毕 业 设 计
题目 简易计算器制作
专 业 通信工程
目 录
摘 1
Abstract 2
第章 绪 3
11 开发背景 3
12 设计目 4
第二章 方案证设计 5
21 设计指标 5
22 方案证设计 5
第三章 硬件模块介绍 8
31 控运算模块 8
32 显示模块 13
33 输入模块 16
第四章 软件设计 18
41 程序设计 18
42 键盘扫描程序设计 19
43 显示模块程序设计 21
44 运算模块程序设计 23
第五章 仿真调试 24
结束语 25
致 谢 26
参考文献 27
附录：硬件实物图 28
附录二：系统程序 29
附录三：务书 40
附录四：开题报告 42
附录五：外文原文外文译文 47
基AT89C51单片机简易计算器设计
摘
计算器日常生活中较常见电子产品初期计算器仅仅实现简单加减运算现广泛科学计算器功已停留加减运算外进行方开方指数数三角函数反三角函数等存储运算计算器种类模式逐渐样化太阳电池计算器ASIC制作计算器纯软件设计计算器集成手机板电脑等电子产品中计算器说计算器正发展中发展空间未必出现功更加强计算器基样理念设计AT89C51单片机核心软硬件结合方式设计简易计算器该计算器4*4矩阵键盘输入方式进行4位带符号数加减运算LCD1602液晶显示器显示操作程该文详细介绍整系统硬件组成结构工作原理软件设计思想流程
关键词： 计算器 AT89C51 LCD1602 矩阵键盘
Simple calculator designed based on AT89C51
Abstract
The calculator in People's Daily life is one of the most common electronic products Early computing calculator can only implement simple addition subtraction multiplication and division but now the scientific calculator which widely used by people’s functions are no longer stay operation besides addition subtraction multiplication and division it can also power prescribe index logarithmic trigonometric function inverse trigonometric function such as storage and computation And the types of the calculator and pattern has also been gradually diversified such as using solar calculator using ASIC production calculator using pure software design of the calculator and be integrated into mobile phones tablets and other electronic products in the calculator We can say that calculators are under development and will also have very big development space the future will appear more powerful calculators Based on this idea I design a simple calculator which use AT89C51 singlechip microcomputer as the core and use the way that combine the hardware and software The calculator use 4 * 4 matrix keyboard as input mode it can carry out four signed several operations of additionsubtraction multiplication and division and it display operation process on the LCD1602 The paper introduces in detail the system structure working principle of the hardware and the software design idea and process
key words： calculator AT89C51 LCD1602 matrix keyboard
第章 绪
11 开发背景
