广西科技大学单片机课程设计简易计算器.pdf

1 单片机技术 课程设计 课题名称基于单片机的简易计算器设计 系别理学院＿＿＿ 专业 _电子信息科学与技术 班级___ 学号姓名_____ 指导教师 2 目录目录 一一绪论绪论 １．１设计概述.3 １．２项目设计要求.3 二二系统设计系统设计 ２．１框图设计……………………………………………………………3 ２．２知识点………………………………………………………………4 三三硬件设计硬件设计 ３．１电路原理图………………………………………………………….8 四软件设计软件设计 ４．１程序流程图………………………………………………………….….9 ４．２程序清单………………………………………………………….…10 五系统仿真及调试系统仿真及调试……………………………………………………….15 六总结和愿望总结和愿望…………………………………………………………….19 致谢致谢…………………………………………………………………….19 参考文献参考文献……………………………………………………………….20 3 一一绪论绪论 １．１设计概述 中国古代最早采用的一种计算工具叫筹策，又被叫做算筹．这种算筹多用竹子制成， 也有用木头、兽骨充当材料的，约２７０枚一束，放在布袋里可以随身携带。

１７世纪初， 西方国家的计算工具有了较大的发展，英国数学家纳皮尔发明的“纳皮尔算筹” ，英国牧师 奥却德发明了圆柱形对数计算尺，这种计算尺不仅能做加减乘除、乘方、开方运算，甚至可 以计算三角函数、指数函数和对数函数，这些计算工具不仅带动了计算器的发展，也为现代 计算器的发展奠定了良好的基础，计算器已经成为现代社会应用的广泛的计算工具 １．２项目设计要求 主要研究内容和功能要求: ※研究内容：单片机控制技术+阵列键盘编程识别+显示输出方法+基本运算实现 ※功能要求： 1）计算结果的有效显示（可采用数码管或 LCD 屏，自主选择） ； 2）阵列键盘按键实现基本的功能：0~9、四则运算、三角函数、求幂运算、对数运算等； 3）有效精度、计算范围的确定； 4）完成相关电路的原理图绘制 二二系统设计系统设计 ２．１框图设计 4 51 单片机 主控器 电源电路 显示电路 复位电路 按键电路 ２．２知识点 本项目需要通过学习和查阅资料，掌握和了解如下知识： 1）单片机复位电路工作原理 关于单片机的置位和复位，都是为了把电路初始化到一个确定的状态，一般来 说， 单片机复位电路作用是把一个例如状态机初始化到空状态， 而在单片机内部， 复位的时候单片机是把一些寄存器以及存储设备装入厂商预设的一个值。

单片机 复位电路原理是在单片机的复位引脚 rst 上外接电阻和电容，,实现上电复位， 而复位时间是(时钟周期=12×振荡周期,振荡周期=1/f)，这个时间只能大不能 小，具体数值可以由 rc 电路计算出时间常数MCS-51 单片机是高电平复位，所 以先看给单片机加 5V 电源（上电）启动时的情况：这时电容充电相当于短路， 你可以认为 RST 上的电压就是 VCC，这是单片机就是复位状态随着时间推移电 容两端电压升高，即造成 RST 上的电压降低，当低至阈值电压时，即完成复位过 程 2）单片机晶振电路工作原理 5 晶振是晶体振荡器的简称 它用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工 作，以提供稳定，精确的单频振荡在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万 分之五十高级的精度更高有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控 振荡器（VCO） 晶振在数字电路的基本作用是提供一个时序控制的标准时刻 数字电路的工作是根据电 路设计，在某个时刻专门完成特定的任务，如果没有一个时序控制的标准时刻，整个数字电 路就会成为“聋子”，不知道什么时刻该做什么事情了 晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。

通常一个系统共用一个晶振， 便于各部分保 持同步 有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振， 而通过电子调整频率的方法保持同步 晶振通常与锁相环电路配合使用， 以提供系统所需的时钟频率 如果不同子系统需要不 同频率的时钟信号，可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供 电路中，为了得到交流信号，可以用 RC、LC 谐振电路取得，但这些电路的振荡频率并 不稳定在要求得到高稳定频率的电路中，必须使用石英晶体振荡电路石英晶体具有高品 质因数，振荡电路采用了恒温、稳压等方式以后，振荡频率稳定度可以达到 10^(-9)至 10^(-11)广泛应用在通讯、时钟、手表、计算机……需要高稳定信号的场合 石英晶振不分正负极, 外壳是地线，其两条不分正负 3）按键电路 通常所用的按键为轻触机械开关，正常情况下按键的接点是断开的，当我们按压按钮时， 由于机械触点的弹性作用， 一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通， 在断开时也不会一 下子断开因而机械触点在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动，按键的时序如下图 2 所示，抖动时间的长短由按键的机械特性及操作人员按键动作决定，一般为 5ms～20ms； 按键稳定闭合时间的长短是由操作人员的按键按压时间长短决定的， 一般为零点几秒至数秒 不等。

