单片机的简易计算器设计.doc

1、XX 大学毕业设计（论文）（2012 届）题 目： 基于单片机的简易计算器 专业名称： 电子信息工程技术 姓 名： 学 号： 班 级： 08 级通信与信息技术班 指导教师： 2012 年 11 月 30 日摘要摘要 近几年单片机技术的发展很快，其中电子产品的更新速度迅猛。计算器是日常生活中比较的常见的电子产品之一。如何才能使计算器技术更加的成熟，充分利用已有的软件和硬件条件，设计出更出色的计算器呢。本设计是以 STC89C51 单片机为核心的计算器模拟系统设计，输入采用 44 矩阵键盘，可以进行加、减、乘、除 4 位带符号数字运算，并在 LCD1602 上显示操作过程。科技的进步告别了以前复杂

2、的模拟电路，一块几厘米平方的单片机可以省去很多繁琐的电路。现在应用较广泛的是科学计算器，与我们日常所用的简单计算器有较大差别，除了能进行加减乘除，科学计算器还可以进行正数的四则运算和乘方、开方运算，具有指数、对数、三角函数、反三角函数及存储等计算功能。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。关键词 STC89C51 LCD1602 计算器 矩阵键盘目录第一章 前言 11.1 系统开发背景 .11.2 系统开发意义 .11.3 设计目的 .

3、1第二章 方案论证 22.1 方案构思 .22.2 方案比较与选择 2第三章 系统硬件设计及说明 33.1 系统组成及总体框图 33.2 元件简介 33.2.1 STC89C51 特点 .33.2.2 LCD1602 液晶显示屏 .12第四章 设计原理分析 .154.1 设计方案的确定 .154.2 计算器硬件方案及硬件资源分配 .154.2.1 硬件资源分配 154.2.2 系统的硬件设计 154.2.3 键盘电路的设计 174.2.4 显示电路的设计 18第五章 计算器的软件设计 .195.1 计算器的软件规划 .195.2 键盘扫描的程序设计 195.3 显示模块的程序设计 195.4

4、主程序的设计 205.5 软件的可靠性设计 20结束语 22致谢 23参考文献 24附录 25附录一：硬件实物图 25附录二：系统程序清单 260第一章 前言1.1 系统开发背景随着社会的发展，科学的进步，人们的生活水平在逐步的提高，尤其是微电子技术的发展，犹如雨后春笋般的变化。电子产品的更新速度快就不足惊奇了。计算器在人们的日常中是比较的常见的电子产品之一。如何使计算器技术更加的成熟，充分利用已有的软件和硬件条件，设计出更出色的计算器，使其更好的为各个行业服务，成了如今电子领域重要的研究课题。1.2 系统开发意义今天，人们的日常生活中已经离不开计算器了，社会的各个角落都有它的身影，比如商店，

5、办公室，学校。因此设计一款简单实用的计算器会有很大的实际意义。1.3 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。1、对字符液晶显示模块的工作原理，如初始化、清屏、显示、调用及外特性有较清楚的认识，并会使用 LCD（液晶显示模块）实现计算结果的显示；掌握液晶显示模块的驱动和编程，设计LCD 和单片机的接口电路，以及利用单片机对液晶模块的驱动和操作； 2

6、、在充分分析内部逻辑的概念，进行软件和调试，学会使用，并能够以其为平台设计出具有四则运算能力简易计算器的硬件电路和软件程序。1第二章 方案论证2.1 方案构思本设计可以采用两种方案，一种是以 FPGA 为核心处理芯片，配备相应的外设；另外一种是以 STC89C51 处理器，配备相应的外设。1、方案一：采用 FPGA 控制FPGA 是一种高密度的可编程逻辑器件,自从 Xilinx 公司 1985 年推出第一片 FPGA 以来,FPGA 的集成密度和性能提高很快,其集成密度最高达 500 万门/片以上,系统性能可达 200MHz。由于 FPGA 器件集成度高,方便易用,开发和上市周期短,在数字设计

