單片機簡易計算器設計目錄 92051引言 1152711.1背景 1187641.2研究內容 1320302計算器的分析與設計方案 3313782.1計算器的介紹 3271142.2系統的方案分析 334512.2.1單片機的選型 451002.2.2顯示方案 470002.2.3鍵盤輸入方案 4108253硬件設計 6280403.1AT89C51單片機 6298263.1.1AT89C51的引腳 7191093.1.2AT89C51的時鐘電路 7121573.1.3AT89C51的復位電路 845743.2液晶顯示電路 891963.3鍵盤 10159674軟件設計 12185954.1主程序流程圖 12314114.2鍵盤掃描子程序 1363634.3液晶顯示程序 13277845在PROTEUS下的系統仿真 16177965.1ProteusISIS軟件介紹 16254035.2Proteus工作過程 16250925.3Proteus仿真運行 17102586系統測試 19286976.1系統硬件調試 19258836.2系統軟件調試 1930116.3系統功能測試 2032757結束語 2116207致謝 2228704參考文獻 232308附錄電路圖 245248附錄實物圖 259991附錄源程序 261引言1.1背景計算器，通常被稱為“電子計算器”，所以，可以看作是“電子計算器”的縮寫，這個詞是由日語引入中國的。雖然沒有給出在《現代漢語詞典》的定義,但可以被理解為:“手持機器可以執行數學運算,與集成電路芯片,但結構簡單,比現代電腦結構簡單得多,可以說是第一代計算機,功能也較弱,但更方便和便宜,可以廣泛應用于商業交易,也可以被看作是一個必要的辦公用品。”計算器是一個簡單的計算工具，有些模型具有函數計算功能，有些模型具有一定的存儲功能，但一般只能存儲幾組數據。在某些方面，“計算機”的廣義概念包括“電子計算器”。電子計算器也有集成電路，但計算器功能簡單，價格便宜，效益好，穩定性好。隨著時代的進步和發展，單片機技術在我們的生活、工作、科研等領域已經成為一項更加成熟的技術。目前，大多數計算器都是基于單片機系統的。計算器的未來是小型化和便攜性，例如使用太陽能提供電池的計算器，使用ASIC設計的計算器，以及使用純軟件的計算器。如何使計算機技術更加成熟，充分利用現有的軟件和硬件條件，設計出更好的計算機，為各行業提供更好的服務，是目前電子領域的重要研究課題。1.2研究內容目前，計算器的功能正趨于完善，我們的研究重點主要集中在節能和設計的簡化上。這些不是我現在能做的事情。作為21世紀的學生，我們對計算器的應用非常熟悉，但他們并不一定知道計算器的結構。因此，利用這個機會，我決定從我自己的知識開始，設計一個簡單計算器功能的計算器，來觀察計算器的基本結構原理。本設計采用AT89C51單片機為核心，P3為輸入，外接鍵盤，通過鍵盤掃描控制輸入量，在P0端口和P2端口驅動電路中，用于保證LCD模塊的正常工作。

