毕业论文——基于AT89C51单片机的简易计算器的设计.doc

1、 存档编号 华北水利水电大学 North China University of Water Resources and Electric Power 毕 业 设 计 题目 简易计算器的制作 学 院 信息工程学院 专 业 通信工程 姓 名 学 号 指导教师 完成时间 目 录 摘 要 . 1 Abstract . 2 第一章 绪论 . 3 1.1 开发背景 . 3 1.2 设计目的 . 4 第二章 方案论证与设计 . 5 2.1 设计指标 . 5 2.2 方案论证与设计 . 5 第三章 硬件模块介绍 . 8 3.1 主控及运算模块 . 8 3.2 显示模块 . 13 3.3 输入模块 . 16

2、第四章 软件设计 . 18 4.1 主程序的设计 . 18 4.2 键盘扫描的程序设计 . 19 4.3 显示模块程序设计 . 21 4.4 运算模块程序设计 . 23 第五章 仿真及调试 . 24 结束语 . 25 致 谢 . 26 参考文献 . 27 附录一：硬件实物图 . 28 附录二：系统程序 . 29 附录三：任务书 . 40 附录四：开题报告 . 42 附录五：外文原文与外文译文 . 47 1 基于 AT89C51 单片机的简易计算器的设计 摘 要 计算器在人们的日常 生活 中是 较 为 常见的电子产品之一。 初期的计算器仅仅能实现简单的加减乘除运算，而现在人们所广泛使用的科学计算

3、器功能已不再停留于此，除了加减乘除运算外，它还能进行 乘方，开方，指数，对数，三角函数，反三角函数等的存储和 运算。 而且计算器的种类和模式也在逐渐多样化，如 使用太阳能电池的计算器，使用 ASIC 制作的计算器，使用纯软件设计的计算器和被集成到手机、平板电脑等电子产品中的计算器。可以说计算器还正在发展之中而且还将有很大的发展空间，未来必将出现功能更加强大的计算器。基于这样的理念， 本设计以 AT89C51 单片机为核心，以软硬件结合的方式 设计 了 一个简易计算器。该计算器以 4*4 矩阵键盘为输入方式，可以进行 4位带符号数的加减乘除运算，并在 LCD1602 液晶显示器上显示操作过程。

4、该论文 详细介绍了整个系统的硬件组成结构、工作原理和软件 设计 思想与流程 。 关键词 ： 计算器 AT89C51 LCD1602 矩阵键盘 2 Simple calculator designed based on AT89C51 Abstract The calculator in Peoples Daily life is one of the most common electronic products. Early computing calculator can only implement simple addition, subtraction, multiplication

5、, and division, but now the scientific calculator which widely used by peoples functions are no longer stay, operation besides addition, subtraction, multiplication, and division, it can also power, prescribe, index, logarithmic, trigonometric function, inverse trigonometric function such as storage

6、 and computation. And the types of the calculator and pattern has also been gradually diversified, such as using solar calculator, using ASIC production calculator, using pure software design of the calculator and be integrated into mobile phones, tablets, and other electronic products in the calcul

7、ator. We can say that calculators are under development and will also have very big development space, the future will appear more powerful calculators. Based on this idea, I design a simple calculator which use AT89C51 single-chip microcomputer as the core, and use the way that combine the hardware

8、 and software. The calculator use 4 * 4 matrix keyboard as input mode, it can carry out four signed several operations of addition,subtraction, multiplication, and division, and it display operation process on the LCD1602 . The paper introduces in detail the system structure, working principle of th

9、e hardware and the software design idea and process. key words： calculator AT89C51 LCD1602 matrix keyboard 华北水利水电大学毕业设计 3 第一章 绪论 1.1 开发背景 计算器 是日常生活中比较常见的电子产品之一，它 已在数十年间遍布千家万户。 计算器（ calculator ； counter）一般是指 “ 电子计算器 ” ，该名词由日文传入中国 。它是 能进行 数学 运算的手持机器，拥有集成电路 芯片 ，但结构简单，比现代电脑结构简单得多，可以说是第一代的 电子计算机 （电脑），且功能

