基于單片機的簡易計算器(優(yōu)秀論文)

1、編號：100509054015本 科 畢 業(yè) 論 文題 目：基于單片機的簡易計算器 學 院：物理與電子信息學院 專 業(yè)：電子信息工程 年級：10電子信息工程 姓 名：覃海洋 指導教師：叢夢龍 完成日期：2014.4.15 目 錄摘 要3Abstract4引 言5一、系統(tǒng)總體設(shè)計611設(shè)計概述612系統(tǒng)整體模塊圖613實現(xiàn)方案6二、硬件系統(tǒng)設(shè)計72.1 AT89S52單片機72.2單片機復位電路82.3單片機的外接晶振電路92.4 4x4矩陣鍵盤92.5 八段LED數(shù)碼管142.6 51單片機最小系統(tǒng)15三、程序調(diào)試與系統(tǒng)仿真113.1程序調(diào)試153.2程序流程圖263.3系統(tǒng)仿真27結(jié) 語28

2、主要參考文獻29致 謝30內(nèi)蒙古民族大學本科生畢業(yè)論文摘 要 近十年來，隨著科學技術(shù)的提高，電子行業(yè)發(fā)展迅速，各種電子產(chǎn)品應(yīng)運而生，其中基于單片機的各類器件更新尤其顯著。在日常的生活中，電子產(chǎn)品無處不在，所涉及的領(lǐng)域十分廣泛。計算器是人們?nèi)粘Ｉ畹闹匾ぞ撸鋷椭藗兛旖莸赝瓿梢恍┓爆嵉挠嬎?，因此一款好的計算器可以給人們的生活帶來極大的便易。根據(jù)以上背景，本設(shè)計旨在研究一款簡單便捷的計算器，方便人們的日常生活。同時，本設(shè)計的大致思想為-設(shè)計以AT89S52單片機作為主控芯片，采用4x4矩陣鍵盤做為輸入，以4位八段數(shù)碼管做顯示，可以進行無符整數(shù)的加、減、乘、除運算，具有清零復位功能，并帶有溢出提

3、示。這樣的一款計算器可以滿足人們?nèi)粘５挠嬎阈枨蟆Ｍ瑫r，考慮到時代環(huán)境的要求，本設(shè)計的所有程序均采用C語言編寫，這樣不僅可以降低程序的編寫難道，而且可以便于日后程序的移植、修改、升級。設(shè)計中用以兩片8位三態(tài)鎖存器74HC573D來對數(shù)碼管的地址和數(shù)據(jù)進行鎖存，同時用蜂鳴器來作為溢出報警提示。單片機的晶振電路和復位電路均采用常規(guī)電路。關(guān)鍵詞：AT89S52；計算器；矩陣鍵盤；數(shù)碼管AbstractOver the past decade, with the improvement of science and technology, the electronics industry develop

4、ed rapidly, a variety of electronic products emerged, and various types of microcontroller-based device update are particularly significant. In peoples daily life, electronic products are in a wide range of areas. Calculator is an important tool for people's daily life, which helps people quickl

5、y complete some tedious calculations, so a good calculator can bring to people greatly easy.This study designed a simple and convenient calculator to facilitate people's daily life. Meanwhile, the general idea of this design is - AT89S52 microcontroller as the master chip, using 4x4 matrix keybo

6、ard as input to 8 eight digital tube to do, it can do an unsigned integer add, subtract, multiply, and divide operation. In addition, it has clear and reset function, and with overflow prompts. Such a calculator can meet peoples computing needs.At the same time, taking into account the environmental

7、 requirements of the times, all programs are designed by the C language, so it can reduce the work of writing programs, and can facilitate future transplant procedures, modifications, upgrades. The calculator uses eight-bite tri-state 74HC573D to latch the address and the data of the digital, and us

8、e buzzer as an overflow alarm. Single-chip crystal oscillator circuit and reset circuit are used by the conventional circuit.Key words:AT89S52 ;Calculator ;Matrix keyboard;8 digital tube 引 言隨著科技的提高，人們對于電子產(chǎn)品的需求日益增強，一款好的電子產(chǎn)品不僅要物美價廉，而且應(yīng)該簡單易懂。生活中，計算無處不在，小到日常的小計算，大到科技尖端的發(fā)展。日常生活中計算器的種類繁多，有些計算器的功能過于強大，甚至涉及