计算器日常生活中较常见电子产品已数十年间遍布千家万户计算器（calculator counter）般指电子计算器该名词日文传入中国进行数学运算手持机器拥集成电路芯片结构简单现代电脑结构简单说第代电子计算机（电脑）功较弱较方便廉价广泛运商业交易中必备办公品显示计算结果外常溢出指示错误指示等计算器百年历史1946年2月15日美国宾夕法尼亚学世界第台电子计算器ENIAC正式投入运行隆重揭幕仪式ENIAC表演绝招：1秒钟进行5000次加法运算1秒钟进行500次法运算时快电器计算器运算速度快1000倍全场起立欢呼欢呼科学技术进入新历史发展时期
电子计算器仅种工具工具相：电子计算器脑侧面延伸电子计算器仅具非计算力速度快令尘莫够仿真某思维功定规进行逻辑判逻辑推理代部分脑力劳动1976年数学家电子计算器证明四色定理机器完成没够完成事情轰动整国际数学界
着社会发展科学技术进步电子产品变越越先进功变越越强集成化程度变越越高更新速度令吃惊计算器断进行改进然技术进步止境计算器技术更加成熟充分利现软件硬件条件制作出更加计算器更方便更生活服务始终电子领域重研究课题方面年单片机体积价格廉面控制等诸优点种工业控制仪器仪表产品设备动化智化方面获极广泛应时单片机系统性成越越关注重课题影响系统性素方面构成系统种元器件身性系统身部分间相互耦合素等中抗干扰性系统性重指标
设计采AT89C51芯片LCD1602液晶显示器实现利单片机设计简易计算器目该计算器允许四位输入数进行带符号加减运算
C语言编写程序驱动整系统运行便移植升级果设计象更复杂计算器系统实际原理实现方法设计基相设计关键必须非常熟悉单片机原理结构熟练运51C语言编写程序时整系统设计流程握单片机模块完整衔接
现日常生活中计算器毫疑问重工具身影遍布社会角落例商店学校等等设计款简单极实计算器具实际意义文中利单片机LCD1602液晶结合设计计算器充分利讲单片机诸优点具实价值
12 设计目
设计旨进步掌握单片机理知识理解嵌入式单片机系统硬软件设计加强实际应系统设计力通设计学掌握单片机程序设计微机接口应基方法综合运科阶段学软硬件知识分析实际问题提高解决毕业设计实际问题力单片机应开发良基础
第二章 方案证设计
21 设计指标
次设计简易计算器基性：
1 够进行4位整数加减运算（法结果中数）
2 够计算结果输出LCD1602液晶显示屏中便观察
3 够实现清数功
4 够进行错误提示（输入数数0时会LCD1602显示error）
22 方案证设计
根功设计指标描述系统采AT89C51单片机控制芯片LCD1602显示芯片辅电路需基器件完成简易计算器设计具体设计考虑：
1 次设计简易计算器 求够进行4位整数加减运算功较简单编写程序会太长AT89C51单片机满足需求
2 LCD1602液晶显示器相8段数码言拥更显示量更显示效果更全面显示字符类型里选LCD1602液晶显示器作显示模块
3 根计算器功求键盘包括数字键（09）符号键（+—*÷）清键（CE）等号键需16键（4*4键盘）
系统模块图图21示：
4*4矩阵键盘（输入模块）
LCD1602液晶显示器（显示模块）
AT89C51单片机
运算模块（编程实现）
图21 系统模块图
更实现系统功硬件电路设计应该遵循原：
1优化硬件电路
采软件设计硬件设计相结合方法采软件实现硬件系统功时许响应时间会单纯硬件时长占微处理器(MCU)时间软件实现硬件功简化硬件结构提高电路性设计系统时候满足性实时性前提通软件实现硬件功
2性抗干扰设计
根性设计理系统芯片数量越少系统均障时间越长芯片数量越少址数总线电路板受干扰性越系统设计思想满足功情况力争较少数量芯片
3灵活功扩展
功扩展否灵活衡量系统优劣重指标次设计完全考虑系统方面系统需断完善进行功升级进行功扩展时应该原设计基础通修改软件程序少量硬件完成系统言求系统硬件变情况够通修改软件程序完成功升级扩展
软件方面根设计需采程序设计方法种方法先程序开始设计编制属程序子程序层层细化逐步求精完成复杂程序设计种设计方法较符合日常思维缺点级程序错误会整程序产生影响计算器程序流程图图22示：
结束（断开电源）
否
CE键
输入数
LCD显示
功键
计算结果
LCD显示
否结束
功键
LCD显示
输入数
LCD显示初始值
启动计算器
（接通电源）
图22 程序流程图
第三章 硬件模块介绍
3
31 控运算模块
AT89C51单片机微处理器（CPU）数存储器（RAM）程序存储器（4KB Flash ROM）行IO 口串行口定时器计数器中断系统特殊功寄存器（SFR）台计算机需基功部件集成块芯片程序运行修改程序通程序实现功尤特殊独特功通单片机程序实现高智高效率高性设计采单片机作该计算器控运算模块实现控制运算功
AT89C51单片机引脚图图31实际外观图图32：
图31 AT89C51单片机引脚图
图32 AT89C51单片机实际外观图
引脚功：
电源引脚
1 Vcc： 正电源脚接+5V电源
2 GND： 接端
二 外接晶体引脚
外接晶体引脚图图33示：
图33 外接晶体引脚
1 XTAL1：片振荡器反相放器时钟发生器电路输入端片振荡器时该引脚连接外部石英晶体微调电容
