基于单片机的简易计算器(优秀论文).docx

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1、本科毕业论文题目：基于单片机的简易计算器学院：物理与电子信息学院专业：电子信息工程年级：10电子信息工程姓名：覃海洋指导教师：丛梦龙完成日期：2023.4.15目录摘要3Abstract错误!未定义书签。弓I言错误!未定义书签。一、系统总体设计61设计概述61.2系统整体模块图61. 3实现方案6二、硬件系统设计72. 1AT89S52单片机72. 2单片机复位电路82 .3单片机的外接晶振电路93 .44x4矩阵健盘91. 5八段LED数码管92.651单片机最小系统15三、程序调试与系统仿真113. 1程序调试113. 2程序流程图262. 3系统仿真27结语28主要参考文献29致谢23摘

2、要近十年来，随着科学技术的提高，电子行业开展迅速，各种电子产品应运而生，其中基于单片机的各类器件更新尤其显著。在日常的生活中，电子产品无处不在，所涉及的领域十分广泛。计算器是人们日常生活的重要工具，其帮助人们快捷地完成一些繁琐的计算，因此一款好的计算器可以给人们的生活带来极大的便易。根据以上背景，本设计旨在研究一款简单便捷的计算器，方便人们的日常生活。同时，本设计的大致思想为-设计以AT89S52单片机作为主控芯片，采用4x4矩阵键盘做为输入，以4位八段数码管做显示，可以进行无符整数的加、减、乘、除运算，具有清零复位功能，并带有溢出提示。这样的一款计算器可以满足人们日常的计算需求。同时，考虑到

3、时代环境的要求，本设计的所有程序均采用C语言编写，这样不仅可以降低程序的编写难道，而且可以便于日后程序的移植、修改、升级。设计中用以两片8位三态锁存器74HC573D来对数码管的地址和数据进行锁存，同时用蜂鸣器来作为溢出报警提示。单片机的晶振电路和复位电路均采用常规电路。关键词：AT89S52；计算器:矩阵键盘；数码管AbstractOverthepastdecade,withtheimprovementofscienceandtechnology,theelectronicsindustrydevelopedrapidly,avarietyofelectronicroductsemerged

4、,andvarioustypesofmicrocontroller-baseddeviceupdateareparticularlysignificant.Ineole,sdailylife,electronicproductsareinawiderangeofareas.Calculatorisanimportanttoolforpeoplesdailylife,whichhelpspeoplequicklycompleteSometediouscalculations,soHgoodcalculatorCanbringtoeolegreatlyeasy.Thisstudydesigneda

5、simpleandConvenientcalculatortofacilitatepeopledailylife.Meanwhile,thegeneralideaofthisdesignis-AT89S52microcontrollerasthemasterchip,using4x4matrixkeyboardasinputto8eightdigitaltubetodo,itcandoanUnsignedintegeradd,subtract,multiply,anddivideoperation.Inaddition,ithasclearandresetfunction,andwithOve

6、rflowpromptseSuchacalculatorcanmcetpeople,scomputingneeds.Atthesametime,takingintoaccountIheenvironmentalrequirementsofthetimes,allProgramsaredesignedbytheCIanguage9SOitcanreducetheworkofwritingprograms,andcanfacilitatefuturetransplantprocedures,modifications,upgrades.Thecalculatoruseseight-bitetri-

7、state74HC573Dtolatchtheaddressandthedataof(hedigital,andusebuzzerasanoverflowalarm.Single-chipcystaloscillatorcircuitandresetCircuitareusedbytheconventionalcircuit.Keywords:AT89S52;CalCUIator;MatriXkeyboard;8digitaltube引言随着科技的提高，人们对于电子产品的需求日益增强，一款好的电子产品不仅要物美价廉，而且应该简单易懂。生活中，计算无处不在，小到日常的小计算，大到科技尖端的开展。

8、日常生活中计算器的种类繁多，有些计算器的功能过于强大，甚至涉及到按键的复用，这样一来反而不便于老人及小孩的使用，在浪费了资源同时，也有可能给人们带来不舒心的体验。因此，需要一款设计旨在制作一款简单易操作的计算器，能够完成对无符号整数加、减、乘、除计算即可，这样已经可以满足人们在日常生活中对一些简单数据的运算，以方便人们的日常生活，提高其生活质量。同时，要尽可能地运用易得的器件，这也是产品设计的一个出发点，故本设计采用市场上常见的AT89S52单片机作为核心芯片，以4x4矩阵键盘做输入，以8段LED数码管的动态扫描来做输出显示，其中用8位三态锁存器74HC573D来对数码管的地址和数据进行锁存，