9、到按鍵的復用，這樣一來反而不便于老人及小孩的使用，在浪費了資源同時，也有可能給人們帶來不舒心的體驗。因此，需要一款設(shè)計旨在制作一款簡單易操作的計算器，能夠完成對無符號整數(shù)加、減、乘、除計算即可，這樣已經(jīng)可以滿足人們在日常生活中對一些簡單數(shù)據(jù)的運算，以方便人們的日常生活，提高其生活質(zhì)量。同時，要盡可能地運用易得的器件，這也是產(chǎn)品設(shè)計的一個出發(fā)點，故本設(shè)計采用市場上常見的AT89S52單片機作為核心芯片，以4x4矩陣鍵盤做輸入，以8段LED數(shù)碼管的動態(tài)掃描來做輸出顯示，其中用8位三態(tài)鎖存器74HC573D來對數(shù)碼管的地址和數(shù)據(jù)進行鎖存，用蜂鳴器來進行溢出提示，對單片機的外圍晶振和復位均采用常規(guī)電路

10、。其中，用C語言來完成對程序各個部分的編寫，這樣不僅可以減小編程的難度，而且易于以后對程序的移植、修改和升級。通過完成此次設(shè)計，可以進一步加強對單片機理論的學習，有利于掌握其它電子模塊如數(shù)碼管，矩陣鍵盤等，而且能夠熟悉并掌握單片機開發(fā)常用的軟件如：PROTEUS,KEIL，STC-ISP等，進一步提高自身的實際動手能力，深化而系統(tǒng)地理解嵌入式的軟硬設(shè)計思路。這樣，有利于日后更高層次的學習，豐富單片機產(chǎn)品的開發(fā)經(jīng)驗，能夠更加快速的融入這一行業(yè)，為以后工作或深造打下良好的基礎(chǔ)。5一、系統(tǒng)總體設(shè)計11設(shè)計概述 根據(jù)畢業(yè)設(shè)計要求，目的是要設(shè)計一款簡單易操作的計算器。本設(shè)計以大學本科期間所學的AT89S

11、52單片機為核心芯片，采用4x4矩陣鍵盤輸入，以8位八段數(shù)碼管動態(tài)掃描做輸出顯示，可以進行無符號整數(shù)的加、減、乘、除運算，具有清零功能，并帶有溢出提示。12系統(tǒng)整體模塊圖圖1 系統(tǒng)整體模塊圖Figure 1 Overall system block diagram13實現(xiàn)方案 經(jīng)過綜合考慮，最終決定實現(xiàn)方案如下：a) 使用AT89S52單片機為主控芯片；b) 顯示模塊使用4位八段數(shù)碼管；c) 輸入使用4x4矩陣鍵盤作為輸入模塊；d) 使用8位三態(tài)鎖存器74HC573D來對數(shù)碼管的地址和數(shù)據(jù)進行鎖存；e) 用蜂鳴器來做溢出提示；f) 其中的晶振電路和復位電路均采使常規(guī)電路；二、硬件系統(tǒng)設(shè)計 2.

12、1 AT89S52單片機(1)芯片簡介 AT89S52單片機是ATMEL公司生產(chǎn)的是一款CMOS工藝的8位單片機。它帶有8KB的可在線編程的 Flash 存儲器，該單片機與80C51系列單片機的指令系統(tǒng)及引腳完全兼容，具有較高的性能價格比，使其在嵌入式開發(fā)中仍有著廣泛的應(yīng)用。AT89S52單片機為40引腳芯片，具有PDIP，PLCC和TQFP3鐘封裝形式。各引腳的功能如下：P0口8位、開漏極、雙向I/O口。 P0可作為通用I/O口，每個引腳可驅(qū)動8個TTL負載；當做輸入時，每個端口首先置1。P1口8位、雙向I/O口，內(nèi)含上拉電阻。P1口為用戶使用的通用I/O口，每個引腳可驅(qū)動4個TTL負載。當