2 XTAL2：
片振荡器反相放器时钟发生器电路输出端片振荡器时该引脚连接外部石英晶体微调电容采外部时钟源时引脚XTAL1接收外部时钟振荡器信号XTAL2悬空
部方式时时钟发生器振荡脉二分频晶振12MHz时钟频率6MHz晶振频率1MHz24MHz选择电容取30PF左右
型号样AT89C51芯片面会频率编号12162024MHz选购买选时需注意AT89C51 24PC高振荡频率24MHz40P封装普通商芯片
三 控制引脚
1 RST
复位信号输入端高电效单片机运行时引脚加持续时间2机器周期（24时钟振荡周期）高电时单片机完成复位操作脚保持高电51芯片便循环复位单片机复位P0－P3口均置1引脚表现高电程序计数器特殊功寄存器SFR全部清零RST脚电高变低时单片机开始ROM0000H处开始运行程序
单片机正常工作时引脚应<05V低电
较常复位电路图34示
图34 复位电路图
复位操作会部RAM影响AT89C51通电时钟电路开始工作RST引脚出现24时钟周期高电系统便初始复位说单片机开始重新执行程序代码AT89C51复位方式动复位样手动复位图35示
图35 复位方式
2 EAVpp
EA外部程序存储器访问控制端
EA引脚高电时单片机读片程序存储器PC值超0FFFH时动转访问外部程序存储器中程序
EA引脚低电时程序存储器读操作限定外部程序存储器址0000H~FFFFH片4KBFlash程序存储器起作
Vpp该引脚第二功编程电压输入端89C51片Flash固化编程时加Vpp引脚编程电压+5V+12V编程校验时该引脚接Vcc
3 ALEPROG
ALE低8位址锁存允许信号系统扩展时ALE负跳P0口发出低8位址锁存外接址锁存器中然P0口作数端口实现P0口低8位址数分时传送
PROG该引脚第二功片Flash存储器编程时该引脚作编程脉输入端
4 PSEN
片外程序存储器读选通信号单片机读外部程序存储器时引脚输出脉负跳作读外部程序存储器选通信号引脚接外部程序存储器OE端访问外部RAM时PSEN信号效
四 IO引脚
1） P0口：8位漏极开路双IO口
89C51扩展外部存储器IO接口芯片时P0口作址总线（低8位）数总线分时复端口
P0口作通IO口需加拉电阻时准双口作普通IO口输入时应先端口输出锁存器写入1P0口驱动8LS型TTL负载
2） P1口：8位准双IO口具部拉电阻
P1口专户准双IO口作普通IO口输入时应先端口输出锁存器写入1P1口驱动4LS型TTL负载
3） P2口：8位准双IO口具部拉电阻
89C51扩展外部存储器IO口时P2口输出高8位址
P2口作普通IO口作普通IO口输入时应先端口输出锁存器写入1P2口驱动4LS型TTL负载
4） P3口：8位准双IO口具部拉电阻
P3口作通IO口作通IO口输入时应先端口输出锁存器写入1P2口驱动4LS型TTL负载
P3口提供第二功第二功定义表：
表31 P3口第二功定义
端口引脚
第二功
P30
RXD（串行输入口）
P31
TXD（串行输出口）
P32
INT0（外部中断0）
P33
INT1（外部中断1）
P34
T0（记时器0外部输入）
P35
T1（记时器1外部输入）
P36
WR（外部数存储器写选通）
P37
RD（外部数存储器读选通）
32 显示模块
设计中LCD1602液晶显示器作显示模块实际外观图36示：
图36 LCD1602实际外观图
LCD1602模块部带字符发生存储器（CGROM）字符：阿拉伯数字英文字母写常符号日文假名等字符固定代码写英文字母
A代码（41H）显示时模块代码41H发液晶模块液晶字母A
1602液晶模块部控制器11条控制指令丰富指令完成液晶时序控制工作方式式设置数显示等
采LCD1602液晶模块标准16针插座接口电路图37示：
图37 LCD1602接口接口电路
LCD1602引脚功指令分表31表32示：
表32 LCD1602引脚功
第1脚
VSS电源
第2脚
VDD接5V正电源
第3脚
V0液晶显示器度调整端接正电源时度弱接电源时度高度高时会产生鬼影时通10K电位器调整度
实际电路中采2K电阻较理想
第4脚
RS寄存器选择高电选择数寄存器低电选择指令寄存器
第5脚
RW读写信号线高电时进行读操作低电时进行写操作
RSRW低电时 （00）写入指令者显示址
RS低电RW高电时（01）读入忙信号
RS高电RW低电时（10）写入数
第6脚
E端端E端高电跳变成低电时液晶模块执行命令
第7～14脚
D0～D78位双数线
第15～16脚
背光阳极背光阴极
表33 LCD1602 指令表
指令1
清显示 指令码01H 光标复位址00H位置
指令2
光标复位 指令码02H 光标返回址00H位置
指令3
光标显示模式设置
ID位 → 光标移动方高电右移低电左移
S 位 → 屏幕文字否左移者右移高电效低电效
指令4
显示开关控制
D 位 → 控制整体显示开关高电表示开显示低电表示关显示
C 位 → 控制光标开关高电表示光标低电表示光标
B 位 → 控制光标否闪烁高电闪烁低电闪烁
指令5
光标显示移位