2計算器的分析與設計方案2.1計算器的介紹電子計算器的出現是制造計算工具的一個巨大進步，它結合了算盤、計算尺、紙、筆的功能，部分取代了人的邏輯思維，計算速度快，計算結果準確可靠。隨著計算機的普及，人們預測計算器將會走出歷史的舞臺。然而，電子技術的不斷進步也使得計算器的功能越來越強大。與電子計算機相比，它具有體積小、攜帶方便、易于掌握、無需編程計算簡單、節省工作時間等優點。因此，它的應用不僅沒有縮小，而且廣泛應用于工程計算、商業和金融業務，以及中學數學、物理和化學教學。隨著計算機和計算機網絡的日益普及，一些機構和個人在計算機上進行編譯，并提供各種輔助計算器，作為一種靈活方便的輔助計算工具，幫助人們解決各種實際問題[1]。2.2系統的方案分析該計算器是最典型的單片機系統，涉及輸入設備-鍵盤、輸出設備-LCD模塊。系統結構框圖如圖2-1所示。計算機控制系統、數據和控制信號輸入主要使用鍵盤、鍵盤接口，特別是軟件的類型信號處理方法是影響系統使用和運行性能的重要因素之一。在單片機系統中，液晶顯示器是反映單片機系統輸出和操作輸入的有效裝置。因此，在本設計中，設備選擇主要涉及單片機的選擇、顯示方案和鍵盤輸入方案。鍵盤鍵盤輸入數據液晶顯示單片機圖2-1硬件結構框圖2.2.1單片機的選型在這種設計中，單片機是系統的控制核心，所以單片機的選擇對設計系統的實現和功能的擴展有很大的影響。單片機有很多種，在51系列單片機中，更常用的是AT89C51單片機和AT89S52單片機。AT89C51內部的4KROM是一個Flash進程。使用專門的程序員，它可以在任何時候刪除和重寫單個芯片，其中有128個字節的RAM。AT89C51已經滿足了這個設計的要求。與此同時，我們熟悉這個單片機芯片。因此，我們在此設計中選擇ATMEL公司AT89C51單片機。2.2.2顯示方案(1)7段LED數碼顯示。在單片機系統中，LED常被用作重要的顯示方法。LED顯示屏由7個發光二極管組成，也稱為7段LED顯示屏。它也被稱為LED數碼管，因為它主要用于顯示各種數字符號。每個監視器也有一個圓點發光二極管用于顯示小數點。但是，這個顯示不是很直觀，而編程比較復雜，顯示的字符更少。(2)液晶模塊芯片。LCD是液晶顯示器的縮寫，它是一種數字顯示技術，通過液晶和彩色濾光器過濾光源，并在平板上產生圖像。在實際應用中，用戶很少直接設計LCD顯示屏的驅動界面，一般直接使用專用的LCD顯示驅動和LCD顯示模塊。其中,LCD顯示模塊LCM(液晶顯示模塊)是將液晶顯示器,背景光源,電路板和驅動器集成電路組件構成一個整體,作為一個獨立的單位,擁有強大的功能,容易控制,簡單的接口的優點,廣泛應用于單片機系統。而本次選擇的LCD1602芯片屬于字符型顯示模塊[2-3]。2.2.3鍵盤輸入方案鍵盤是單片機系統中數據和控制參數輸入和修改的基本輸入設備，是人機對話的重要組成部分，是人類干預系統的重要手段。鍵盤輸入是單片機應用系統中最廣泛使用的輸入法。它的主要對象是各種按鈕或開關。這些鍵或開關可以單獨使用，也可以作為一個鍵數組使用。鍵盤是由幾個鍵組成的開關矩陣。它是最簡單的儀器輸入設備，可以通過鍵盤輸入數據或命令，實現簡單的人機對話。鍵盤上的閉合鍵的識別是一個由專用硬件實現的鍵盤，稱為編碼鍵盤。每次按下鍵盤時，鍵自動提供按鈕的讀數，并產生一個脈沖通知微處理器。一般來說，它也有一個彈跳和一個按鈕保護功能。這個鍵盤處理軟件很簡單，但是硬件更復雜。鍵盤上的鍵盤是一個由軟件實現的鍵盤，稱為非編碼鍵盤。非編碼鍵盤簡單地提供鍵盤矩陣信號的行和列，其他操作如識別、鍵盤按鍵、抖動等都是由軟件完成的，所以這種鍵盤處理軟件比較復雜，但硬件很簡單[4-5]。本設計使用的鍵盤是由幾個簡單的按鍵組成的開關矩陣，我們使用非編碼鍵盤，具有結構簡單、使用靈活的特點。