7、和电子生产中得到迅速普及和应用,并一度在高密度的可编程逻辑器件领域中独占鳌头。但是而基于 SRAM 编程的 FPGA,其编程信息需存放在外部存储器上 ,需外部存储器芯片 ,且使用方法复杂 ,保密性差，而其对于一个简单的计算器而言，实用 FPGA 有点大材小用，成本太高。2、方案二：采用 STC89C51单片机是单片微型机的简称，故又称为微控制器 MCU（Micro Control Unit） 。通常由单块集成电路芯片组成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器 CPU，存储器和 I/O 接口电路等。因此，单片机只要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。单片机广泛用于智能

8、产品，智能仪表，测控技术，智能接口等，具有操作简单，实用方便，价格便宜等优点，而其中 STC89C51 以 MCS-51 为内核，是单片机中最典型的代表，应用于各种控制领域。2.2 方案比较与选择通过以上两种方案论证和比较，从设计的实用性，方便性和成本出发，选择了以 STC89C51单片机作为中央处理单元进行计算器的设计，这样设计能够实现对四位加减乘除和除法四位小点数的运算。2第三章 系统硬件设计及说明 3.1 系统组成及总体框图图 3.1 系统组成及总体框图3.2 元件简介 3.2.1 STC89C51 特点图 3.2.1-1 单片机 STC89C51STC89C51主控制模 块电源模块LC

9、D 液晶显示屏模块4X4 键盘模块31、主要性能： (1) 8051 CPU 与 MCS-51 兼 容 8K 字 节 可 编 程 FLASH 存 储 器 (寿 命 ： 1000 写 /擦 循 环 ) 全 静 态 工 作 ： 0Hz-33MHz 三 级 加 密 程 序 存 储 器 128*8 位 内 部 RAM 32 条 可 编 程 I/O 线 三 个 16 位 定 时 器 /计 数 器 八 个 中 断 源 全 双 工 UART 串 行 通 道 低 功 耗 的 闲 置 和 掉 电 模 式 掉 电 后 中 断 可 唤 醒 看 门 狗 定 时 器 双 数 据 指 针 掉 电 标 识 符 片 内 振

10、荡 器 和 时 钟 电 路 (2) 管 脚 说 明 ： VCC： 供 电 电 压 。 GND： 接 地 。2、 STC89C51 的 功 能 特 性 描 述STC89C51 是 一 种 低 功 耗 、 高 性 能 CMOS8 位 微 控 制 器 ， 具 有 8K 在 系 统 可 编 程 Flash 存 储 器 。 使 用 Atmel 公 司 高 密 度 非 易 失 性 存 储 器 技 术 制 造 ， 与 工 业 80C51 产 品 指 令 和引 脚 完 全 兼 容 。 片 上 Flash 允 许 程 序 存 储 器 在 系 统 可 编 程 ， 亦 适 于 常 规 编 程 器 。 在 单芯 片

11、上 ， 拥 有 灵 巧 的 8 位 CPU 和 在 系 统 可 编 程 Flash， 使 得 STC89C51 为 众 多 嵌 入 式 控制 应 用 系 统 提 供 高 灵 活 、 超 有 效 的 解 决 方 案 。STC89C51 具 有 以 下 标 准 功 能 ： 8k 字 节 Flash， 256 字 节 RAM， 32 位 I/O 口 线 ， 看门 狗 定 时 器 ， 2 个 数 据 指 针 ， 三 个 16 位 定 时 器 /计 数 器 ， 一 个 6 向 量 2 级 中 断 结 构 ， 全双 工 串 行 口 ， 片 内 晶 振 及 时 钟 电 路 。此 外 ， STC89C51 可