SC位 → 高电时移动显示文字低电时移动光标
指令6
功命令设置
DL位高电时4位数总线低电时8位总线
N—位低电时单行显示高电时双行显示
F—位低电时显示5x7点阵字符高电时5x10点阵字符
指令7
字符发生器RAM址设置
指令8
DDRAM址设置
指令9
读忙信号光标址
BF位 → 忙标志位高电表示忙时模块接收命令者数
指令10
写数
指令11
读数
LCD特点：
1低压微功耗
2板型结构
3动显示型(眩光刺激眼会引起眼睛疲劳)
4显示信息量(素做)
5易彩色化(色谱非常准确复现)
6电磁辐射(体安全利信息保密)
7长寿命(种器件没什劣化问题寿命极长液晶背光寿命限背光部分更换)
33 输入模块
计算器输入数字功键键假采独立键方式种情况编程会较简单会占量IO 口资源情况采种方式引入矩阵键盘采四条IO 线作行线四条IO 线作列线组成键盘行线列线交叉点设置键样键盘键数4×4种行列式键盘结构够效提高单片机系统中IO 口利率
矩阵键盘键设行列线交点键盘行线列线接正电 假键盘行线接正电键时行线处高电状态键时行线电状态行线相连列线决定列线电果低行线电低列线电果高行线电高点识行列式键盘键否关键行列式键盘中行列线键键均影响该键行列电键彼相互发生影响必须行列线信号配合起做适处理确定闭合键位置
设计中键盘电路图38示：
图38 键盘电路
综合模块设计介绍确定系统硬件设计设计图图39示：
图39 系统硬件原理图
第四章 软件设计
简易计算器程序包括功模块：
1 键扫描模块
2基LCD液晶显示屏显示模块
3运算模块
5 模块
6
4
41 程序设计
程序通调函数实现整程序控制包括LCD1602液晶初始化输入键判断进行加减运算输出计算结果等
程序流程图图41示：
图41 程序流程图
42 键盘扫描程序设计
键识分扫描法线反转法两种扫描法逐列扫描查询键处列时次扫描获键处行列值线反转法简练键处第列列均需两步便获键行列值线反转法更加简单实设计采线反转法完成键盘扫描程序设计线反转法两具体操作步骤：
1 行线编程输入线列线编程输出线输出线输出全低电行线中电高变低行键行
2 行线编程输出线列线编程输入线输出线输出全低电行线中电高变低列键列
键盘扫描程序中数字键相应数字送入缓存区功键执行相应程序
外键盘工作方式三种分编程扫描定时扫描中断扫描中编程扫描单片机空闲时调键盘扫描子程序反复扫描键盘等户键盘输入命令数响应键盘输入请求定时扫描隔定时间键盘扫描次中断扫描键盘键时执行键盘扫描程序执行该键功程序果键单片机理睬键盘种方式进步提高单片机扫描键盘工作效率
设计中单片机键盘扫描计算LCD显示控制外工作简单编程扫描方式更合适
流程图图42示：
开始
赋键接口初值
键？
N
Y
反转键接口初值
判断闭合键盘键号
计算键号
返回键号
结束
图42 键扫描程序流程图
键盘扫描程序体：
short temp1temp2tempa0xff
P10xf0 * 输入行值（列值） *
LCD_Delay_ms(20) * 延时 *
temp1P1 * 读列值（行值） *
P10xff
LCD_Delay_ms(20) * 延时程序 *
P10x0f * 输入列值（行值） *
LCD_Delay_ms(20) * 延时 *
temp2P1 * 读行值（列值） *
P10xff
temp(temp1&0xf0)|(temp2&0xf) * 两次读入数组合 *
43 显示模块程序设计
显示模块程序需首先显示模块进行初始化然LCD1602液晶写入指令LCD1602液晶写入数需三函数完成该程序设计三函数分：
1 LCD1602液晶初始化函数
2 写入指令函数
3 写入数函数
4 指定显示器坐标写入字符（字符串）函数
中LCD1602液晶初始化函数包括设置显示类型光标清屏开显示显示位置首址初始显示数等等程序体：
wela0 写液晶
lcden0 1602
write_com(0x38) 8 位总线双行显示5X7 点阵字符
LCD_Delay_us(100) 延时100us
write_com(0x0c) 开显示光标光标闪烁
write_com(0x06) 光标右移动
write_com(0x01) 清屏
write_com(0x80) DDRAM 址0
显示模块程序流程图图43示：
开始
LCD1602液晶初始化
判断数LCD1602显示位置
LCD1602液晶写入指令
LCD1602液晶写入数
结束
图43 显示模块程序流程图
44 运算模块程序设计
运算模块功利单片机计算输入数运算结果功运C语言中加减运算符实现特注意运算法时数零数零时程序报错（LCD1602液晶显示器显示error）
程序体：
switch(x) *功键选择*
{
case 1data_cdata_a+data_bbreak 加 * + S1 * * 数值转换函数 *
case 2if(data_a>data_b){data_cdata_adata_b} * S2 *减
else{data_cdata_bdata_aW_lcd(51'')} 负数符号
break
