基于单片机的电子计算器学士学位论文Word文档格式.docx
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本次设计是采用MSC-51单片机来设计的四位数计算器,采用C语言进行程序编写实现计算器功能。
外接4X4的键盘,通过键盘扫描来完成输入数的控制,利用驱动电路使数值与结果在七段共阴极数码管上正常显示,并设有清零键可随时完成计算与显示的清零。
计算器将完成的0至9999整数的一次加/减/乘/除运算。
执行过程如下:
开机即显示0,等待键入数值,当输入数字,将通过数码管显示出来,在输入+、-、*、/运算符之后,计算器在内部执行数值转换和存储,并等待再次输入数值,当在键入数值后将显示键入的数值,按等号就会在数码管上显示运算结果。
关键词:
单片机计算器C语言键盘扫描。
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
计算器:
一般是指“电子计算器”,该文是由日文传入中国。
计算器是能进行数字运算的手持的机器,拥有电子集成芯片,结构简单,功能较弱,但由于它使用方便,价格低廉,因而广泛使用商业交易中,也是必备的办公用品之一。
计算器一般由运算器、控制器、存储器、键盘、显示器、电源和一些外围设备。
随着科学技术的不断发展及计算器使用的普及,人们发现在工业控制中,有很多时候需要在恶劣的环境中进行各种数据的采集,运算和控制。
本设计是由单片机实现模拟的计算器,它不仅能实现数据的加减乘除的运算,而且能使数据及其运算结果显示在数码管上,能实现0~255的数字四则运算,本设计是由AT89C51单片机来控制的,利用键盘和LCD1602设计一个简单的电子计算器,软件部分是由汇编语言来编写,可以完成简单的加减乘除运算。
并将结果在LCD1602上显示出来。
目录
第一章绪论
1.1研究背景·
·
1.1.1单片机发展现状·
1.1.2计算器系统的现状·
1.1.3选题意义及现状·
1.2设计概要·
1.2.1设计任务·
1.3设计思路·
1.3.1系统总体的模块图·
第二章硬件设计·
2.1键盘输入模块的设计·
2.2LCD显示模块的设计·
2.3电源模块的设计·
2.4时钟电路的模块设计·
2.5复位电路的模块设计·
第三章软件设计·
3.1计算器的软件规划·
3.2键盘扫描的程序设计·
3.3显示模块的程序设计·
3.4主程序的设计·
3.5系统的总框图·
结束语·
致谢·
附录一实物图·
总结·
参考文献·
第一章绪论
1.1研究背景
随着社会的发展,科学的进步,人们生活逐渐提高,尤其是微电子技术的发展,犹如雨后春笋般的发展变化,电子产品的更新速度就不足惊奇了,计算器在人们的生活中是比较常见的电子产品之一,如何让计算器技术更加成熟,充分利用
己有的软件和硬件条件,来设计出更出色的计算器,使其能够为各个行业服务,如今成为了电子领域的重要研究课题。
1.1.1单片机发展现状
我国开始使用单片机是在1982年,在短短的五年里发展迅速,当今世界各大芯片制造公司都推出自己的单片机,从8位,16位和32位等,但它们各具特色,互成互补。
单片机:
亦称单片微电脑或单片微型计算机。
它是由中央处理器(CPU),随机存取存储器(RAM),只读存储器(ROM),输出/输出端口(I/O)等主要计算机功能部件集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。
截止今日,单片机应用技术飞速发展,我们上网输入一个“单片机”的搜索,将会看到上万个介绍单片机的网站,自单片机发展至今,单片机技术已走过近20年的发展路程,纵观单片机的发展历程来看,单片机的技术发展,以微处理器(MPU)技术及超大规模集成电路技术的发展为先导,以广泛应用领域拉动,表现出微处理器更具个性的发展。
1.1.2计算器系统的现状
计算器是由存储器、键盘和机器等设备组成,键盘是计算器的输入部件,一般采用接触式或传感式。
为减小计算器的尺寸,一键一般有多个功能,显示器是计算器的输出部件,有发光二极管显示器或液晶显示器等,除了显示计算的结果外,还常溢出指示、错误指示等。
计算器电源采用交流转换器或电池,电池可用交流转换器或太阳转换器在充电,为了省电节能,计算器都采用了CMOS工艺制作的大规模电路。
1.2设计概要
1.2.1设计任务
1了解单片机基本原理
2学习电子计算器的制作基本原理
3.熟练的掌握PROTEL软件
4.会用kell编程,具有一定的编程能力
5.制作电子计算器硬件
6.撰写毕业论文
1.3设计思路
1.3.1系统总体模块
1.1总体模块图如下
第二章硬件设计
2.1键盘模块的设计。
2.1.1键盘布局
矩阵按键扫描程序是一种节省IO口的方法,按键数目越多节省IO口就越可观。
键盘部分可以使用4*4键盘模组模组可以大大的缩小设计的体积,也使设计实物更加的美观,同时PCB的布线也更加的简单。
2.1.2键盘扫描模块设计原理图。
图2.1.24*4键盘
2.1.3原理说明
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,在无硬件去抖的动电路时,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。
本设计采用键盘扫描由P0口驱动。
4*4键盘设计方案,键盘部分布线较为困难,在设计之初本采用4*4的键盘模组,不仅方便,布线也快,但是4*4键盘模组较难买到。
所以最后采用16颗规格为(0.6cm*0.6cm=边长*宽)。
满足设计要求的所有功能。
2.2显示模块的设计
2.2.1显示模块的原理图
图2.2.1画好的显示板原理图
2.3电源模块的设计
图3-13开关电源模块
电源部分采用开关电源设计,并有整流作用,接入电源可以不用注意极性,接入电源为DC+6V,输出也可以调压(通过调节变阻器W1的阻值)。