12、 降 至 0Hz 静 态 逻 辑 操 作 ， 支 持 2 种 软 件 可 选 择 节 电 模 式 。 空 闲模 式 下 ， CPU 停 止 工 作 ， 允 许 RAM、 定 时 器 /计 数 器 、 串 口 、 中 断 继 续 工 作 。 掉 电 保 护 方式 下 ， RAM 内 容 被 保 存 ， 振 荡 器 被 冻 结 ， 单 片 机 一 切 工 作 停 止 ， 直 到 下 一 个 中 断 或 硬 件 复4位 为 止 。 8 位 微 控 制 器 8K 字 节 在 系 统 可 编 程 Flash。 同 时 该 芯 片 还 具 有 PDIP、 TQFP和 PLCC 等 三 种 封 装 形 式

13、， 以 适 应 不 同 产 品 的 需 求 。3、STC89C51 引脚功能STC89C51 单片机为 40 引脚芯片见图 3.2.1-2。图3.2.1-2 STC89C51引脚图（1）口线：P0、P1、P2、P3 共四个八位口。P0 口 ： P0 口 是 一 个 8 位 漏 极 开 路 的 双 向 I/O 口 。 作 为 输 出 口 ， 每 位 能 驱 动 8 个 TTL逻 辑 电 平 。 对 P0 端 口 写 “1”时 ， 引 脚 用 作 高 阻 抗 输 入 。 当 访 问 外 部 程 序 和 数 据 存 储 器 时 ， P0 口 也 被 作 为 低 8 位 地 址 /数 据 复 用 。

14、在 这 种 模 式下 ， P0 不 具 有 内 部 上 拉 电 阻 。 在 flash 编 程 时 ， P0 口 也 用 来 接 收 指 令 字 节 ； 在 程 序 校 验 时 ， 输 出 指 令 字 节 。 程 序 校验 时 ， 需 要 外 部 上 拉 电 阻 。 P1 口 ： P1 口 是 一 个 具 有 内 部 上 拉 电 阻 的 8 位 双 向 I/O 口 ， p1 输 出 缓 冲 器 能 驱 动 4 个 TTL 逻 辑 电 平 。 对 P1 端 口 写 “1”时 ， 内 部 上 拉 电 阻 把 端 口 拉 高 ， 此 时 可 以 作 为 输 入口 使 用 。 作 为 输 入 使 用

15、时 ， 被 外 部 拉 低 的 引 脚 由 于 内 部 电 阻 的 原 因 ， 将 输 出 电 流 （ IIL） 。5此 外 ， P1.0 和 P1.1 分 别 作 定 时 器 /计 数 器 2 的 外 部 计 数 输 入 （ P1.0/T2） 和 定 时 器 /计 数 器 2 的 触 发 输 入 （ P1.1/T2EX） ， 具 体 如 下 表 所 示 。 在 flash 编 程 和 校 验 时 ， P1 口 接 收 低 8 位 地 址 字 节 。 引 脚 号 第 二 功 能 ： P1.0 T2（ 定 时 器 /计 数 器 T2 的 外 部 计 数 输 入 ） ， 时 钟 输 出 P1.1

16、T2EX（ 定 时 器 /计 数 器 T2 的 捕 捉 /重 载 触 发 信 号 和 方 向 控 制 ） P1.5 MOSI（ 在 系 统 编 程 用 ） P1.6 MISO（ 在 系 统 编 程 用 ） P1.7 SCK（ 在 系 统 编 程 用 ）P2 口 ： P2 口 是 一 个 具 有 内 部 上 拉 电 阻 的 8 位 双 向 I/O 口 ， P2 输 出 缓 冲 器 能 驱 动 4 个 TTL 逻 辑 电 平 。 对 P2 端 口 写 “1”时 ， 内 部 上 拉 电 阻 把 端 口 拉 高 ， 此 时 可 以 作 为 输 入口 使 用 。 作 为 输 入 使 用 时 ， 被 外

17、部 拉 低 的 引 脚 由 于 内 部 电 阻 的 原 因 ， 将 输 出 电 流 （ IIL） 。在 访 问 外 部 程 序 存 储 器 或 用 16 位 地 址 读 取 外 部 数 据 存 储 器 （ 例 如 执 行 MOVX DPTR） 时 ， P2 口 送 出 高 八 位 地 址 。 在 这 种 应 用 中 ， P2 口 使 用 很 强 的 内 部 上 拉 发 送 1。在 使 用 8 位 地 址 （ 如 MOVX RI） 访 问 外 部 数 据 存 储 器 时 ， P2 口 输 出 P2 锁 存 器 的 内 容 。在 flash 编 程 和 校 验 时 ， P2 口 也 接 收 高 8