10、也较弱，但较为方便与廉价，可广泛运用于商业交易中，是必备的 办公用品 之一。除显示 计算 结果外，还常有溢出指示、错误指示等。 对于计算器的百年历史， 1946年 2 月 15日，在美国宾夕法尼亚大学，世界上第一台电子计算器 ENIAC 正式投入了运行。在隆重的揭幕仪式上， ENIAC 表演了它的“绝招”：在 1 秒钟内进行5000 次加法运算；在 1 秒钟内进行 500 次乘法运算。这比当时最快的电器计算器的运算速度要快 1000 多倍。全场起立欢呼，欢呼科学技术进入了一个新的历史发展时期。 电子计算器不仅是一种工具，它与其它的工具都不相同：电子计算器是人脑的一个侧面的延伸。因为电子计算器不

11、仅具有非凡的计算能力，速度之快令人望尘莫及，而且还能够仿真人的某些思维功能，按照一定的规则进行逻辑判和逻辑推理，代替人的部分脑力劳动。 1976 年，数学家凭借电子计算器去证明四色定理，“依靠机器完成了人没有能够完成的事情”，轰动了整个国际数学界。 随着社会的发展和科学技术 的进步，电子产品变得越来越先进，功 能变得越来越强大，集成化程度也变得越来越高，其更新速度令人吃惊。对于计算器 人们也在 不断地对 它 进行改进， 然而技术的进步是无止境的，如何让计算器技术更加的成熟，充分利用现有的软件和硬件条件，制作出更加好用的计算器，让我们更方便的使用它，让它更好的为我们的生活服务，始终是当今电子领域

12、的重要研究课题。 而另一方面，近年来， 单片机以其体积小、价格廉、面向控制等 诸多 优点，在各种工业控制、仪器仪表、产品 、 设备 的自动化、智能化方面获得了 极为 广泛的应用。与此同时，单片机系统的可靠性成为人们越来 越关注的重要课题。影响系统 可靠性的因素是多方面的，如构成系统的 各种 元 器件本身的可靠性、系统本身各部分之间的相互耦合因素等。其中 抗干扰性能是系统可靠性的重要指标 。 本设计采用 AT89C51芯片和 LCD1602液晶显示器，实现了利用单片机来设计一华北水利水电大学毕业设计 4 个简易计算器的目的。该计算器允许对四位输入数据进行带符号加减乘除运算 ，用 C语言编写程序驱

13、动整个系统的运行，便于移植和升级。 如果 所要 设计 的对象是更为复杂的计算器系统，其实际原理和实现 方法与本设计基本相同。 本设计 关键 在于 必须非常熟悉单片机的原理与结构， 并能熟练的运用 51C语 言来编写程序，同时还要对整个 系统的 设计流程有很好的把握， 从而 将单片机和其他模块完整的衔接。 在现今的日常生活中，计算器毫无疑问是人们的最重要工具之一，它的身影遍布在社会的各个角落，例如商店，学 校等等。所以设计一款简单但却极其实用的计算器具有很大的实际意义，而本文中利用单片机和 LCD1602 液晶结合设计的计算器 充分 利用了以上所讲的单片机的诸多优点， 具有很好的实用价值。 1.

14、2 设计目的 本设计旨在进一步掌握单片机理论知识，理解嵌入式单片机系统的硬软件设计，加强对实际应用系统设计的能力。通过本设计的学习，使我 掌握单片机程序设计和微机接口应用的基本方法，并能综合运用本科阶段所学软、硬件知识分析实际问题，提高解决毕业设计实际问题的能力，为单片机应用和开发打下良好的基础。 华北水利水电大学毕业设计 5 第二章 方案论证 与设计 2.1 设计 指标 本次设计的简易计算器的基本性能如下： 1、 能够进行 4 位整数的加减乘除运算（除法的结果中可以有小数）。 2、 能够将计算结果输出到 LCD1602 液晶显示屏中以便于观察。 3、 能够实现清除数据的功能。 4、 能够进行

