基于单片机控制的简单计算器设计与仿真.doc

1、- I -毕 业 论 文基 于 单 片 机 控 制 的 简 单 计 算 器 设 计 与 仿 真Design and Simulation of a Simple Calculator Based on Single Chip Microcomputer Control基 于 单 片 机 控 制 的 简 单 计 算 器 设 计 与 仿 真- II -摘 要随 着 社 会 的 不 断 发 展 ， 科 技 的 不 断 创 新 。 计 算 器 已 在 数 十 年 间 遍 布 千 家 万 户 ， 对 于计 算 器 的 百 年 历 史 ， 1946 年 2 月 15 日 ， 在 美 国 宾 夕 法 尼 亚

2、 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 抉 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 。 数 学 家 把 聪 明 给 了 电 子 计 算 器 ， 电 子 计 算 器 将 使 数 学

3、 家 变 得 更 加 明 。 而 且 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 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

4、 器 完 成 了 人 没 有 能 够 完 成 的 事 情 ”，轰 动 了 整 个 国 际 数 学 界 。 计 算 器 的 未 来 是 小 型 化 和 轻 便 化 ,现 在 市 面 上 出 现 的 使 用 太 阳 能电 池 的 计 算 器 ,使 用 ASIC 设 计 的 计 算 器 ,如 使 用 纯 软 件 实 现 的 计 算 器 等 ， 未 来 的 智 能 化 计算 器 将 是 我 们 的 发 展 方 向 ， 更 希 望 成 为 应 用 广 泛 的 计 算 工 具 。国 内 外 研 究 现 状 、 发 展 动 态 （ 1） 研 究 现 状 与 发 展 动 态 单 片 机 诞 生 于 20 世

5、纪 70 年代 末 ， 经 历 了 SCM、 MCU、 SoC 三 大 阶 段 。 单 片 机 是 嵌 入 式 系 统 的 独 立 发 展 之 路 ， 向MCU 阶 段 发 展 的 重 要 因 素 ， 就 是 寻 求 应 用 系 统 在 芯 片 上 的 最 大 化 解 决 ； 因 此 ， 专 用 单 片机 的 发 展 自 然 形 成 了 SoC 化 趋 势 。 随 着 微 电 子 技 术 、 IC 设 计 、 EDA 工 具 的 发 展 ， 基 于SoC 的 单 片 机 应 用 系 统 设 计 有 较 大 的 发 展 。 因 此 ， 对 单 片 机 的 理 解 可 以 从 单 片 微 型 计

6、算机 、 单 片 微 控 制 器 延 伸 到 单 片 应 用 系 统 。 目 前 单 片 机 渗 透 到 我 们 生 活 的 各 个 领 域 ， 几 乎很 难 找 到 哪 个 领 域 没 有 单 片 机 的 踪 迹 。 导 弹 的 导 航 装 置 ， 飞 机 上 各 种 仪 表 的 控 制 ， 计 算机 的 网 络 通 讯 与 数 据 传 输 ， 工 业 自 动 化 过 程 的 实 时 控 制 和 数 据 处 理 ， 广 泛 使 用 的 各 种 智 能IC 卡 ， 民 用 豪 华 轿 车 的 安 全 保 障 系 统 ， 录 象 机 、 摄 象 机 ， 以 及 程 控 玩 具 等 等 ， 这 些

7、 都 离不 开 单 片 机 。 单 片 机 的 技 术 进 步 反 映 在 内 部 结 构 、 功 率 消 耗 、 外 部 电 压 等 级 以 及 制 造工 艺 上 。 在 这 几 方 面 ， 较 为 典 型 地 说 明 了 数 字 单 片 机 的 水 平 。 在 目 前 ， 用 户 对 单 片 机 的需 要 越 来 越 多 ， 但 是 ， 要 求 也 越 来 越 高 。 在 单 片 机 应 用 中 ， 可 靠 性 是 首 要 因 素 为 了 扩 大单 片 机 的 应 用 范 围 和 领 域 ， 提 高 单 片 机 自 身 的 可 靠 性 是 一 种 有 效 方 法 。 近 年 来 ， 单 片