13、用做輸入時，每個端口首先置1。P1.0和P1.1引腳也是定時器2的外部計數(shù)輸入(P1.0/T2)和觸發(fā)器輸入(P1.1/T2DX)。 P2口8位、雙向I/O口，內(nèi)部具有上拉電阻。P2口可用做通用I/O，可以驅(qū)動4個TTL負載。對P2口各位寫入1，可作為輸入。每個引腳由外部負載拉為低電平時，經(jīng)由內(nèi)部上拉電阻向外輸出電流。P3口8位、雙向I/O口，內(nèi)部含有上拉電阻。P3口可用做通用I/O口，可驅(qū)動4個TTL負載。當用做輸入時，要先將P3口各位置如外部負載將P3口拉低，則經(jīng)過上拉電阻向外輸出電流。RST單片機復位輸入端，當對其連續(xù)作用兩個機器周期以上高電平時，單片機自動復位。 XTAL1和XTAL2

14、XTAL1是片內(nèi)振蕩器反相放大器和時鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2是片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。（2）AT89S52的PIDP封裝引腳排列圖及實物圖圖2 AT89S52的PIDP封裝引腳排列圖及實物圖Figure 2 AT89S52 of PIDP package pinout diagram and physical map2.2單片機復位電路圖3 單片機復位電路Figure 3 MCU reset circuit 復位電路即是使單片機復位的電路，就是利用它將單片機恢復到其實狀態(tài)。如圖2.2所示，VCC上電時，電容C1充電，電流從電阻R2流過，在電阻R2上出現(xiàn)高電壓，從而使單片機復位。幾個毫

15、秒后，C1充滿電，流過R2的電流為零，從而其上的電壓也為零，單片機進入工作狀態(tài)。 工作期間，按下按鈕，電容C1放電，松開按鈕，電容C1充電，繼而又會在電阻R2上產(chǎn)生高電壓，幾個毫秒后，單片機再次進入工作狀態(tài)。注：當AT89S52單片機的復位引腳上有持續(xù)兩個機器周期以上的高電平時，單片機復位。2.3單片機的外接晶振電路圖4 單片機的外接晶振電路Figure 4 MCU external crystal oscillator circuitAT89S52單片機內(nèi)部雖然已有震蕩電路，但為了提高其時間精準度與穩(wěn)定度，故采用外接時鐘晶振。外接晶體引腳:XTAL1是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端，XTAL2

16、則是輸出端，使用外部振蕩器時，外部振蕩信號應(yīng)直接加到XTAL1，而XTAL2懸空。2.4 4x4矩陣鍵盤圖5 4x4矩陣鍵盤電路圖Figure 5 4x4 matrix keyboard schematics圖6 矩陣鍵盤輸入功能圖Figure 6 Matrix keyboard input function chart在本設(shè)計中我采用了4x4矩陣鍵盤來作為輸入，用單片機的P3口與其對接，實現(xiàn)計算器的輸入功能，具體如下：以第一行掃描為例，其余行數(shù)以此類推，先給P3.0口一低電平其余全為高電平，即P3口此時為11111110，然后去取出其高四位，通過去判斷其高四位的值的變換來得到相應(yīng)的鍵入值，如

17、當P3為1110 1110 時則"1"被按下；當為1101 1110時 "2"被按下；當為1011 1110 時"3"被按下；當為0111 1110 "+"被按下。以此類推。鍵盤第一行掃描程序如下：/第一行掃描/ P3=0xfe;/1111 1110讓P3.0輸出低 temp=P3; temp=temp&0xf0;/1111 0000位與操作 屏蔽低四位 if(temp!=0xf0) delay(10);/延遲來判斷是否是干擾 temp=P3; temp=temp&0xf0; if(temp!=0x

18、f0) temp=P3;switch(temp) case 0xee:key=1;break;/1110 1110 "1"被按下 case 0xde:key=2;break;/1101 1110 "2"被按下 case 0xbe:key=3;break;/1011 1110 "3"被按下 case 0x7e:key=10;break;/0111 1110 "+"被按下while(temp!=0xfe) /判斷按鍵是否松開 temp=P3; temp=temp&0xf0;display(key);delay(