18、 位 地 址 字 节 和 一 些 控 制 信 号 。 P3 口 ： P3 口 是 一 个 具 有 内 部 上 拉 电 阻 的 8 位 双 向 I/O 口 ， p3 输 出 缓 冲 器 能 驱 动4 个 TTL 逻 辑 电 平 。 对 P3 端 口 写 “1”时 ， 内 部 上 拉 电 阻 把 端 口 拉 高 ， 此 时 可 以 作 为 输入 口 使 用 。 作 为 输 入 使 用 时 ， 被 外 部 拉 低 的 引 脚 由 于 内 部 电 阻 的 原 因 ， 将 输 出 电 流（ IIL） 。 P3 口 亦 作 为 STC89C51 特 殊 功 能 （ 第 二 功 能 ） 使 用 ， 如 表

19、3.2.1 所 示 。 表 3.2.1 P3 口管脚 备选功能：端口引脚 第二功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断 0）P3.3 /INT1（外部中断 1）6P3.4 T0（记时器 0 外部输入）P3.5 T1（记时器 1 外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）在 flash 编 程 和 校 验 时 ， P3 口 也 接 收 一 些 控 制 信 号 。 此 外 ， P3 口 还 接 收 一 些 用 于 FLASH 闪 存 编 程 和 程 序 校 验 的 控 制 信 号 。 （2）其他引

20、脚说明：RST： 复 位 输 入 。 晶振工作时，RST 脚持续 2 个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST 脚输出 96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO 位可以使此功能无效。DISRTO 默认状态下，复位高电平有效。 ALE/PROG当 访 问 外 部 程 序 存 储 器 或 数 据 存 储 器 时 ， ALE（ 地 址 锁 存 允 许 ） 输 出 脉冲 用 于 锁 存 地 址 的 低 8 位 字 节 。 一 般 情 况 下 ， ALE 仍 以 时 钟 振 荡 频 率 的 1/6 输 出 固 定 的 脉冲 信 号 ， 因 此 它

21、可 对 外 输 出 时 钟 或 用 于 定 时 目 的 。 要 注 意 的 是 ： 每 当 访 问 外 部 数 据 存 储 器 时将 跳 过 一 个 ALE 脉 冲 。 对 FLASH 存 储 器 编 程 期 间 ， 该 引 脚 还 用 于 输 入 编 程 脉 冲 （ PROG） 。 如 有 必 要 ， 可 通 过 对 特 殊 功 能 寄 存 器 （ SFR） 区 中 的 8EH 单 元 的 D0 位 置 位 ， 可 禁 止ALE 操 作 。 该 位 置 位 后 ， 只 有 一 条 MOVX 和 MOVC 指 令 才 能 将 ALE 激 活 。 此 外 ， 该 引 脚 会 被微 弱 拉 高 ，

22、 单 片 机 执 行 外 部 程 序 时 ， 应 设 置 ALE 禁 止 位 无 效 。 PSEN程 序 储 存 允 许 （ PSEN） 输 出 是 外 部 程 序 存 储 器 的 读 选 通 信 号 ， 当 STC89C51由 外 部 程 序 存 储 器 取 指 令 （ 或 数 据 ） 时 ， 每 个 机 器 周 期 两 次 PSEN 有 效 ， 即 输 出 两 个 脉 冲 ，在 此 期 间 ， 当 访 问 外 部 数 据 存 储 器 ， 将 跳 过 两 次 PSEN 信 号 。 EA/VPP外 部 访 问 允 许 ， 欲 使 CPU 仅 访 问 外 部 程 序 存 储 器 （ 地 址 为