9、用蜂鸣器来进行溢出提示，对单片机的外围晶振和复位均采用常规电路。其中，用C语言来完成对程序各个局部的编写，这样不仅可以减小编程的难度，而且易于以后对程序的移植、修改和升级。通过完成此次设计，可以进一步加强对单片机理论的学习，有利于掌握其它电子模块如数码管，矩阵键盘等，而且能够熟悉并掌握单片机开发常用的软件如：PROTEUS,KEIL,STC-ISP等，进一步提高自身的实际动手能力，深化而系统地理解嵌入式的软硬设计思路。这样，有利于日后更高层次的学习，丰富单片机产品的开发经验，能够更加快速的融入这一行业，为以后工作或深造打下良好的根底。一、系统总体设计1. 1设计概述根据毕业设计要求，目的是要设

10、计一款简单易操作的计算器。本设计以大学本科期间所学的AT89S52单片机为核心芯片，采用4x4矩阵键盘输入，以8位八段数码管动态扫描做输出显示，可以进行无符号整数的加、减、乘、除运算，具有清零功能，并带有溢出提示。2. 2系统整体模块图图1系统整体模块图FigurelOverallsystemblockdiagram3. 3实现方案经过综合考虑，最终决定实现方案如下：a）使用AT89S52单片机为主控芯片；b）显示模块使用4位八段数码管；C）输入使用4x4矩阵键盘作为输入模块；d）使用8位三态锁存器74HC573D来对数码管的地址和数据进行锁存；e）用蜂鸣器来做溢出提示；f）其中的晶振电路和复

11、位电路均采使常规电路；二、硬件系统设计2.1 AT89S52单片机（1）芯片简介AT89S52单片机是ATMEL公司生产的是一款CMOS工艺的8位单片机。它带有8KB的可在线编程的Flash存储器，该单片机与80C51系列单片机的指令系统及引脚完全兼容，具有较高的性能价格比，使其在嵌入式开发中仍有着广泛的应用。AT89S52单片机为40引脚芯片，具有PDIP,PLCC和TQFP3钟封装形式。各引脚的功能如下： PO口8位、开漏极、双向I/O口。PO可作为通用I/O口，每个引脚可驱动8个TTL负载；当做输入时，每个端口首先置1。 P1口8位、双向I/O口，内含上拉电阻。Pl口为用户使用的通用I/

12、O口，每个引脚可驱动4个TTL负载。当用做输入时，每个端口首先置1。Pl.0和Pl.1引脚也是定时器2的外部计数输入(PI.0/T2)和触发器输入(Pl.1T2DX) P2口8位、双向I/O口，内部具有上拉电阻。P2口可用做通用I/O,可以驱动4个TTL负载。对P2口各位写入1,可作为输入。每个引脚由外部负载拉为低电平时，经由内部上拉电阻向外输出电流。 P3口8位、双向I/O口，内部含有上拉电阻。P3口可用做通用I/O口，可驱动4个TTL负载。当用做输入时，要先将P3口各位置如外部负载将P3口拉低，那么经过上拉电阻向外输出电流。 RST-单片机复位输入端，当对其连续作用两个机器周期以上高电平时

13、，单片机自动复位。 XTALl和XTAL2-XTALl是片内振荡器反相放大器和时钟发生器的输入端，XTAL2是片内振荡器反相放大器的输出端。(2) AT89S52的PIDP封装引脚排列图及实物图图2AT89S52的PIDP封装引脚排列图及实物图Figure2AT89S52ofPlDPpackagepinoutdiagramandphysicalmap2.2单片机复位电路图3单片机复位电路Figure3 MCUresetcircuit复位电路即是使单片机复位的电路，就是利用它将单片机恢复到其实状态。如图2.2所示，VCC上电时，电容Cl充电，电流从电阻R2流过，在电阻R2上出现高电压，从而使单片

14、机复位。几个毫秒后，Cl充满电，流过R2的电流为零,从而其上的电压也为零，单片机进入工作状态。工作期间，按下按钮，电容Cl放电，松开按钮，电容Cl充电，继而又会在电阻R2上产生高电压，几个毫秒后，单片机再次进入工作状态。注：当AT89S52单片机的复位引脚上有持续两个机器周期以上的高电平时，单片机复位。2.3单片机的外接晶振电路图4单片机的外接晶振电路Figure4 McUexternaIcrystaIoscillatorcircuitAT89S52单片机内部虽然己有震荡电路，但为了提高其时间精准度与稳定度，故采用外接时钟晶振。外接晶体引脚:XTALl是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2