19、22); 2.5 八段LED數(shù)碼管圖7 八段LED數(shù)碼管實物圖Figure 7 Eight LED digital physical map圖8 8位八段LED數(shù)碼管電路圖Figure 8 8 eight LED digital circuit diagram 在本設(shè)計中，采用8位八段共陰數(shù)碼管作為輸出顯示，并利用數(shù)碼管的動態(tài)顯示來顯示輸出，其中用到兩片8位三態(tài)鎖存器74HC573D來對數(shù)碼管的地址和數(shù)據(jù)進行鎖存，其分別P0口對接，來傳輸數(shù)據(jù)，用P26口來控制段選，用P27來控制段選，以此來實現(xiàn)動態(tài)掃描。 74HC573D其引腳主要功能如下：引腳 主要功能 引腳 主要功能 1 緩沖輸出使能控制

20、輸入端 11 鎖存使能控制輸入端 2 數(shù)據(jù)1輸入端 12 數(shù)據(jù)輸出端，輸出相應(yīng)輸入端數(shù)據(jù) 3 數(shù)據(jù)2輸入端 13 數(shù)據(jù)輸出端，輸出相應(yīng)輸入端數(shù)據(jù) 4 數(shù)據(jù)3輸入端 14 數(shù)據(jù)輸出端，輸出相應(yīng)輸入端數(shù)據(jù) 5 數(shù)據(jù)4輸入端 15 數(shù)據(jù)輸出端，輸出相應(yīng)輸入端數(shù)據(jù) 6 數(shù)據(jù)5輸入端 16 數(shù)據(jù)輸出端，輸出相應(yīng)輸入端數(shù)據(jù) 7 數(shù)據(jù)6輸入端 17 數(shù)據(jù)輸出端，輸出相應(yīng)輸入端數(shù)據(jù) 8 數(shù)據(jù)7輸入端 18 數(shù)據(jù)輸出端，輸出相應(yīng)輸入端數(shù)據(jù) 9 數(shù)據(jù)8輸入端 19 數(shù)據(jù)輸出端，輸出相應(yīng)輸入端數(shù)據(jù) 10 接地端 20 5V電源電壓輸入端具體實現(xiàn)為，首先進行位選，選擇要用于顯示的位；然后進行段選，輸出相應(yīng)的數(shù)據(jù)。其實

21、數(shù)碼管的動態(tài)顯示是一個顯示掃描的過程，所以我們可以利用余輝現(xiàn)象來實現(xiàn)其連續(xù)不閃爍的顯示。共陰數(shù)碼管的編碼： uchar code sz17= 0x3f , 0x06 , 0x5b ,0x4f , 0x66 , 0x6d ,0x7d ,0x07 , 0x7f , 0x6f ,0x77 , 0x7c , 0x39 , 0x5e ,0x79 , 0x71 , 0x00; /共陰數(shù)碼管0-9&A-F&“不顯示” 字型碼。顯示個位、十位程序如下：void display(uint num)/數(shù)碼管動態(tài)顯示函數(shù) uint g,s,b,q;/g,s,b,q,分別代表個，十，百，千位上的數(shù) i

22、f(num>9999)/四位數(shù)碼管，最大顯示為9999 clear();/調(diào)用溢出函數(shù) else q=num/1000%10,b=num/100%10,s=num/10%10,g=num%10;/通過取余的方式，取出各位上的數(shù)， P0=szg;/個位顯示 DU=1;/選段 DU=0; P0=0x7f;/選中第一位數(shù)碼管 WE=1; /選位 WE=0; delay(5); if(num>9)/大于9時才去打開第二位數(shù)碼管，便于省電，以此類推一下情況 P0=szs;/十位顯示 DU=1; DU=0; P0=0xbf; WE=1; WE=0; delay(5); 2.6 51單片機最小系