23、0000H-FFFFH） ，EA 端 必 须 保 持 低 电 平 （ 接 地 ） 。 需 注 意 的 是 ： 如 果 加 密 位 LB1 被 编 程 ， 复 位 时 内 部 会 锁存 EA 端 状 态 。 如 EA 端 为 高 电 平 （ 接 Vcc 端 ） ， CPU 则 执 行 内 部 程 序 存 储 器 的 指 令 。 FLASH 存 储 器 编 程 时 ， 该 引 脚 加 上 +12V 的 编 程 允 许 电 源 Vpp， 当 然 这 必 须 是 该 器 件 是使 用 12V 编 程 电 压 Vpp。7XTAL1： 反 向 振 荡 放 大 器 的 输 入 及 内 部 时 钟 工 作 电

24、 路 的 输 入 。 XTAL2： 来 自 反 向 振 荡 器 的 输 出 。 XTAL1，XTAL2接石英晶体振荡器。如图3.2.1-3所示外接晶体引脚图。C2 XTAL2悬空 XTAL2C1 XTAL1 外部振荡信号 XTAL1GND GND接地 接地a内部方式 b外部方式图 3.2.1-3 晶振外接结构引脚图XTAL1 是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2 则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到 XTAL1，而 XTAL2 悬空。内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为 12MHz，时钟频率就为 6MHz。晶振的频率可以在 1MHz-24MHz 内选择，在本设

25、计电路中选用了 12MHz。电容取 20PF 左右。机器周期12时间周期，如 12MHz 的机器周期为 1 微秒。（3）控制或复位引脚RESET 此脚为高电平时（约 2 个机器周期）可将单片机复位。RST/VPD当出现两个机器周期高电平时，单片机复位。复位后，P0P3输出高电平；SP寄存器为07H；其它寄存器全部清0；不影响RAM状态。如图3.2.1-4所示。 8图 3.2.1-4 按键电平复位AT89SXX 系 列 单 片 机 实 现 了 ISP 下 载 功 能 ， 故 而 取 代 了 89CXX 系 列 的 下 载 方 式 ， 也 是因 为 这 样 ， ATMEL 公 司 已 经 停 止

26、生 产 89CXX 系 列 的 单 片 机 ， 现 在 市 面 上 的 AT89CXX 多 是 停产 前 的 库 存 产 品 。 4、STC89C51的编程方法 编程前，须按编程模式表设置好地址、数据及控制信号；顺序如下： 在地址线上加上要编程单元的地址信号。 在数据线上加上要写入的数据字节。 激活相应的控制信号。 将EA/Vpp端加上+12V编程电压。 每对Flash存储阵列写入一个字节或每写入一个程序机密位，加上一个ALE/PROG编程脉冲。每个字节写入周期是自身定时的，大多数约为50us。改变编程单元的地址和写入的数据，重复步骤，直到全部文件编程结束。单片机的现状及发展方向：单片机是为了

27、工业控制需要满足而诞生的，是自动控制系统的核心部件，因而也主要用于工业控制、智能化仪器仪表、家用电器中。它具有体积小，功能多、价格低、使用方便、系统设计灵活等优点，应用领域不断扩大，除了工业控制，智能化仪表，通讯，家用电器外，在智能化高档电子玩具产品中也大量采用单片机芯片作为核心控制部件。由于单片机主要面向工业控制，工作环境比较恶劣，入高温，强电磁干扰，甚至含有腐蚀性气体，在太空中工作的单片机控制系统，还必须具有抗辐射能力，这决定了单片机 CPU 于通用微机 CPU 具有不同的技术特征和发展方向：(1) 可靠性高；9(2) 控制功能往往很强，数值计算交叉；(3) 指令系统比通用微处理器慢的多；

28、(4) X 系列芯片取代；(5) 抗干扰性强，工作温度范围宽。3.2.2 LCD1602 液晶显示屏1、应用简介模块内部自带字符发生存储器（CGROM）,字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是（41H），显示时模块把代码 41H 发给液晶模块，我们就能在液晶上看到字母“A”。1602 液晶模块内部的控制器共有 11 条控制指令，丰富的指令可以完成液晶的时序控制、工作方式式设置和数据显示等。采用的 LCD1602 液晶模块是标准 16 针插座，接口电路如图 3.2.3 所示：关于 LCD1602 的详细资料见

