基于单片机的计算器的设计与实现
43页1、1 绪论1.1 课题背景 现今,科学技术不断发展,人们不断学习新知识、新科学、新技术,社会竞争也日益激烈起来。另外人们生活水平也在不断地提高,电子产品不再是遥不可及,它已经和我们的生活息息相关。对于一些复杂的计算,人的大脑是运算不过来的,而且也比较容易出现错误。于是用户把计算器作为一种计算工具使用,从而使计算既快速又简便而且错误率低,现在计算器已成为工作和生活中必不可少的物品之一。计算器最开始是电子计算机中的一部分,后来由于它经常被用户使用,而且使用方便快捷、操作简单,对于人们日常生活和工作都很方便,所以就把它从计算机独立出来单独制成物品使用,这样使用起来更加方便快捷。由于单片机体积微小和成本极低,因此它被广泛的应用于智能化仪器仪表、家用电子电器、工业自动化控制、新型智能化汽车电子系统等领域中。在工业控制生产过程中,由于单片机在控制领域有着非常重要的作用,于是单片机也被称为微控制器,是嵌入式系统中重要且发展迅速的组成部分。因此本次设计就采用以AT89C51单片机为核心控制器来设计计算器的控制系统,以及一些与AT89C51芯片上的I/O口连接外围设备,从而能实现基本四则运算的功能,所以本
2、设计成本低廉,操作简单,可用于日常生活中的简单计算。1.2 计算器系统的发展现状目前市面上流通的计算器通常都是由一核心芯片作为控制核心,输入模块采用机械按键键盘运,显示模块采用LCD液晶屏,以及结合一些外围辅助设备组成。普通的计算器由于其硬件电路和软件程序都很简单,所以一般只能实现带小数点的加、减、乘、除四则运算,而对于一些相对复杂的数学公式不能运算。高档计算器一般都采用处理速度非常快的核心芯片而且软件程序也相对复杂得多,高性能的芯片才能实现各种复杂的运算程序,另外由于存储单元的内存比较大,所以可以存放较多的程序和数据以实现复杂的数学运算公式和连续运算。按键是计算器的重要组成部分,一般采用接触式按键,现在计算器的按键部分不断地被完善,一般一个按键具有多种功能,这样即可以减小计算器的体积又使用方便。计算器的输出部分一般采用由液晶显示器,液晶屏用来显示输入数值和运算结果,此外还通常具有错误指示、溢出指示等功能。本设计采用AT89C51单片机作为核心控制器,运用C语言编程实现控制硬件电路工作,该系统通过检测机械键盘输入数值,并把检测的数据存储下来,然后经过CUP处理运算,在LCD液晶屏上显示
3、输入数值和计算结果。该计算器系统的具体执行过程为:首先存储单元清零,LCD液晶屏初始化,显示初始值“0.”,然后对进行键盘按键扫描并存储输入的按键数值,之后单片机则对数据进行储存与相应转换处理,最后经过运算处理送入LCD 显示器显示1。本设计将重点分析普通计算器的硬件电路以及软件设计,并从实际计算经验做了详细的分析与研究。2 系统设计2.1 设计要求在本次毕业设计中,不仅需要运用数字电路、模拟电路、单片机原理与接口技术等基本的所学相关知识,还需熟练运用相关的硬件电路设计软件,还需多方面查阅相关资料。只有具备了上述基本的理论知识才能完成一个简易计算器的设计,为了更好的实现理论与实践相结合,进一步完善所学知识和提高学习能力。此次毕业设计中,我需对单片机的基本概念和基于单片机的嵌入式系统设计的基本方法进行深入的学习,同时掌握必要的设计技巧。在本次设计中,需要完成如下几方面的设计任务:1、简要阐述单片机的最小系统的基本原理和串行接口以及LCD 液晶屏动态显示和带有PS2协议的机械键盘基本原理。2、掌握AT89C51的最小电路及外围扩展电路的设计方法。3、需完成功能模块的硬件电路设计和工作过程。
4、4、用protel 软件完成原理电路图的绘制。 在本次设计中根据功能和指示要求,需选用以AT89C51单片机为主控机,通过外围扩展接口电路,实现对简易计算器的设计2。具体的设计要求如下: 1、该设计的简单计算器,能进行基本的四则运算,并且采用1601LCD液晶屏显示输入数据和计算结果。 2、键盘输入部分采用带有PS/2口的机械键盘,其包括数字键、符号键、功能键、 和等号键总共20个键。 3、具体执行过程为:开机LCD初始化显示“0.”,之后等待键盘输入按键值,当按下数字键时,计算器在内部自动执行数值转换与存储并通过LCD显示出来,当按键输入加、减、乘、除符号键时,执行运算功能,之后等待再次输入数字键并存储数值,最后按下等号键计算器自动计算出结果,并在LCD上显示1。 4、错误提示:当计算数值过大和不符合数学计算原理时,程序执行报错功能,并在LCD上显示相应的提示,当计算器计算数值大于9999999时存储单元会溢出,这时会在LCD上提示“over flow!”;当除数为0时,因不符合数学计算原理,这时在LCD上会提示错误“Cant div by 0!”。2.2 系统设计本设计采用以AT8
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