8、 机的 生 产 厂 家 在 单 片 机 设 计 上 采 用 了 各 种 提 高 可 靠 性 的 新 技 术 ： EFT（ Ellectrical Fast Transient） 技 术 ， 低 噪 声 布 线 技 术 及 驱 动 技 术 ， 采 用 低 频 时 钟 。 同 时 单 片 机 在 目 前 的 发展 形 势 下 还 表 现 出 可 靠 性 及 应 用 越 来 越 水 平 高 和 互 联 网 连 接 ， 所 集 成 的 部 件 越 来 越 多 ，功 耗 越 来 越 低 和 模 拟 电 路 结 合 越 来 越 多 等 发 展 趋 势 。- III -本 设 计 采 用 80S52 芯 片

9、 ， 实 现 了 利 用 单 片 机 进 行 了 一 个 简 单 计 算 器 设 计 。 允 许 对 输入 数 据 进 行 加 减 乘 除 运 算 及 LED 显 示 。 如 果 设 计 对 象 是 更 为 复 杂 的 计 算 器 系 统 ， 其 实 际原 理 与 方 法 与 本 设 计 基 本 相 同 。 另 外 ， 实 例 所 设 计 的 计 算 器 是 用 LED 数 码 管 显 示 的 ， 当然 也 可 以 用 其 他 的 器 件 显 示 ， 如 LED 显 示 屏 ， 这 样 就 可 以 显 示 出 更 多 的 字 符 ， 在 此 基 础上 ， 还 可 以 编 写 更 加 完 善 的

10、 程 序 来 实 现 更 多 的 计 算 功 能 。 设 计 的 关 键 所 在 ， 必 须 非 常 熟悉 单 片 机 的 原 理 与 结 构 ， 同 时 还 要 对 整 个 设 计 流 程 有 很 好 的 把 握 ， 将 单 片 机 和 其 他 模 块完 整 的 衔 接 。基 于 单 片 机 控 制 的 简 单 计 算 器 设 计 与 仿 真- IV -Abstract内 容 应 与 “中 文 摘 要 ”对 应 。 使 用 第 三 人 称 ， 最 好 采 用 现 在 时 态 编 写 。书 写 格 式 说 明 ：标 题 “Abstract”可 设 置 成 字 体 ： Times New Rom

11、an， 居 中 。 字 号 ： 小 二 ， 1.5 倍 行距 。 段 后 11 磅 ， 段 前 为 0。Abstract 正 文 选 用 设 置 成 每 段 落 首 行 缩 进 2 字 ， 字 体 ： Times New Roman， 字 号 ：小 四 ， 行 距 ： 多 倍 行 距 1.3， 间 距 ： 前 段 、 后 段 均 为 0 行 。Key words 与 Abstract 之 间 空 一 行 。Key words 与 中 文 “关 键 词 ”一 致 。 词 间 用 分 号 间 隔 ， 末 尾 不 加 标 点 ， 3-5 个 ，Times New Roman， 小 四 ， 加 粗 。

12、示 例 ：Decision Support and Data Warehouse Systems is intended as a textbook for a one-semester course in decision support systems, with data warehousing playing the same starring role in the course as it does in todays decision support picture. With the addition of enrichment material in data warehou

13、sing, much of which can be found on the Web, it also fits a quarter systems: the DSS portion of the book fits one quarter, and the data warehousing portion can expanded to fill another.Decision Support and Data Warehouse Systems is intended as a textbook for a one-semester course in decision support

14、 systems, with data warehousing playing the same starring role in the course as it does in todays decision support picture. With the addition of enrichment material in data warehousing, much of which can be found on the Web, it also fits a quarter systems: the DSS portion of the book fits one quarte

15、r, and the data warehousing portion can expanded to fill another.Key Words： Content； Request； Format- V -目 录摘 要 IAbstractIII第 1 章 绪 论 1第 2 章 设 计 方 案 22.1 设 计 方 案 22.2 模 块 设 计 2第 3 章 AT89C52 单 片 机 的 简 单 介 绍 53.1 AT89C52 单 片 机 的 简 单 介 绍 53.2 MM94C22 芯 片 介 绍 73.3 LED 介 绍 93.4 键 盘 模 块 介 绍 10第 4 章 总 体 电