23、統(tǒng)圖9 51單片機最小系統(tǒng)Figure 9 51 SCM minimum system 三、程序調(diào)試與系統(tǒng)仿真3.1程序調(diào)試 程序調(diào)試過程，采用了分塊調(diào)試的方法。調(diào)試與仿真中用到的軟件有：Proteus,Keil C51,STC-ISP（1） 數(shù)碼管顯示部分的調(diào)試對數(shù)碼管顯示部分程序進行人為的賦值，如對其顯示變量num賦123，去觀察數(shù)碼管是否能夠正確的進行顯示123，如若不能，則修改顯示程序，直至能夠正確顯示，然后進行下一模塊的調(diào)試。（2） 矩陣鍵盤輸入部分的調(diào)試首先不用加入計算程序，直接將矩陣鍵盤輸入程序與數(shù)碼管顯示程序?qū)?，用?shù)碼管顯示的值去檢驗矩陣鍵盤輸入程序是否正常，能否得到正確的鍵

24、入值，如若不能，修改鍵入程序，直至能夠正確輸入，然后進行下一模塊的調(diào)試（3） 整體調(diào)試調(diào)試時，主要采用部分注釋和插入小燈的方法進行調(diào)試。當不知道程序運行到哪里時，我們對一些關(guān)鍵位置插入小燈，如果小燈被點亮，說明程序能夠運行到此處，如果未被點亮說明程序未能運行到此處，則應(yīng)該修改程序，看其是否進入了死循序，或檢查判斷條件是否寫錯等。在調(diào)試過程中，也可以對部分程序進行注釋來找出程序錯誤的地方。簡易計算器的完整程序：#include<reg52.h> /AT89S52單片機頭文件#include"bstv51.h"/開發(fā)板自帶頭文件uint num1=0,num2=0,

25、disbuf;/num1為第一位操作數(shù)，num2為第二位操作數(shù)，disbuf為顯示緩存模塊，uchar cord,temp,flag=1,key;/cord記錄運算符，temp存矩陣鍵盤高位四位，flag記錄第幾操作數(shù)，key鍵盤返回值。uchar code sz17=0x3f , 0x06 , 0x5b ,0x4f , 0x66 , 0x6d ,0x7d , 0x07 , 0x7f , 0x6f ,0x77 , 0x7c , 0x39 , 0x5e , 0x79 , 0x71 , 0x00; /0-9&A-F&“不顯示” 字型碼 ,code代表寫入rom里void delay

26、(uint xms)/延遲函數(shù)，延遲xms uint i,j;for(i=xms;i>0;i-) for(j=112;j>0;j-);void clear() /清除或溢出處理函數(shù) num1=0,num2=0,disbuf=0,flag=1,FM=0;/清零，并打開蜂鳴器進行提示 delay(90); FM=1; /關(guān)閉蜂鳴器void display(uint num)/數(shù)碼管動態(tài)顯示函數(shù) uint g,s,b,q;/g,s,b,q,分別代表個，十，百，千位上的數(shù) if(num>9999)/四位數(shù)碼管，最大顯示為9999 clear();/調(diào)用溢出函數(shù) else q=num/

27、1000%10,b=num/100%10,s=num/10%10,g=num%10;/通過取余的方式，取出各位上的數(shù)， P0=szg;/個位顯示 DU=1;/選段 DU=0; P0=0x7f;/選中第一位數(shù)碼管 WE=1; /選位 WE=0; delay(5); if(num>9)/大于9時才去打開第二位數(shù)碼管，便于省電，以此類推一下情況 P0=szs;/十位顯示 DU=1; DU=0; P0=0xbf; WE=1; WE=0; delay(5); if(num>99) P0=szb;/百位顯示 DU=1; DU=0; P0=0xdf; WE=1; WE=0; delay(5);

28、if(num>999) P0=szq;/千位顯示 DU=1; DU=0; P0=0xef; WE=1; WE=0; delay(5); void keyin()/鍵入函數(shù)/第一行掃描/P3=0xfe;/1111 1110 讓P3.0口輸出低temp=P3;temp=temp&0xf0;/1111 0000位與操作 屏蔽后四位if(temp!=0xf0) delay(10);/用延遲來判斷是否是誤操作temp=P3;temp=temp&0xf0;if(temp!=0xf0) temp=P3;switch(temp) case 0xee: /1110 1110 1被按下 ke