case 3data_c(data_a*data_b)break * * S3 *
case4if(data_b0){LCD_Write_String(01Error )}else{data_c(data_a*10000)data_b}break * S4 *溢出时显示错误
case 0break
}
第五章 仿真调试
设计中keil C软件程序进行编译然编译连接生成执行文件放入已搭建proteus仿真图中AT89C51单片机进行仿真仿真图图51示：
图51 简易计算器仿真图
首先输入第数然输入功键（+*）数等号键LCD显示屏第二行显示出相应结果图中输入2225第二行显示出结果444000结果出计算结果数时计算器够显示数数位四位外计算法时果输入数0LCD第二行显示出Error 00000字样
结束语
硬件制作程中走弯路系统没设计握开始动手制作发现设计求偏差反复改次浪费量时间体力感受设计员耐心认真求开始研究软件编写程中费力气软件编写求高细心心会调错误深刻体会作软件编程员绝粗心意程序完成速度质量高低细心否着联系编程时充分结构化思想样语句较少程序调试较方便功模块逐调试充分体现结构化编程优势模块完成时功加起完成整体设计
致 谢
次毕业设计导师张帆老师热心指导里张帆老师表示衷心感谢张帆老师易学生设计进度学关心毕业设计前期首先介绍少资料书籍硬件设计等方面予悉心指导调试程中张帆老师出现问题予时指导写毕业设计文阶段张帆老师提前评审容字体格式问题指出工作认真治学严谨留深刻印象更重善学生沟通仅毕业设计时指导更学阶段学提出许宝贵意见切潜移默化影响着进入工作岗位树立良榜样
帮助关心表示衷心感谢
参考文献
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[2] 张义 王敏男 许宏昌等 例说51单片机（第3版）[M] 北京：民邮电出版
[3] 恰汗·合孜尔 C语言程序设计（第三版）[M] 北京：中国铁道出版社2010年第三版
[4] 陈雷 C51单片机应实训[M] 北京：中国电力出版社2011年第版
[5] 张欣 孙宏昌 尹霞 单片机原理C51程序设计基础教程[M] 北京：清华学出版社2010年第版
[6] 王巧芝 郑锋 刘瑞国等 51单片机开发应入门精通[M] 北京：中国铁道出版社
[7] 张靖武 周灵杉单片机系统PROTEUS设计仿真[M]北京：北京电子工业出版社
[8] 靳达 求科技单片机应系统开发实例导航[M]：民邮电出版社2006
[9] 刘守义 单片机应技术[M]：西安电子科技学出版社2001
[10] 林志琦基PROTEUS单片机视化软硬件仿真[M]北京：北京航空航天学出版社2006
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[12] 徐江海单片机实教程[M]北京：机械工业出版社2007
[13] 肖洪兵 学单片机 北京：北京航空航天学出版社20028
[14] 夏继强 单片机实验实践教程 北京：北京航空航天学出版社 2001
[15] 谭浩强 C语言程序设计[M]北京：清华学出版社2000
[16] 刘福基 C语言程序设计实训教程[M]北京：科学出版社2004
[17] 张磊 C语言程序设计[M]北京：高等教育出版社2005
[18] 严桂兰 C语言程序设计[M]厦门：厦门学出版社2006
附录：硬件实物图（图61图62）：
图61 正面图
图62 背面图
附录二：系统程序
#include
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
sbit rsP2^7 指令or数
sbit welaP2^6 读or写
sbit lcdenP2^5 信号
uchar code table[]
long int data_adata_b 第数第二数
long int data_c 计算结果
uchar dispaly[10] 显示缓
************************************************************************
延时t us函数
************************************************************************
void LCD_Delay_us(unsigned int t)
{
while(t) t0退出
}
************************************************************************
延时t ms函数
************************************************************************
void LCD_Delay_ms(unsigned int t)
{
unsigned int ij
for(i0i for(j0j<113j++) 执行113次循环
}