在无输出时,按下S2,C4正极点为高电位,给Q2基极以高电位,Q2导通,使Q1基极低电位,Q1导通。
VCC输出。
VCC输出,通过W1,给Q2高电位,Q2持续导通,通过R5给Q3基极高电位,Q3导通。
C4正极低电位。
若VCC过载,电源自动关断。
VCC有输出,再次按下S2,电源关断。
此电源的优点为:
可过载保护,不用注意输入电源的极性。
可调电压,精准输出。
按钮控制,更方便。
2.4时钟电路的模块设计
2.4.1原理图
如图3-6为时钟电路模块的设计原理图。
图2.4.1时钟电路图
4.4.1原理说明
单片机的最小系统有三部分组成,即电源,时钟电路和复位电路。
其中单片机的电源引脚与5V电源连通即可,而时钟电路和复位电路还需接口扩展,这也是单片机的基本电路操作。
时钟电路用于产生单片机工作所需的时钟信号,时序是指令执行中各信号之间的相互关系。
单片机本身就如同一个复杂的同步时序电路,为了保证同步工作方式的实现,电路应在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作。
在STC89C52单片机内部带有时钟电路,因此,只需要在片外通过XTAL1和XTAL2引脚接入定时控制元件(晶体振荡器和电容),即可构成一个稳定的自激振荡器。
在STC89C52芯片内部有一个高增益反相放大器,而在芯片的外部,XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容。
在单片机的XTAL1脚和XTAL2脚之间并接一个晶体振荡器就构成了内部振荡方式。
STC89C52单片机内部有一个高增益的反相放大器,XTAL1为内部反相放大器的输入端,XTAL2为内部反相放大器的输出端,在其两端接上晶振后,就构成了自激振荡电路,并产生振荡脉冲,振荡电路输出的脉冲信号的频率就是晶振的固有频率。
在实际应用中通常还需要在晶振的两端和地之间各并上一个小电容。
用晶振和电容构成谐振电路。
电容大小与晶振频率和工作电压有关。
但电容的大小影响振荡器的稳定性和起振的快速性,为了提高精度,本实验板采用20pF的电容作为微调电容。
在设计电路板时,晶振、电容等均应尽可能靠近芯片,减小分布电容,以保证振荡器振荡的稳定性。
4.5复位电路模块的设计。
4.5.1原理图
如图3-7为复位电路模块的设计原理图。
图3-7上电手动复位电路原理图
4.5.2原理说明
复位是单片机的初始化操作,其目的是使CPU和系统中各部分处于一个确定的状态,并从这一状态开始工作。
系统上电路或死机后都要进行复位操作。
单片机的RST引脚为复位引脚,振荡电路正常工作后,RST端加上持续两个机器周期的高电平后,单片机就被复位。
复位电路有3种基本方式:
上电复位,开关复位和看门狗复位。
本课题采用按键开关复位是指通过接通按钮开关,使单片机进入复位状态。
开关复位电路一般不单独使用。
在应用系统设计中,若需使用开关复位电路,一般的做法是将开关复位与上电复位组合在一起形成组合复位电路,上电复位电路完成上电复位功能,开关复位电路完成人工复位。
图中C7与R1构成了上电复位电路。
上电复位后,电源经R2对C6充满电源,C6等效于开路,RESET端为低电平;
单片机正常工作。
按开关后,C6两端电荷经R2迅速放电,开关断开后,由C6、R2及电源完成对单片机的复位操作。
在上述电路中C6、R2按上电复位电路的设计而取值。
复位电路的作用非常重要,能否成功复位关系但单片机系统能否正常运行的问题。
如果振荡电路正常而单片机系统不能正常运行,其主要原因是单片机没有完成正常复位,程序计数器的值没有回0,特殊功能寄存器没有回到初始状态。
这时可以适当地调整上电复位电路的阻容值,增加其充电时间常数来解决问题。
第三章软件设计
3.1计算器的软件规划
KeilC51是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统,与汇编相比,C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势,因而易学易用。
单片机开发中除必要的硬件外,同样离不开软件,我们写的汇编语言源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法,一种是手工汇编,另一种是机器汇编,目前已极少使用手工汇编的方法了。
机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码,用于MCS-51单片机的汇编软件有早期的A51,随着单片机开发技术的不断发展,从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发,单片机的开发软件也在不断发展,Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件,Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案,通过一个集成开发环境(uVision)将这些部分组合在一起。
在编写程序的时候,先考虑硬件分布,以及要达到的设计效果,理清好思路,对每一块程序小模块进行规划设计。
最后全局的设计规划。
由于KEIL编写程序没有Cfree好用,所以首先使用Cfree,把软件整体编写出来。
然后到Keil中进行调试修改。
同时应用Proteus仿真环境。
查找软件的错误和缺陷,达到设计所要求的结果。
如图5-1是系统软件设计流程图。
3.2键盘扫描程序的设计
如图3.2.1是键盘扫描子程序的设计流程图,简述键盘扫描程序的一个工作过程。
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- 基于 单片机 电子 计算器 学士学位 论文