一次完整的击键过程，包含以下 5 个阶段： 1. 等待阶段： 此时按键尚未按下，处于空闲阶段 2. 前沿（闭合）抖动阶段：此时按键刚刚按下，但按键信号还处于抖动状态，这个时间 一般为 5~20ms为了确保按键操作不会误动作，此时必须有个前沿消抖动延时 3. 键稳定阶段：此时抖动已经结束，一个有效的按键动作已经产生系统应该在此时执 行按键功能；或将按键所对应的键值记录下来，待按键释放时再执行 4. 后沿（释放）抖动阶段：一般来说，考究一点的程序应该在这里再做一次消抖延时， 以防误动作但是，如果前面“前沿抖动阶段”的消抖延时时间取值合适的话，可以忽略此阶 段 5. 按键释放阶段：此时后沿抖动已经结束，按键已经处于完全释放状态，如果按键是采 用释放后再执行功能，则可以在这个阶段进行按键操作的相关处理 七段数码管的特性及其使用 4）５１单片机引脚 1、主电源引脚（2 根） VCC(Pin40)：电源输入，接＋5V 电源 GND(Pin20)：接地线 6 2、外接晶振引脚（2 根） XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端 XTAL2(Pin18)：片内振荡电路的输出端 3、控制引脚（4 根） RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现 2 个机器周期的高电平将使单片机复位。

ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号 PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号 EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高 电平则从内部程序存储器读指令 芯片实物图片 芯片引脚功能 4、可编程输入/输出引脚（32 根） AT89S51 单片机有 4 组 8 位的可编程 I/O 口，分别位 P0、P1、P2、P3 口，每个口有 8 位（8 根引脚） ，共 32 根每一根引脚都可以编程，比如用来控制电机、交通灯、霓虹灯等， 开发产品时就是利用这些可编程引脚来实现我们想要的功能， 尽情发挥你的想象力吧， 实现 你想要的： ） 强大无比 PO 口（Pin39～Pin32） ：8 位双向 I/O 口线，名称为 P0.0～P0.7 P1 口（Pin1～Pin8） ：8 位准双向 I/O 口线，名称为 P1.0～P1.7 P2 口（Pin21～Pin28） ：8 位准双向 I/O 口线，名称为 P2.0～P2.7 P3 口（Pin10～Pin17） ：8 位准双向 I/O 口线，名称为 P3.0～P3.7 5）74HC245 的作用：信号功率放大。

第 1 脚 DIR，为输入输出端口转换用，DIR=“1”高电平时信号由“A”端输入“B”端输出， DIR=“0”低电平时信号由“B”端输入“A”端输出 第 2~9 脚“A”信号输入输出端， A1=B1、 、 、 、 、 、 A8=B8， A1 与 B1 是一组， 如果 DIR=“1”G=“0” 则 A1 输入 B1 输出，其它类同如果 DIR=“0”G=“0”则 B1 输入 A1 输出，其它类同 第 11~18 脚“B”信号输入输出端，功能与“A”端一样，不在描述 第 19 脚 G，使能端，若该脚为“1”A/B 端的信号将不导通，只有为“0”时 A/B 端才被启用， 该脚也就是起到开关的作用 第 10 脚 GND，电源地 第 20 脚 VCC，电源正极 74HC04 的作用：6 位反相器 第 7 脚 GND，电源地 第 14 脚 VCC，电源正极 7 信号由 A 端输入 Y 端反相输出， A1 与 Y1 为一组， 其它类推 例： A1=“1”则 Y1=“0”、 A1=“0” 则 Y1=“1”，其它组功能一样 6）74HC573 74HC573 有 20 个脚是一个 8 数据锁存器主要用于数码管、按键等等的控制 每个脚的作用如下· 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 脚是数据的输入脚从 D0 到 D7 11 脚作用为：连接这个脚此 IC 为高电压激活 连接 1 脚为低电压激此芯片 19, 18, 17, 16, 15, 14, 13, 12 这几个脚是数据的输出脚 10 是接地 20 是电源 数据的进和出没有逻辑关系 7）1602LCD 主要技术参数： 显示容量:16×2 个字符 芯片工作电压:4.5—5.5V 工作电流:2.0mA(5.0V) 模块最佳工作电压:5.0V 字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm 引脚功能说明引脚功能说明 8 1602LCD 采用标准的 14 脚（无背光）或 16 脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表 10-13 所示: 编号符号引脚说明编号符号引脚说明 1VSS电源地9D2数据 2VDD电源正极10D3数据 3VL液晶显示偏压11D4数据 4RS数据/命令选择12D5数据 5R/W读/写选择13D6数据 6E使能信号14D7数据 7D0数据15BLA背光源正极 8D1数据16BLK背光源负极 表 10-13：引脚接口说明表 第 1 脚：VSS 为地电源。

第 2 脚：VDD 接 5V 正电源 第 3 脚：VL 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，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 第 4 脚：RS 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器 第 5 脚：R/W 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 R/W 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当 RS 为低电平 R/W 为高电平时可以读忙信 号，当 RS 为高电平 R/W 为低电平时可以写入数据 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 7～14 脚：D0～D7 为 8 位双向数据线 第 15 脚：背光源正极 第 16 脚：背光源负极 9 三三硬件设计硬件设计 3.１电路原理图 C9 20pF C10 20pF X1 X2 X1 11.0592M JP2 DIC40 10K P36/WR 16 XTAL2 18 XATL1 19 P34/T0 14 P33/INT1 13 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 VCC 40 P00/AD0 39 P01/AD1 38 P02/AD2 37 P03/AD3 36 P04/AD4 35 P05/AD5 34 P06/AD6 33 EA/VP 31 ALE/P 30 PSEN 29 P27/A15 28 P26/A14 27 P25/A13 26 P24/A12 25 P23/A11 24 P07/AD7 32 P22/A10 23 P21/A09 22 P20/。