16、路 图 介 绍 114.1 总 体 电 路 图 114.2 各 模 块 的 简 单 介 绍 11第 5 章 软 件 介 绍 145.1 C51 语 言 介 绍 145.2 Keil 开 发 环 境 145.3 Protues 软 件 的 简 介 155.4 各 模 块 程 序 编 程 16结 论 27参 考 文 献 28附 录 A 29致 谢 31- 1 -第 1 章 绪 论单 片 机 诞 生 于 1971年 ， 经 历 了 SCM、 MCU、 SoC三 大 阶 段 ， 早 期 的 SCM单 片 机 都是 8位 或 4位 的 。 其 中 最 成 功 的 是 INTEL的 8051， 此 后 在

17、 8051上 发 展 出 了 MCS51系 列MCU系 统 。 基 于 这 一 系 统 的 单 片 机 系 统 直 到 现 在 还 在 广 泛 使 用 。 随 着 工 业 控 制 领 域 要求 的 提 高 ， 开 始 出 现 了 16位 单 片 机 ， 但 因 为 性 价 比 不 理 想 并 未 得 到 很 广 泛 的 应 用 。 90年代 后 随 着 消 费 电 子 产 品 大 发 展 ， 单 片 机 技 术 得 到 了 巨 大 提 高 。 随 着 INTEL i960系 列 特 别是 后 来 的 ARM系 列 的 广 泛 应 用 ， 32位 单 片 机 迅 速 取 代 16位 单 片 机

18、的 高 端 地 位 ， 并 且 进入 主 流 市 场 。而 传 统 的 8位 单 片 机 的 性 能 也 得 到 了 飞 速 提 高 ， 处 理 能 力 比 起 80年 代 提 高 了 数 百 倍 。高 端 的 32位 Soc单 片 机 主 频 已 经 超 过 300MHz， 性 能 直 追 90年 代 中 期 的 专 用 处 理 器 ， 而 普通 的 型 号 出 厂 价 格 跌 落 至 1美 元 ， 最 高 端 的 型 号 也 只 有 10美 元 。当 代 单 片 机 系 统 已 经 不 再 只 在 裸 机 环 境 下 开 发 和 使 用 ， 大 量 专 用 的 嵌 入 式 操 作 系 统被

19、 广 泛 应 用 在 全 系 列 的 单 片 机 上 。 而 在 作 为 掌 上 电 脑 和 手 机 核 心 处 理 的 高 端 单 片 机 甚 至可 以 直 接 使 用 专 用 的 Windows和 Linux操 作 系 统 。单 片 机 作 为 计 算 机 发 展 的 一 个 重 要 分 支 领 域 ， 根 据 发 展 情 况 ， 从 不 同 角 度 ， 单 片机 大 致 可 以 分 为 通 用 型 /专 用 型 、 总 线 型 /非 总 线 型 及 工 控 型 /家 电 型 。通 用 型 与 专 用 型这 是 按 单 片 机 适 用 范 围 来 区 分 的 。 例 如 ， 80C51是

20、通 用 型 单 片 机 ， 它 不 是 为 某 种 专门 用 途 设 计 的 ； 专 用 型 单 片 机 是 针 对 一 类 产 品 甚 至 某 一 个 产 品 设 计 生 产 的 ， 例 如 为 了满 足 电 子 体 温 计 的 要 求 ， 在 片 内 集 成 ADC接 口 等 功 能 的 温 度 测 量 控 制 电 路线 型这 是 按 单 片 机 是 否 提 供 并 行 总 线 来 区 分 的 。 总 线 型 单 片 机 普 遍 设 置 有 并 行 地 址 总 线 、数 据 总 线 、 控 制 总 线 ， 这 些 引 脚 用 以 扩 展 并 行 外 围 器 件 都 可 通 过 串 行 口