15、那么是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到XTAL1,而XTAL2悬空。1. 44x4矩阵键盘图54x4矩阵键盘电路图Figure54x4matrixkeyboardschematics图6矩阵键盘输入功能图Figure6Matrixkeyboardinputfunctionchart在本设计中我采用了4x4矩阵键盘来作为输入，用单片机的P3口与其对接，实现计算器的输入功能，具体如下：以第一行扫描为例，其余行数以此类推，先给P3.0口一低电平其余全为高电平，即P3口此时为IIIIII10,然后去取出其高四位，通过去判断其高四位的值的变换来得到相应的键入值，如当P3为11101110

16、时那么T被按下;当为11011110时2被按下；当为10111110时3被按下；当为01111110+被按下。以此类推。键盘第一行扫描程序如下：/第一行扫描/P3=0xfellllIllO让P/O输出低tem=P3;temp=tempxfllll0000位与操作屏蔽低四位if(temp!=OxfO)delay(10);延迟来判断是否是干扰ternp=P3;temp=temp&OxfO;ifCtempl=OxfO)temp=P3;switch(temp)caseOxeerkey=I;break;/111011101被按下caseOxde:key=2;break;/110111102*被按下cas

17、eOxbe:key=3;break:/1011IllO3被按下case0x7e:key=10;break;/Ol111110+被按下whiIe(temp!=Oxfe)判断按健是否松开temp=P3;temp=tempxf;display(key);delay(22);2. 5八段LED数码管图7八段LED数码管实物图Figure7EightLEDdigitalphysicalmap图88位八段LED数码管电路图Figure88eightLEDdigitalcircuitdiagram在本设计中，采用8位八段共阴数码管作为输出显示，并利用数码管的动态显示来显示输出，其中用到两片8位三态锁存器74

18、HC573D来对数码管的地址和数据进行锁存，其分别PO口对接，来传输数据，用P26口来控制段选，用P27来控制段选，以此来实现动态扫描。74HC573D其引脚主要功能如下：引脚主要功能引脚主要功能I缓冲输出使能控制输入端11锁存使能控制输入端2数据1输入端12数据输出端，输出相应输入端数据3数据2输入端13数据输出端，输出相应输入端数据4数据3输入端14数据输出端，输出相应输入端数据5数据4输入端15数据输出端，输出相应输入端数据6数据5输入端16数据输出端，输出相应输入端数据7数据6输入端17数据输出端，输出相应输入端数据8数据7输入端18数据输出端，输出相应输入端数据9数据8输入端19数据

19、输出端，输出相应输入端数据10接地端205V电源电压输入端具体实现为，首先进行位选，选择要用于显示的位；然后进行段选，输出相应的数据。其实数码管的动态显示是一个显示扫描的过程，所以我们可以利用余辉现象来实现其连续不闪烁的显示。共阴数码管的编码：ucharcodesz17=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,OXO0;共阴数码管0-9&A-F&不显示字型码。显示个位、十位程序如下:voiddisplay(uintnum)数码管动态显示函数uintg,s,b,q;/g,s,b

20、,q,分别代表个，十，百，千位上的数if(num9999)四位数码管，最大显示为9999Clear0;调用溢出函数elSeq=num1000%10,b=numIoOl10,s=num10%10,g=num%10;通过取余的方式，取出各位上的数，Po=SZg;个位显示DU=1;选段DU=O;Po=OX7f;/选中第一位数码管WE=I;选位WE=O;delay(5);if(num9)大于9时才去翻开第二位数码管，便于省电，以此类推一下情况PO=SZs;十位显示DU=I;DU=O;PO=Oxbf;WE=I;WIi=O;delay(5);2.651单片机最小系统图951单片机最小系统Figure951

21、SCMminimumsystem三、程序调试与系统仿真3.1 程序调试程序调试过程，采用了分块调试的方法。调试与仿真中用到的软件有：Proteus,KeilC51,STC-ISP(1)数码管显示局部的调试对数码管显示局部程序进行人为的赋值，如对其显示变量num赋123,去观察数码管是否能够正确的进行显示123,如假设不能，那么修改显示程序，直至能够正确显示，然后进行下一模块的调试。(2)矩阵键盘输入局部的调试首先不用参加计算程序，直接将矩阵键盘输入程序与数码管显示程序对接，用数码管显示的值去检验矩阵键盘输入程序是否正常，能否得到正确的键入值，如假设不能，修改键入程序，直至能够正确输入，然后进行

