并從這一狀態開始工作。系統上電路或死機后都要進行復位操作。單片機的RST引腳為復位引腳，振蕩電路正常工作后，RST端加上持續兩個機器周期的高電平后，單片機就被復位。復位電路有3種基本方式：上電復位，開關復位和看門狗復位。本課題采用按鍵開關復位是指通過接通按鈕開關，使單片機進入復位狀態。開關復位電路一般不單獨使用。在應用系統設計中，若需使用開關復位電路，一般的做法是將開關復位與上電復位組合在一起形成組合復位電路，上電復位電路完成上電復位功能，開關復位電路完成人工復位。圖中C7與R1構成了上電復位電路。上電復位后，電源經R2對C6充滿電源，C6等效于開路，RESET端為低電平；單片機正常工作。按開關后，C6兩端電荷經R2迅速放電，開關斷開后，由C6、R2與電源完成對單片機的復位操作。在上述電路中C6、R2按上電復位電路的設計而取值。復位電路的作用非常重要，能否成功復位關系但單片機系統能否正常運行