21、与 单 片 机 连 接 ，另 外 ， 许 多 单 片 机 已 把 所 需 要 的 外 围 器 件 及 外 设 接 口 集 成 一 片 内 ， 因 此 在 许 多 情 况 下可 以 不 要 并 行 扩 展 总 线 ， 大 大 减 省 封 装 成 本 和 芯 片 体 积 ， 这 类 单 片 机 称 为 非 总 线 型 单片 机 。现 代 人 类 生 活 中 所 用 的 几 乎 每 件 有 电 子 器 件 的 产 品 中 都 会 集 成 有 单 片 机 。 手 机 、 电话 、 计 算 器 、 家 用 电 器 、 电 子 玩 具 、 掌 上 电 脑 以 及 鼠 标 等 电 子 产 品 中 都 含 有

22、 单 片 机 。 汽 车 上 一 般 配 备 40多 片 单 片 机 ， 复 杂 的 工 业 控 制 系 统 上 甚 至 可 能 有 数 百 片 单 片 机 在 同时 工 作 ！ 单 片 机 的 数 量 远 远 超 过 PC机 和 其 他 计 算 机 的 总 和 。基 于 单 片 机 控 制 的 简 单 计 算 器 设 计 与 仿 真- 2 -本 设 计 采 用 80S52 芯 片 ， 实 现 了 利 用 单 片 机 进 行 了 一 个 简 单 计 算 器 设 计 。 允 许 对 输入 数 据 进 行 加 减 乘 除 运 算 及 LED 显 示 。第 2 章 设 计 方 案2.1 设 计 方

23、案本 系 统 选 用 AT89C51 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 ， 具 体 设 计 如 下 ：（ 1） 由 于 设 计 的 计 算 器 要 进 行 四 则 运 算 ， 为 了 得 到 较 好 的 显 示 效 果 ， 经 综 合 分 析后 ， 最 后 采 用 LCD 显 示 数 据 和 结 果 。（ 2） 采 用 键 盘 输 入 方 式 ， 键 盘 包 括 数 字 键 （ 0 9） 、 符 号 键 （ +、 -、 、 ） 、清 除 键 (onc)和 等 号 键 （ =） ， 故 只 需 要 16 个

24、按 键 即 可 ， 设 计 中 采 用 集 成 的 计 算 键 盘 。（ 3） 在 执 行 过 程 中 ， 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 ， 当 再 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 。（ 4） 错 误 提 示 ： 当 计 算 器 执 行 过 程 中 有 错 误 时 ， 会 在 LCD 上

25、显 示 相 应 的 提 示 ,如 ：当 输 入 的 数 值 或 计 算 得 到 的 结 果 大 于 计 算 器 的 表 示 范 围 时 ， 计 算 器 会 在 LCD 上 提 示overflow； 当 除 数 为 0 时 ， 计 算 器 会 在 LCD 上 提 示 error。为 了 满 足 计 算 器 的 基 本 要 求 ， 可 以 基 本 的 运 算 （ 加 减 乘 除 ） ， 数 据 归 零 和 出 错 警告 提 示 ， 我 们 采 用 基 于 单 片 机 设 计 计 算 器 ， 并 用 LED 数 码 管 显 示 数 据 ， 4*4 的 矩 阵 键盘 实 现 数 据 输 入 。 设 计

26、 仿 真 和 调 试 要 用 到 Protues 、 Keil 等 软 件 。2.2 模 块 设 计一 、 系 统 模 块 图单片机运算模块显示模块控制模块2-1 系 统 模 块 图- 3 -二 、 算 数 运 算 流 程 图加开 始判 断 运 算 符 ？乘 除 减判 断 结 果 溢 出 ？ 除 数 为 0 ？错 误 信 息 送 显 示 缓 冲数 值 送 显 示 缓 冲YYN2-2 算 数 运 算 流 程 图三 、 系 统 总 流 程 图基 于 单 片 机 控 制 的 简 单 计 算 器 设 计 与 仿 真- 4 -开 始初 始 化 参 数初 始 化 L C D 显 示本 次 功 能 键 ？读 取 键 码数 字 键 清 零 键功 能 键键 入 数 值 状 态 清 零根 据 上 次 功 能 键 和 输 入 的数 据 计 算 结 果结 果 送 显 示 缓 冲L C D 显 示有 否 有 键 值 ？数 值 送 显 示 缓 冲结 果 送 显 示 缓 冲等 待 数 值 键 入 等 待 数 值 键 入结 果 送 显 示 缓 冲等 待 数 值 键 入YNYN2-3 系 统 总 流 程 图