29、表 3.2.3-1 和表 3.2.3-2。图 3.2.3 LCD 接口电路10表 3.2.3-1 LCD1602 引脚说明第 1 脚 VSS 为地电源第 2 脚 VDD 接 5V 正电源第 3 脚V0 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度。实际电路中采用 2K 电阻到地，比较理想。第 4 脚 RS 为寄存器选择，高电平选择数据寄存器、低电平选择指令寄存器。第 5 脚RW 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当 RS 和 RW 共同为低电平时 （00）可以写入指令或者显示

30、地址；当 RS 为低电平 RW 为高电平时（01）可以读入忙信号；当 RS 为高电平 RW 为低电平时（10）可以写入数据。第 6 脚 E 端为使能端，当 E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第 714 脚 D0D7 为 8 位双向数据线。第 1516 脚 背光阳极和背光阴极。表 3.2.3-2 LCD1602 指令表指令 1 清显示 指令码 01H, 光标复位到地址 00H 位置；指令 2 光标复位 指令码 02H, 光标返回到地址 00H 位置 ；指令 3光标和显示模式设置I/D 位 光标移动方向，高电平右移，低电平左移；S 位 屏幕上所有文字是否左移或者右移，高电平有效，低电

31、平无效；指令 4显示开关控制D 位 控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示；C 位 控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标； B 位 控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁 ；指令 5 光标或显示移位 S/C 位 高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标指令 6 功能命令设置 DL 位-高电平时为 4 位数据总线，低电平时为 8 位总线；11N位低电平时为单行显示，高电平时为双行显示；F位低电平时显示 5x7 的点阵字符,高电平时为 5x10 的点阵字符；指令 7 字符发生器 RAM 地址设置指令 8 DDRAM 地址设置指令 9 读忙信号和光标地址 BF

32、位 为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据指令 10 写数据指令 11 读数据2 、LCD 的特点：（1）低压微功耗；（2）平板型结构；（3）被动显示型(无眩光，不刺激人眼，不会引起眼睛疲劳)；（4）显示信息量大(因为像素可以做得很小)；（5）易于彩色化(在色谱上可以非常准确的复现)；（6）无电磁辐射(对人体安全，利于信息保密)；（7）长寿命(这种器件几乎没有什么劣化问题，因此寿命极长，但是液晶背光寿命有限，不过背光部分可以更换)。12第四章 设计原理分析4.1 设计方案的确定本设计需要使用 LCD 液晶显示屏和编码键盘。故选择静态显示和用编码键盘。使用 LCD 液晶显示屏显示

33、运算结果。 主程序进行初始化，其他的程序选择模块式的方式。首先对每个模块进行调试, 当模块调试成功后，逐一的加入主程序中，最后完成整个软件部分的设计。4.2 计算器硬件方案及硬件资源分配4.2.1 硬件资源分配主要用到的硬件：STC89C51 LCD液晶显示屏 编码键盘 硬件分配：1、P1、P3口：做为输出口，控制LCD液晶显示屏显示数据的结果。132、P2口：做为输入口，与键盘连接，实现数据的输入。3、LCD液晶显示屏显示输出。4.2.2 系统的硬件设计为了更好的实现系统得功能，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

34、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

35、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。根据第提出的系统设计方案，结合以上三条原则，确定了系统硬件的设计。计算器主要由以下一些功能模块构成：非编码键盘模块、LCD液晶显示屏模块等。该系统的硬件设计采用了模块化的设计方法。STC89C51 单片机与LCD液晶显示屏显示电路是整个电路的核心，它们实现系统的功能要求。简易计算器主要包括：键盘电路，显示电路。下图为总体硬件结构。 （如图 4.2.2 所示为整个系统的原理图）14图 4.2.2 计算器原理图前面叙述了该系统的设计说明，系统