3硬件設計這個設計是基于51系列單片機簡單的計算器系統的設計和實現,用于硬件設備的設計包括單片機、鍵盤和液晶顯示器,可以完成計算器鍵盤輸入,沒有浮點的加、減、乘、除數字運算和相應的顯示在液晶。鍵盤主要負責數據的輸入。SCM主要處理輸入數據，并將處理后的數據發送到輸出設備，即監視器。由于AT89C51單片機中有足夠的程序存儲單元和數據存儲單元，不需要外圍存儲擴展。軟件方面從分析計算器功能，流程圖設計，到程序的編程進行系統設計。從應用程序的編程語言和效率的總體設計和功能的C語言和匯編語言進行比較分析,針對計算器運算算法,特別是乘法和除法的實現,最后選擇最高效的編譯凱爾μVision2軟件的公司,使用C語言編寫。3.1AT89C51單片機AT89C51是一種低電壓、高性能的CMOS8位微處理器，具有4K字節閃爍可編程來擦除只讀存儲器，俗稱單片機。MCU芯片包含4k字節，可以反復擦除Flash只讀程序內存數據和128字節的隨機存取存儲器(RAM)，該設備采用ATMEL高密度非易失性存儲制造技術，以及MCS-51指令集和輸出管JiaoXiang兼容的行業標準。由于單片機的多功能8位CPU和閃存芯片，ATMELAT89C51的組合是一種有效的微控制器，對于許多嵌入式控制系統來說，它具有較高的靈活性和較低的價格。AT89C51單片機低功耗高性能單片機,40針,32外部雙向輸入/輸出(I/O)端口,包含兩個骨折外,同時兩個16位可編程定時計數器,兩個全雙工串行通信端口,AT89C51單片機編程可以按照常規方法進行,也可以在線編程。它將通用的微處理器與閃存，特別是可以重復寫入的閃存，有效地降低了開發成本。3.1.1AT89C51的引腳圖3-1為AT89C51的引腳圖。圖3-1AT89C51芯片引腳3.1.2AT89C51的時鐘電路a)內部時鐘b)外部時鐘圖3-2AT89C51時鐘電路3.1.3AT89C51的復位電路89C5189C51R1＋5VR2KRST89C51R1RST＋5VC13.2液晶顯示電路監控用于在微機應用系統和狀態反饋中實現數據輸出，在單片機系統中占有非常重要的位置，是人機界面為用戶提供的主要是系統的狀態。本設計中使用的LCD1602芯片是一個字符顯示模塊。該芯片與單片機的線路連接如圖3-4所示。圖3-4LCD1602A連接線路圖LCD1602可以顯示16個字符的2行，8個數據總線d0-d7,RS,R/W和E控制端口，工作電壓5V，以及字符對比度調整和背光。該模塊也可以通過4個數據傳輸兩次，只使用d4-d7。這樣就可以節省MCU的I/O端口資源。其引腳圖如圖3-5所示。圖3-5LCD顯示引腳圖引腳說明如表3-1所示,功能說明如下：V0:當電源接通時，LCD顯示器的對比度調整是最弱的。接地電源時，對比度最高。當對比度太高時，就會產生“鬼影”，所以在這個設計中，使用10k的電位計來調節對比度。電位器是一種可調諧的電子元件，由一個電阻體和一個旋轉或滑動系統組成。當兩個固定觸電的電阻，加上旋轉或滑動系統的電壓，改變了電阻體上接觸點的位置，在固定接觸和移動接觸之間，可以與具有一定電壓的移動接觸位置發生關系。電位器主要用作電壓分壓器，基本上相當于一個滑動變阻器。RS:寄存器選擇，高功率通常選擇數據寄存器;低功率選擇指令寄存器。R/W:讀取和寫入信號線，讀取高功率的操作。在低功耗上寫操作。當RS和R/W在一起以低功率時，他們可以寫指令或顯示地址。當RS為高電平，R/W為低功率時，可以寫入個人數據。E:為了啟用終端，當E從高水平跳轉到低功率時，液晶模塊執行命令。表3-1LCDl602芯片的引腳說明編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2雙向數據口2VDD電源正極10D3雙向數據口3VL對比度調節11D4雙向數據口4RS數據/命令選擇12D5雙向數據口5R/W讀/寫選擇13D6雙向數據口6E模塊使能端14D7雙向數據口7D0雙向數據口15BLK背光源地8D1雙向數據口16BLA背光源正極3.3鍵盤為了減少I/O端口的使用，鍵通常被安排成矩陣形式，如圖3-6所示。在矩陣鍵盤中，每條水平線和垂直線都不是直接連接在交叉口上，而是由一個按鈕連接起來。矩陣鍵盤,鍵實際上是一個機械開關,線的交點位于行和列線,如圖3-6所示為這條線4x4列用于16鍵矩陣鍵盤的設計,當按鈕被按下時,線和線的列的交叉線連接,使相應的行或列在線水平變化,新聞的關鍵水平變化。如圖3-6所示，是通過電阻器的供電線路，當列線的輸出端連接I/O端口作為輸入時，將做MCUI/O端口的行。這樣，當按鈕沒有按下時，所有輸出端子都是高電平，這意味著按鈕被按下。線輸出是低電平，一旦按鍵被按下，輸入線就會被拉下，通過讀取輸入線的狀態，你就可以看到按鍵是否被按下。圖3-64*4矩陣式鍵盤鍵盤使用的問題是我們應該特別注意的是如何消除鍵盤抖動。當按下一個鍵時，鍵會經常出現在關閉的位置和斷開的位置之間，以穩定到關閉狀態。因此有必要使密鑰抖動。一般來說，當密鑰數目相對較小時，可以采取硬件措施來消除r-s觸發器或單穩態電路的關鍵抖動。當密鑰數目較長時，常見的軟件跳跳，即采用軟件延遲方法。當對一個按鍵進行測試時，執行若干毫秒的延時子程序，然后判斷是否與信號級別對應的密鑰是否處于閉狀態，如果是的話，可以被識別為一個按鍵。當密鑰被釋放時，它也會被延遲幾毫秒，然后在反彈消失后將檢測到關鍵操作[4-5]。

