基于单片机的计算器设计论文

基于单片机的计算器设计论文内容摘要：

执行。 Pin31:EA/Vpp程序存储器的内外部选通线， 8051 和 8751 单片机，内置有 4kB 的程序存储器，当 EA 为高电平并且程序地址小于4kB 时，读取内部程序存储器指令数据，而超过 4kB 地址则读取外部指令数据。 如 EA 为低电平，则不管地址大小，一律读取外部程序存储器指令。 显然，对内部无程序存储器的 8031,EA 端必须接地。 在编程时， EA/Vpp脚还需加上 21V 的编程电压。 矩阵按键 键盘是单片机系统中最常用的人机 对话输入设备，用户通过键盘向单片机输入数据或指令。 键盘控制程序需完成的任务有：监测是否有键按下，有键按下时，若无硬件去抖动电路时，应用软件延时方法消除按键抖动影响；当有多个键同时按下时，只处理一个按键，不管一次按键持续多长时间，仅执行一次按键功能程序。 矩阵按键扫描程序是一种节省 I/O 口的方法 ,按键数目越多节省 I/O 口就越可 观，思路：先判断某一列（行）是否有按键按下，再判断该行（列）是哪 一只键按下。 但是，在程序的写法上，采用了最简单的方法，使得程序效率最高。 本程序中，如果检测到某键按下了，就不再检测其它的按 键，这完全能满足绝大多数需要，又能节省大量的 CPU 时间。 计算器设计总体思想 根据功能和指示要求，本系统选用以 MCS51 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。 14 具体设计如下： 由于要设计的是简单的计算器，可以进行四则运算，为了得到教好的显示效果，采用 LCD 显示数据和结果。 另外键盘包括数字键（ 09）、符号键（ +、 、 *、 /）、清除键和等号键，故只需要 16 个按键即可，设计中采用集成的计算机键盘。 执行程序：开机显示零，等待键入数值，当键入数字，通过 LCD 显示出来，当键入 +、 、 *、 /运算符，计算器在内部执行数值转换和存储，并等待再次键入数值后将显示键入的数值，按等号就会在 LCD 上输出运算结果。 错误提示：当单片机执行程序中有错误时，会在 LCD 上显示相应的提示，如：当输入的数值或计算器得到的结果大于计算器的显示范围时，计算器会在 LCD 上提示溢出；当除数为 0 时，计算器会在 LCD 上提示错误。 15 第 三 章 硬件系统设计 硬件系统是指构成微机系统的实体和装置，通常由运算器、控制器、存储器、输入接口电路和输入设备、输出接口电路和 输出设备等组成。 单片机实质上是一个硬件的芯片，在实际应用中，通常很难直接和被控对象进行电气连接，必须外加各种扩展接口电路、外部设备、被控对象等硬件和软件，才能构成一个单片机应用系统。 本设计选用以 AT89S51 单片机为主控单元。 显示部分：采用 LCD 静态显示。 按键部分，采用 4*4 键盘。 硬件电路原理图如图 所示： 图 硬件电路原理图 16 键盘接口电路 计算机输入数字和其他功能按键时要用到很多按键，在这种情况下，编程会很简单，但是会占用大量的 I/O 口资源，因此在很多情况下都不采用这样的方式，而是 采用矩阵键盘的方式。 矩阵键盘采用四条 I/O 线作为行线，四条 I/O 线作为列线组成键盘，在行线和列线的每个交叉点上设置一个按键。 这样键盘上按键的数量就为 4*4 个。 这样行列式键盘结构能有效的提高单片机系统中 I/O 口的利用率。 计算器的键盘布局如图 所示：一般有 16 个键组成，在单片机中正好有一个 P 端口实现 16 个按键功能，这种形式在单片机系统中最常用。 图 矩阵键盘内部电路 LCD 显示模块 本设计采用 LCD 液晶显示器来显示输出数据。 LCD 的特性有： +5V 电压，对比可调度； 内含复位电路； 提供各种控制 17 命令，如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能； 有 80 字节显示数据存储器 DDRAM。 内建有 160 个 5X7 点阵的字型的字符发生器 CGROM。 8 个可由用户自定义的 5X7 的字符发生器 CGRAM。 本设计通过 D0D7 引脚向 LCD 写指令字或写数据以使 LCD 实现不同的功能或显示相应的数据。 其接口电路如图 所示。 图 LCD 接口电路 LCD 的引脚说明如表 所示： 表 LCD 的引脚说明 符号 引脚说明 符号 引脚说明 VSS 电源地 DB4 Data I/O VDD 电源正极（ +5V） DB5 Data I/O V0 液晶显示偏压输入 DB6 Data I/O RS 数据 /命令选择端（ H/L） DB7 Data I/O R/W 读写控制信号（ H/L） CS1 片选 IC1 信号 E 使能信号 CS2 片选 IC2 信号 DB0 Data I/O RST 复位端（ H：正常工作，L：复位） DB1 Data I/O VEE 负电源输出（ 10V） DB2 Data I/O BLA 背光源正极（ +） DB3 Data I/O BLK 背光源正极 18 运算 模块 MCS51 单片机是在一块芯片中集成了 CPU、 RAM、 ROM、定时器 /计数器和多功能 I/O 等计算机所需要的基本功能部件。 如果按功能划分，它由以下功能部件组成，即微处理器 (CPU)，数据存储器 (RAM)，程序存储器（ ROM/EPROM），并行 I/O 口，串行口，定时器 /计数器，中断系统及特殊功能寄存器（ SFR）。 单片机是靠程序运行的，并且可以修改。 通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的一些功能，通过使用单 片机编写的程序可以实现高智能、高效率以及高可靠性， 因此采用单片机作为计算器的主要功能部件，可以很快的实现运算功能。 运算模块由键盘和显示屏组成。 单片机通过按键来实现输入数据和操作方式的控制，在运算过程中， 对所设的数据进行四则运算时，要先确定选用的是哪一个运算符，若是 +或 *，则要判断结果是否会溢出，溢出则显示错误提示，没有溢出则显示运算结果，若是 /，则要判断除数是否为零，为零时显示错误提示，不为零显示运算结果。 19 第 四 章 软件设计 汇编语言和 C 语言的特点及选择 本设计是硬件电路和软件编程相结合的设计方案 ，选择合适的编程语言是一个重要的环节。 在单片机的应用系统程序设计时，常用的是汇编语言和 C 语言。 机硬件，程序可读性和可移植性比较差。 而 C 语言虽然执行效率没有汇编语言高，但语言简洁，使用方便，灵活，运算丰富，表达化类型多样化，数据结构类型丰富，具有结构化的控制语句，程序设计自由度大，有很好的可重用性，可移植性等特点。 由于现在单片机的发展已经达到了很高的水平，内部的各种资源相当的丰富， CPU 的处理速度非常的快。 用 C 语言来控制单片机无疑是一个理想的选择。 所以在本设计中采用 C 语言编写软件程序。 主程序的设计详见附录三。 键扫 程序设 计 键扫程序的过程为： 开始时， 先判断是否有键闭合， 无键闭合时，返回继续判断，有键闭合时，。