36、采用了比较简单的设计方案，所以该系统的硬件设计的总外围电路不会产生过多的干扰。在下面的阐述中，对系统的外围电路分别予以介绍。键盘部分采用编码键盘，显示部分采用LCD液晶显示屏完全能够很好的实现显示方面的要求。4.2.3 键盘电路的设计键盘可分为两类：编码键盘和非编码键盘。编码键盘是较多按键（20个以上）和专用驱动芯片的组合，当按下某个按键时，它能够处理按键抖动、连击等问题，直接输出按键的编码，无需系统软件干预。通用计算机使用的标准键盘就是编码键盘。在智能仪器中，使用并行接口芯片8279或串行接口芯片HD7279均可以组成编码键盘，同时还可以兼顾数码管的显示驱动，其相关的接口电路和接口软件均可在

37、芯片资料中得到。当系统功能比较复杂，按键数量很多时，采用编码键盘可以简化软件设计。非编码键盘成本低廉。从成本角度出发，本设计选用的是非编码 键盘。如图4.2.315图4.2.3 编码键盘电路4.2.4 显示电路的设计当系统需要显示少量数据时，采用LCD液晶显示屏进行显示是一种经济实用的方法。P0口作为液晶显示的数据端口，P2.5-P2.7口作为其控制端口，控制LCD液晶显示屏显示输出数据。最终电路如图4.2.4所示： 16图4.2.4 LCD液晶显示屏显示第五章 计算器的软件设计5.1 计算器的软件规划17简易计算器的程序主要包括以下功能模块： 1、定时查键模块，分为读键程序、判键程序段、运算

38、操作子程序等部分； 2、基于LCD液晶显示屏的显示模块； 3、主模块，为系统的初始化。 5.2 键盘扫描的程序设计键盘扫描子程序，首先读出P1的低四位，然后读出P1口的高四位。然后键值并显示缓存。然后将键如的值转换为ASCII码然后就可以软件来设置硬件按键各个键代表的内容。读键程序使用的是反转法读键，不管键盘矩阵的规模大小，均进行两次读键。第一次所有行线均输出低电平，从所有读入键盘信息（列信息） ；第二次所有列线均输出低电平，从所有行线读入键盘信息（行信息） 。数字键按下则将相应的数字送入缓存区，功能键按下则执行相应的程序。 5.3 显示模块的程序设计显示模块程序首先要对显示模块进行初始化；然

39、后控制光标的位置；定义液晶显示的控制端口，用SBIT指令完成；然后设置清屏、关闭显示、归位、开显示、显示位置的首地址等等。显示模块的流程图如图5.3所示：18延时程序开始检测 LCD是否在忙扫描键盘YN加减乘除运算子程序液晶显示结束图 5.3 模块的流程图5.4 主程序的设计 主程序主要是用来对 LCD 液晶显示屏进行初始化的。对输入按键判断，然后进行加减乘除，最后计算出结果，显示出计算结果。5.5 软件的可靠性设计 提高本仪器其可靠性措施主要有： 1、为防止程序跑飞，软件中设置了软件陷阱。 19结束语在硬件的制作过程中我走了好多的弯路，主要是在系统还没有设计很有把握就开始动手制作了。后来发现

40、与设计的要求还有偏差，反复的改过了几次，浪费了大量的时间和体力。感受20到设计人员要有耐心，要认真的从要求开始研究。软件的编写过程中费了很大的力气，因为软件的编写要求很高，要很细心，一不小心就会调用错误，很深刻的体会到作为软件编程人员是绝不能粗心大意的。一个程序的完成的速度和质量高低与细心与否有着很大联系。编程时，我充分使用了结构化的思想。这样因为语句较少，程序调试比较方便，功能模块可以逐一的调试，充分体现了结构化编程的优势。当每个模块都完成时，将其功能加到一起就完成了整体的设计。21致谢本次毕业设计得到导师 XXX 老师的热心指导，在这里对 X 老师表示最衷心的感谢。X 老师平易近人，对学生