************************************************************************
1602液晶写指令
************************************************************************
void write_com(uchar com) 1602液晶写指令
{
rs0 写指令
lcden0 1602
P0com 写入指令com
LCD_Delay_ms(1) 延时1ms
lcden1 1602
LCD_Delay_ms(2) 延时2ms
lcden0 1602
}
************************************************************************
1602液晶写数
************************************************************************
void write_date(uchar date) 1602液晶写数
{
rs1 写数
lcden0 1602
P0date 写入数date
LCD_Delay_ms(1) 延时1ms
lcden1 1602
LCD_Delay_ms(2) 延时2ms
lcden0 1602
}
************************************************************************
指定xy写入字符函数
************************************************************************
void W_lcd(unsigned char xunsigned char yunsigned char Data)
{
if (y 0){write_com(0x80 + x)} 第行
else{write_com(0xc0 + x)} 第二行
write_date( Data) 写入数
}
指定xy写入字符串函数
void LCD_Write_String(unsigned char xunsigned char yunsigned char *s)
{
if (y 0){write_com(0x80 + x)} 第行
else{write_com(0xC0 + x)} 第二行
while (*s)
{write_date( *s) s++} 写入数
}
************************************************************************
初始化液晶画面初始化
************************************************************************
void init_lcd(void) 初始化液晶画面初始化
{
wela0 写液晶
lcden0 1602
write_com(0x38) 8 位总线双行显示5X7 点阵字符
LCD_Delay_us(100) 延时100us
write_com(0x0c) 开显示光标光标闪烁
write_com(0x06) 光标右移动
write_com(0x01) 清屏
write_com(0x80) DDRAM 址0
}
************************************************************************
反转法键盘扫描
************************************************************************
short keycheckdown() * 反转法键盘扫描 *
{
short temp1temp2tempa0xff
P10xf0 * 输入行值（列值） *
LCD_Delay_ms(20) * 延时 *
temp1P1 * 读列值（行值） *
P10xff
LCD_Delay_ms(20) * 延时 *
P10x0f * 输入列值（行值） *
LCD_Delay_ms(20) * 延时 *
temp2P1 * 读行值（列值） *
P10xff
temp(temp1&0xf0)|(temp2&0xf) * 两次读入数组合 *
switch(temp) * 通读入数组合判断键位置 *
{
case 0x77 a0x0dbreak 键
case 0x7b a0x0e break 键
case 0x7d a0 break 键0
case 0x7e a0x0f break 键CE
case 0xb7 a0x0cbreak 键*
case 0xbb a0x9break 键9
case 0xbd a0x8break 键8
case 0xbe a0x7break 键7
case 0xd7 a0x0bbreak 键
case 0xdb a0x6break 键6