29、y= 1; break; case 0xde: /1101 1110 2被按下 key= 2; break; case 0xbe: /1011 1110 3被按下 key= 3; break; case 0x7e: /0111 1110 +被按下 key= 10; break;while(temp!=0xf0)/看按鍵是否松開 temp=P3;temp=temp&0xf0;/第二行掃描/P3=0xfd;/1111 1101 讓P3.1口輸出低temp=P3;temp=temp&0xf0;/1111 0000位與操作 屏蔽后四位if(temp!=0xf0) delay(10);t

30、emp=P3;temp=temp&0xf0;if(temp!=0xf0) temp=P3;switch(temp) case 0xed: /1110 1101 4被按下 key= 4; break; case 0xdd: /1101 1101 5被按下 key= 5; break; case 0xbd: /1011 1101 6被按下 key= 6; break; case 0x7d: /0111 1101 -被按下 key= 11; break;while(temp!=0xf0) temp=P3;temp=temp&0xf0; /第三行掃描/P3=0xfb;/1111 101

31、1 讓P3.2口輸出低temp=P3;temp=temp&0xf0;/1111 0000位與操作 屏蔽后四位if(temp!=0xf0) delay(10);temp=P3;temp=temp&0xf0;if(temp!=0xf0) temp=P3;switch(temp) case 0xeb: /1110 1011 7被按下 key= 7; break; case 0xdb: /1101 1011 8被按下 key= 8; break; case 0xbb: /1011 1011 9被按下 key= 9; break; case 0x7b: /0111 1011 *被按下 k

32、ey= 12; break;while(temp!=0xf0) temp=P3;temp=temp&0xf0; /第四行掃描/P3=0xf7;/1111 0111 讓P3.0口輸出低temp=P3;temp=temp&0xf0;/1111 0000位與操作 屏蔽后四位if(temp!=0xf0) delay(10);temp=P3;temp=temp&0xf0;if(temp!=0xf0) temp=P3;switch(temp) case 0xe7: /1110 0111 clear被按下 key= 13; break; case 0xd7: /1101 0111 0

33、被按下 key= 0; break; case 0xb7: /1011 0111 =被按下 key= 14; break; case 0x77: /0111 0111 /被按下 key= 15; break;while(temp!=0xf0) temp=P3;temp=temp&0xf0; void js()/運算函數(shù) if(flag=1)/ 第一個操作數(shù)及運算符處理 keyin();/鍵入第一操作數(shù) if(key<10)/輸入的是數(shù)值 num1=num1*10+key;/拼接輸入操作數(shù) disbuf=num1;/顯示第一操作數(shù) key=20;/人為給key賦值，準確讀下一次鍵值

34、 else if(key=10 )/輸入是加號 cord='+' flag=2; key=20; else if(key=11 )/輸入使減號 cord='-' flag=2; key=20; else if(key=12 )/輸入是乘號 cord='*' flag=2; key=20; else if(key=15)/輸入是除號 cord='/' flag=2; key=20; else if(key=13)/輸入是清除號 clear(); flag=1; key=20; else if(flag=2)/第二個操作數(shù)處理 key

35、in(); if(key<10) num2=num2*10+key;/拼接第二個操作數(shù)disbuf=num2;key=20; else if(key=13)/輸入是清除號 clear(); flag=1; key=20; else if(key=14)/輸入等號 switch(cord)/判斷運算類型 case '+': disbuf=num1+num2;break;/執(zhí)行加運算 case '-': disbuf=num1-num2;break;/執(zhí)行減運算 case '*': disbuf=num1*num2;break;/執(zhí)行乘運算 case '/': disbuf=num1/num2;break;/執(zhí)行除運算 void main()/主程序 bstv51_init(); /學習板初始化 while(1)/讓程序開機后一直運行 js();/調(diào)用計算程序 display(disbuf);/顯示結(jié)果 3.2程序流程圖：圖10程序流程圖Figure 10 Program flow chart3.3系統(tǒng)仿真圖11 仿真電路圖Figure 11 Circuit simulation 系統(tǒng)仿真電路圖用Proteus進行搭建，4*4矩陣鍵盤用16個按鈕進行搭建，兩片74HC573分別控