41、的设计进度和学习很关心。在毕业设计的前期，首先给我们介绍了不少有用的资料和书籍；在硬件设计等方面给予悉心的指导；在调试的过程中 X 老师给每个出现的问题给予及时的指导。在写毕业设计论文的阶段，X 老师让我们提前给他评审，不论内容字体，还是格式上的问题都一一指出。待人平和、工作认真、治学严谨他的给我留下很深刻的印象。更重要的是，他善于与学生沟通，不仅在毕业设计上给我及时的指导，更为我大学最后阶段的学习提出了许多宝贵的意见。这一切都在潜移默化地影响着我，为我以后进入工作岗位树立了良好的榜样。同时还要感谢 XXX 老师，她关心同学们的进程，了解同学们在撰写过程中的麻烦，给我们提供很多帮助。最后向所有

42、帮助和关心过我的人表示衷心感谢！22参考文献【1】张靖武,周灵杉.单片机系统的 PROTEUS 设计与仿真M. 北京：北京电子工业出版社【2】靳达.求是科技.单片机应用系统开发实例导航M.：人民邮电出版社,2006【3】刘守义. 单片机应用技术M.：西安电子科技大学出版社,2001【4】林志琦.基于 PROTEUS 的单片机可视化软硬件仿真M. 北京：北京航空航天大学出版社,2006【5】胡汉才.单片机原理及接口技术.清华大学出版社,1996【6】徐江海.单片机实用教程M.北京：机械工业出版社，2007.【7】肖洪兵. 跟我学用单片机. 北京：北京航空航天大学出版社,2002.8【8】夏继强.

43、 单片机实验与实践教程. 北京：北京航空航天大学出版社, 2001【9】谭浩强. C 语言程序设计M.北京：清华大学出版社， 2000.【10】刘福基. C 语言程序设计与实训教程M.北京：科学出版社， 2004.【11】张磊. C 语言程序设计M.北京：高等教育出版社， 2005.【12】严桂兰. C 语言程序设计M.厦门：厦门大学出版社， 200623附录附录一：硬件实物图硬件实物图（正面）自己拍自己的实物照片硬件实物图（背面）附录二：系统程序清单/*接盘按键说明：-| 1 | 2 | 3 | + | - - - - - - - - - - - - -| 4 | 5 | 6 | - |-

44、- - - - - - - - - - - -| 7 | 8 | 9 | * |- - - - - - - - - - - - -| C | 0 | = | / | -*/操作简介/ 按第一个数，再按+-*/,再按=显示出结果，然后按 C 清屏/ 加最大 9999+9999=19998/ 减最大 9999-0 =9999/ 乘最大 9999*9999=99980001/ 除 1/9=0.1111 保留小数点后 4 位#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned char24/-LCD1602-/P00-07= D0-7sbit

45、rs=P25; /指令 or 数据sbit wela=P26; /读 or 写sbit lcden=P27; /使能信号/-LCD1602-/-KEY-/P1 口/-KEY-uchar code table= “ “;long int data_a,data_b; /第一个数和第二个数long int data_c; /计算结果uchar dispaly10; /显示缓冲/*/ 描述: 延时 t us 函数/*/void LCD_Delay_us(unsigned int t)while(t-); /t=0,退出/*/ 描述: 延时 t ms 函数/*/void LCD_Delay_ms(un

46、signed int t)unsigned int i,j;for(i=0;it;i+) /执行 t 次循环for(j=0;j113;j+) /执行 113 次循环;/*/ 描述: 1602 液晶写指令/*/void write_com(uchar com) /1602 液晶写指令rs=0; /写指令lcden=0; /使能 1602 P0=com; /写入指令 comLCD_Delay_ms(1); /延时 1mslcden=1; /使能 1602LCD_Delay_ms(2); /延时 2ms lcden=0; /使能 160225/*/ 描述:1602 液晶写数据 /*/void write_date(uchar date) /1602 液晶写数据rs=1; /写数