4軟件設計當一臺計算機在工作時，它必須做各種各樣的事情。這些操作是程序員可以被計算機語言所接受的描述，提前解決問題的步驟，也是一個好的計算機程序。4.1主程序流程圖主程序主要是完成系統初始化以及各個程序之間的聯系任務。其程序流程如圖4-1所示。圖4-1主程序流程圖圖4-1主程序流程圖結束Y初始化全局變量調用液晶初始化程序調用鍵盤掃描子程序N判斷等號標志位是否為0延時并調用計算函數標志位復位及相關數據清零開始4.2鍵盤掃描子程序在電路設計中，鍵盤是一個非常重要的組成部分。鍵盤掃描程序決定了數據輸入結果是否正確，從而影響了輸出數據的準確性。鍵盤掃描器的主要功能是查找按鍵是否按下，并確定鍵鍵，輸入對應的程序，從而運行操作程序，以及相應的結果。為了消除抖動問題，需要在每次按鍵按下時延遲。圖4-2鍵盤掃描子程序流程圖圖4-2鍵盤掃描子程序流程圖YN鍵盤子程序返回YY延時延時去抖動掃描鍵盤執行鍵功能鍵釋放有鍵按下找到閉合鍵NN4.3液晶顯示程序本設計中使用的LCD1602芯片是一種可以顯示16*2字符的字符型顯示設備，因此該計算器在程序設計中使用雙行顯示。在液晶的第一行，顯示方程;在第二行中顯示了結果。因此，顯示程序是用兩個子例程完成的。圖4-3液晶顯示子程序1流程圖圖4-3液晶顯示子程序1流程圖NY開始清屏判斷是否按下運算符結束設置寫命令獲取顯示位置顯示內容Y計算所得數值判斷是否按下等號鍵N調用顯示子程序2無論顯示器是一個方程還是顯示結果，在程序開始時，首先要初始化LCD模塊的功能，并同意格式。在得到顯示地址之后，調用enablement函數來開始顯示內容。在初始化過程中，主要是設置打開和關閉的顯示、切換和閃爍;光標和屏幕的位移;設置工作模式和顯示模式。當方程的第一行顯示時，鍵的鍵值為0-9，處理的值在計算中得到正確的值。其流程圖如圖4-3所示。當第二行顯示時，光標會顯示在液晶的最后位置。因此，計算結果應該在顯示顯示之前進行處理。其流程圖如圖4-4所示。圖4-4液晶顯示子程序2流程圖4-4液晶顯示子程序2流程圖開始延時結束設置寫命令獲取顯示位置調用計算結果處理顯示函數顯示結果延時