22、下一模块的调试(3)整体调试调试时，主要采用局部注释和插入小灯的方法进行调试。当不知道程序运行到哪里时，我们对一些关键位置插入小灯，如果小灯被点亮，说明程序能够运行到此处，如果未被点亮说明程序未能运行到此处，那么应该修改程序，看其是否进入了死循序，或检查判断条件是否写错等。在调试过程中，也可以对局部程序进行注释来找出程序错误的地方。简易计算器的完整程序：ttinclude/AT89S52单片机头文件#includebstv51.h7开发板自带头文件uintnuml=O,num2=0,disbuf;/numl为第一位操作数，num2为第二位操作数，disbuf为显示缓存模块，IICharCord

23、,temp,11ag=lfkey;/cord记录运算符，temp存矩阵键盘高位四位，flag记录第几操作数，key键盘返回值。ucharcodesz17=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,OxTf,OxGf,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0x00;/0-9&A-F&“不显示字型码，code代表写入rom里voiddelay(uintXmS)延迟函数，延迟XmSuinti,j;for(i=xms;i0;i一)for(j=112;j0;j);voidclearO去除或溢出处理函数numl=0,nu2=0,disbuf=O,

24、flag=lfFM=0;/清零，并翻开蜂鸣器进行提示delay(90);FM=I;关闭蜂鸣器voiddisplay(uintnum)数码管动态显示函数Uintg,s,b,q;/g,s,b,q,分别代表个,十，百，千位上的数if(num9999)四位数码管，最大显示为9999Clear0;调用溢出函数elseq=num1000%10,b=num100%10,s=num10%10,g=numl10;通过取余的方式，取出各位上的数,PO=SZg;个位显示DU=I;选段DU=O;PO=OX7f;选中第一位数码管WE=1;选位WE=O;delay；下情况以此类推一if(num9)大于9时才去翻开第二位数

25、码管，便于省电,PO=SZs;/十位显示DU=I;DU=O;PO=Oxbf;WE=I;WE=O;delay(5);if(num99)P0=szb;百位显示DU=I;DU=O;PO=Oxdf;WE=1;WE=O;delay(5);if(num999)PO=szq;千位显示DU=I;DU=O;PO=Oxef;WE=I;WE=O;delay(5);voidkeyin()键入函数/7第一行扫描/7/P3=0xfejllllHlO让P3.0口输出低tem=P3;tep=temp&xf:/11110000位与操作屏蔽后四位if(temp!=OxfO)delay(10);用延迟来判断是否是误操作temp=P

26、3;temp=temp&OxfO;if(tempI=OxfO)temp=P3;switch(temp)case0xee:/1110HlO1被按下key=1;break;caseOxde:/IlOlIllO2被按下key=2;break;caseOxbe:key=3;break;/IOllHlO3被按下case0x7e:key=10;break;/OlllIllO+被按下while(temp!=OXfo)看按键是否松开temp=P3;temp=tempxf;I/第二行扫描/P3=0xfd11111101让P3.1口输出低temp=P3;tem=temxf;/1110000位与操作屏蔽后四位if(

27、temp!=OxfO)delay(10);ten=P3;temp=temp&OxfO;if(tempi=OxfO)temp=P3;switch(temp)caseOxed:/IllOIlOl4被按下key=4;break;caseOxdd:/HOlIlOl5被按下key=5;break;caseOxbd:/IOllIlOl6被按下key=6;break;case0x7d:/OlllHOl-被按下key=11;break;while(temp!=OxfO)temp=P3;tem=temxf;/第三行扫描/P3=0xfbllllIOll让P3.2口输出低temp=P3;temp=temp&OxfO

28、;/llll0000位与操作屏蔽后四位if(temp!=OxfO)delay(IO);temp=P3;tem=temxf;if(temp!=OxfO)temp=P3;switch(temp)caseOxeb:/HlOIOll7被按下key=7;break;caseOxdb:/HOlIOll8被按下key=8;break;caseOxbb:/IOllIOll9被按下key=9;break;case0x7b:/OlllIOll*被按下key=12;break;while(temp!=OxfO)tem=P3;temp=tempxf;1/第四行扫描/P3=0xf71111Olll让P3.Q口输出低te

29、mp=P3;temp=tepxfll110000位与操作屏蔽后四位if(temp!=OxfO)delay(10);tem=P3;temp=temxf;if(temp!=OxfO)tem=P3;switch(temp)case0xe7:/IllOOlllClear被按下key=13;break;case0xd7:/HOlOlll0被按下key=0;break;case0xb7:/IOllOlll=被按下key=14;break;case0x77:/OlllOlll/被按下key=15;break;while(temp!=OxfO)tem=P3;tem=temxf;voidjs。/运算函数if(f