15、错误提示（比如当输入数据 除数为 0 时会在 LCD1602 上显示error）。 2.2 方案论证与设计 根据 功能和以上 对设计指标的描述，本系统采用 AT89C51 单片机为控制芯片 ， LCD1602 为显示芯片，辅以其他电路所需基本器件，完成对简易计算器的设计。具体的设计考虑如下： 1、 由于本次所要设计的是一个简易计算器， 要求 能够进行 4位整数的加减乘除运算 ，功能较为简单，所编写程序不会太长，故使用 AT89C51单片机即可满足需求。 2、 由于 LCD1602 液晶显示器相比于 8 段数码管而言，拥有更大的显示量，更好的显示效果，更全面的显示字符类型，因此这里选用 LCD1

16、602液晶显示器作为显示模块。 3、 根据计算器的功能要求，键盘包括数字键（ 0-9） 、符号键（ +、 、*、 ）、 清除键 （ CE）和等号键，故需要 16个按键（ 4*4 键盘）。 系统模块图如 图 2.1 所示 ： 华北水利水电大学毕业设计 6 图 2.1 系统模块图 为了更好的实现系统的功能，硬件电路的设计应该遵循以下原则： 1、 优化硬件电路 采用软件设计与硬件设计相结合的方法；尽管采用软件来实现硬件系统的功能时，也许响应时间会比单纯使用硬件时长，而且还要占用微处理器 (MCU)的时间；但是，用软件实现硬件的功能可以简化硬件结构，提高电路的可靠性。所以，在设计本系统得时候，在满足可

17、靠性和实时 性的前提下，尽可能的通过软件来实现硬件功能。 2、 可靠性及抗干扰设计 根据可靠性设计理论，系统所用芯片数量越少，系统的平均无故障时间越长。而且，所用芯片数量越少，地址和数据总线在电路板上受干扰的可能性也就越小。因此，系统的设计思想是在满足功能的情况下力争使用较少数量的芯片。 3、 灵活的功能扩展 功能扩展是否灵活是衡量一个系统优劣的重要指标。一次设计往往不能完全考虑到系统的各个方面，系统需要不断完善以及进行功能升级。进行功能扩展时，应该在原有设计的基础上，通过修改软件程序和少量硬件完成。对于本系统而言，就是要 求在系统硬件不变的情况下，能够通过修改软件程序，完成功能的升级和扩展。

18、 而在软件方面 根据 设计需要我们可以采用自上而下的程序设计方法，这种方法先从主程序开始设计，之后 再编制各从属程序和子程序，层层细化逐步求 精，最后 完成一个复杂程序的设计。这种 设计 方法比较符合人们的日常思维， 但是 缺点是一级的程序错误 将 会对整个程序产生影响。 计算器的 程序流程图如 图 2.2LCD1602 液晶显示器（显示模块） AT89C51 单片机 4*4 矩阵键盘（输入模块） 运算模块（编程实现） 华北水利水电大学毕业设计 7 所示 ： 图 2.2 程序流程图 启动计算器 （接通电源） LCD 显示初始值 输入数据 LCD 显示 按下功能键 输入数据 LCD 显示 按下功

19、能键 计算结果 LCD 显示 是否结束 结束（断开电源） 按下 CE 键 是 否 华北水利水电大学毕业设计 8 第三章 硬件模块介绍 3.1 主 控及 运算模块 AT89C51 单片机 是将 微处理器（ CPU）， 数据存储器（ RAM）、程序存储器（ 4KB Flash ROM）、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） 这些一台计算机所需要的基本功能部件集成在了一块芯片上，它靠程序运行，并可以修改程序以通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，通过单片机及其程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！所以设计采用单片机作为该计算器的 主控及运算模块，可以很好的实现控制和运算功能。 AT89C51 单片机引脚图如图 3.1，其实际外观图如图 3.2： 图 3.1 AT89C51 单片机引脚图