5在PROTEUS下的系統仿真5.1單片機啟動、復位電路圖5-1單片機啟動、復位電路5.2Proteus工作過程應該在視圖菜單和系統顏色和圖形界面的大小下設置捕獲對齊。將必要的組件放入示意圖的編輯區域，并放置好位置并設置參數。5.3Proteus仿真運行應該在視圖菜單和系統顏色和圖形界面的大小下設置捕獲對齊。將必要的組件放入示意圖的編輯區域，并放置好位置并設置參數。接線和連接完成后，檢查軟件上的電氣檢查按鈕。如果有任何錯誤，將提供詳細信息。如果它是正確的，那么我們可以繼續下一步。該設計相對簡單，主要是單片機起動、復位電路、液晶顯示電路和鍵盤接口電路。其仿真圖如圖5-1，5-2，5-3所示。圖5-2液晶顯示電路圖5-3鍵盤接口電路在添加仿真文件后，可以運行仿真，可以運行、暫停、單步、停止仿真效果。圖5-4顯示了在運行狀態中分別加減乘除運算的結果。a)加b)減c)乘d)除圖5-4系統運行結果顯示

6系統測試單片機的系統調試主要包括硬件調試和軟件調試，不能分離。在軟件調試中發現并糾正了許多硬件錯誤。但是，在消除了明顯的硬件故障后，軟件可以與軟件結合，進一步排除故障。可見硬件調試是基礎，如果硬件調試不過關，軟件設計就不能啟動。6.1系統硬件調試首先，我們應該排除組件的故障。出現這種錯誤有兩個原因:一是組件在購買時已經損壞;另一種是由于焊接缺陷，導致設備損壞。為了排除這個錯誤，我們可以查看組件和設計需求的類型、規格和連接，并在確保安裝正確之后，用替換方法消除錯誤。其次,解決電力故障。在電源供應前一定要檢查電源的振幅和極性。硬件故障常常是由于設計和制造過程中的技術錯誤造成的。6.2系統軟件調試在確認硬件電路連接和焊接過程正確后，我們開始使用串行模擬的方法來調試軟件。一般來說，我們使用KeilC51uVision2進行模擬調試。6.3系統功能測試在硬件和軟件調試成功之后，我們將對其進行功能測試，看看是否符合設計要求。首先你需要燃燒程序到單片機芯片,即使用AT89C51單片機設計,但由于AT89C51平行燃燒,需要程序員,所以由AT89C51單片機和內部結構基本上是一樣的,但是使用串行燃燒,不需要程序員,只有ISP系統引導STC89C52代替。另外，通過PC端的控制程序，用戶的程序代碼可以通過PC端串口連接測試板下載到微控制器中。在測試后，乘法和除法的加法和減法通常可以實現，并且相對穩定。但與此同時，它也發現當不考慮需求分析時，一些更常用的鍵沒有被添加。