30、Iag=I)/第一个操作数及运算符处理keyin();/键入第一操作数if(key10)/输入的是数值numl=nunl*10+key;拼接输入操作数disbuf=numl;显示第一操作数key=20;人为给key赋值，准确读下一次键值elseif(key=10)输入是加号cord=+;flag=2;key=20;elseif(key=11)输入使减号cord=;flag=2;key=20;elseif(key=12)输入是乘号cord=*;flag=2;key=20;elseif(key=15)/输入是除号cord=,;flag=2;key=20;elseif(key=13)输入是去除号cl

31、earO;11ag=l：key=20;elseif(flag=2)第二个操作数处理keyin();if(key10)num2=num2*10+key;/拼接第二个操作数disbuf=num2;key=20;elseif(key=13)/输入是去除号clear();fIag=I;key=2O;elseif(key=14)输入等号switch(Cord)判断运算类型case+:disbuf=nu巾l+num2;break;执行加运算case,-,:disbuf=numl-num2;break;执行减运算case*:disbuf=numl*num2;break;/执行乘运算case/:disbuf=

32、numlnum2;break;执行除运算voidmain0主程序bstv51_init();学习板初始化WhiIea)让程序开机后一直运行js();调用计算程序display(disbuf);显示结果3. 2程序流程图:图10程序流程图Figure1()Programflowchart3. 3系统仿真图11仿真电路图Figure 11 Circuitsimulation系统仿真电路图用Proteus进行搭建，4*4矩阵键盘用16个按钮进行搭建，两片74HC573分别控制其中数码管的段选和位选，单片机采用元件库已有的AT89C52,其内核与AT89S52样。下面输入第一位操作数123,仿真结果如

33、图：图12输入第一位操作数123Figure 12 Enterthefirstoperand123然后，按下+号，并输入第二位操作数456,仿真结果如图：图13输入第二位操作数456Figure 13 Enterthesecondoperand456按下二号，显示结果，仿真结果如图：图14计算结果Figure 14 Theresults由此，可以看出，仿真符合设计的功能，满足设计的最初要求，设计完成，其中减法，乘法，除法仿真局部省略。结语在丛老师的指导及自己的努力下，终于完成了自己的毕业设计。通过此次设计，让我学会了科学的设计步骤和完整的设计思路，学会了如何查阅资料，如何借助网上资源来解决自己

34、所遇到的问题。在编写程序方面，学会了如何去调试编译一个程序，学会了去设置断点以及单步运行。在解决程序出错时，学到了用局部注释的方法去检查程序的错误之处，也可以通过插入小灯的方法去检验程序是否运行了当处，调试时可以通过分块调试的方法来检验程序的正确性，这些收获让我受益匪浅。与此同时，让我对51单片机有了深层次了解，学会了单片机开发所需的常用软件，对嵌入式的软硬设计思路也有了进一步的了解，使我对这一行业产生了浓厚的兴趣。通过此次设计也让我认识到了自身的专业素养匮乏，专业知识不扎实，动手能力不强，这些将成为我以后改正的目标。主要参考文献1马淑华王凤山张美金单片机原理与接口技术（第2版）M.北京：北京

35、邮电大学出版社,2005.2童诗白华成英.模拟电子技术根底（第四版）M.北京：高等教育出版社，2003.3闫石.数字电子技术（第五版）M.北京：高等教育出版社，2006.4谭浩强.C语言程序设计教程（第三版）M.北京：高等教育出版社，2023.5王玮.感悟设计：电子设计的经验与哲理M.北京：北京航空航天大学出版社,2023.致谢本设计是在丛梦龙老师悉心地指导下完成的，老师严谨的治学态度、广博的学识、开阔的思路和强烈的敬业精神将使我受益终生，在这几周里，丛老师平易近人，时常与我保持交流，关心我的设计进度和细节，及时地提供全面而细致的帮助，对此我表示由衷的感谢。同时我还要感谢我的舍友，在此期间他们给与了我极大的支持，为我毕业设计的完成提供了极大地便利。最后，还要感谢我的亲人，是他们对我一如既往的支持与信任，才有了今天的我，无论是在求学路上，还是生活中，他们的鼓励是我不停向前的动力，我会一直努力下去，不辜负他们对我的期望。个人简介姓名：覃海洋性别：男民族：汉族出生日期：1992年4月13日籍贯：重庆市合川区学院：内蒙古民族大学物理与电子信息学院班级：2023级电子信息工程本科）