結束語主要任務是設計一個微機型計算機，計算機技術是典型的單片機系統。在計算器控制系統中，主要使用矩陣鍵盤輸入數據和控制信號，特別是軟件的類型信號處理方法是影響系統使用和運行性能的重要因素之一。在單片機系統中，LCD模塊是反映系統輸出和操作輸入的有效設備。對于這個畢業設計，由于缺乏設計經驗和知識的限制，一些原本設想的功能無法完全實現。這個設計應該是我們之前三年學習的總結報告。通過這個設計，我可以想到我以前犯過的很多錯誤。太習慣了考試，所以沒有重設學習的目標，只學習很多知識來學習應付考試，因為你真正的主人知道的只有很少，所以設計本身就不知道如何從一開始就開始。從這次畢業設計中，讓我對理論聯系的重要性有了更深的了解。只有通過更多的練習，我才能更好地運用所學到的知識。這對未來的學習工作同樣重要，這讓我更好地認識到，只有真正的實踐才能為人所知。

參考文獻朱煜君，劉品，劉斌．電子計算器的科學使用與技巧[M]．北京：國防工業出版社，2005李東勛，沈文浩，陳小泉．基于Proteus的液晶模塊仿真[J]．微計算機信息．2009，(13)：211-213趙亮．單片機液晶顯示技術入門與提高—用單片機控制液晶顯示模塊[J]．無線電．2007，(03)：36-38樊延虎，邵思飛，劉根據．一種單片機鍵盤顯示系統的設計[J]．延安大學學報(自然科學版)．2002，(02)：29-30李伍元．淺談單片機非編碼鍵盤工作原理及設計方法[J]．科技情報開發與經濟．2009，(02)：109-111蔣延彪，劉電霆，方華等．單片機原理及應用[M]．重慶：重慶大學出版社，2003HanJianguo，MiuJunbi，andGuiyunTian．FoundationandApplicationMicrocontroller[M]．HigherEducationPress，2004，(11)：54-162Peng-Sen

Wang，Chao-Ton

Su．AnOptimalYieldMappingApproachforthesmallandmediumsizedLiquidCrystalDisplays[J]．TheInternationalJournalofAdvancedManufacturingTechnology．2006，(27)：985-989張靖武，周靈杉．單片機系統的PROTEUS設計與仿真[M]．北京：電子工業出版社，2007董普松．Protues在單片機系統設計中的應用[J]．現代電子技術．2008，(14)：153-154JOHNP．HAYES．LogicDesignValidationviaSimulationandAutomaticTestPatternGeneration[J]．TheoryandApplications．2000，(16)：575-589劉淑紅，張國玉．單片機系統的PROTEUS和KEIL聯調設計與仿真[J]．儀器儀表用戶．2009，(02)：97-98

附錄電路圖

附錄實物圖

附錄源程序/*計算器2009.6*//*輸入數為unsignedlong*//* *//*結果為unsignedlong *//*鍵盤（4*4）：P3 *//*LCD數據總線：P0*/#include<reg52.H>#include<math.H> #defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#defineulongunsignedlongsbitLCDE=P2^3;sbitLCDRW=P2^0;sbitLCDRS=P2^4;voidLCDInit(); //LCD初始化voidWriteInstruc(uchar);//LCD寫指令函數voidlcd_control(); //LCD使能控制voidfrist_display(uchardisplay_sign,mark1);//第一行顯示，display_sign為mark[]的下標，mark1位顯示的位置（0-15）voidsecond_display(uchardisplay_result,mark2);//第二行顯示，display_sign為mark[]的下標，mark2位顯示的位置（0-15）voidkey_check(); //按鍵掃描voidcount_result(); //計算函數voidcompare_result(); //計算結果處理顯示voidmain(){negative=0; //負號division=0;//除號 /**************/subtraction=0;//減號 /*標志位初始化*/addition=0;//加號 /**************/multiplication=0;//乘號error=1;//開始時不能顯示運算符號number_second=1;//第二位運算數值位countend=1; //等號 digit=0; //數據初始化frist_number=0; second_number=0; result=0; P0=0xff;P2=0xff;LCDInit();while(1) { if(countend==1){