case 0xdd a0x5break 键5
case 0xde a0x4break 键4
case 0xe7 a0x0a break 键+
case 0xeb a3break 键3
case 0xed a2break 键2
case 0xee a1break 键1
default a0xff
}
return a * 返回键值 *
}
void display_a() 显示数a
{
dispaly[3]data_a100001000 千
dispaly[2]data_a1000100 百
dispaly[1]data_a10010 十
dispaly[0]data_a10
write_com(0x80+0) 显示数a
if(data_a>999){ write_date('0'+dispaly[3])} 显示千位
if(data_a>99){ write_date('0'+dispaly[2])} 显示百位
if(data_a>9){ write_date('0'+dispaly[1])} 显示十位
write_date('0'+dispaly[0]) 显示位
}
void display_b() 显示数b
{
write_com(0x80+7) 第行
dispaly[3]data_b100001000 千
dispaly[2]data_b1000100 百
dispaly[1]data_b10010 十
dispaly[0]data_b10
if(data_b>999){ write_date('0'+dispaly[3]) } 显示千位
if(data_b>99) { write_date('0'+dispaly[2]) } 显示百位
if(data_b>9) { write_date('0'+dispaly[1]) } 显示十位
write_date('0'+dispaly[0]) 显示位
}
计算结果
void display_c(x)
{
if(data_c<100000000&&data_c>1)溢出时显示错误
{
dispaly[8]data_c1000000000100000000 万万
dispaly[7]data_c10000000010000000 千万
dispaly[6]data_c100000001000000 百万
dispaly[5]data_c1000000100000 十万
dispaly[4]data_c10000010000 万
dispaly[3]data_c100001000 千
dispaly[2]data_c1000100 百
dispaly[1]data_c10010 十
dispaly[0]data_c10
write_com(0x80+6+0x40) 第行
if(x4)
{
if(data_c>99999999) { write_date('0'+dispaly[8])} 显示万万
if(data_c>9999999) { write_date('0'+dispaly[7])} 千万
if(data_c>999999) { write_date('0'+dispaly[6])} 百万
if(data_c>99999) { write_date('0'+dispaly[5])} 十万
write_date('0'+dispaly[4]) 万
write_date('')
write_date('0'+dispaly[3]) 千
write_date('0'+dispaly[2]) 百
write_date('0'+dispaly[1]) 十
write_date('0'+dispaly[0])
}
else{
if(data_c>99999999) { write_date('0'+dispaly[8])} 显示万万
if(data_c>9999999) { write_date('0'+dispaly[7])} 千万
if(data_c>999999) { write_date('0'+dispaly[6])} 百万
if(data_c>99999) { write_date('0'+dispaly[5])} 十万
if(data_c>9999) { write_date('0'+dispaly[4])} 万
if(data_c>999) { write_date('0'+dispaly[3])} 千
if(data_c>99) { write_date('0'+dispaly[2])} 百
if(data_c>9) { write_date('0'+dispaly[1])} 十
write_date('0'+dispaly[0])
}
}
else 溢出时显示错误
{
write_com(0x80+11+0x40) 第行
write_date('E') 显示 E
write_date('r') 显示R
write_date('r') 显示R
write_date('o') 显示O
write_date('r') 显示E
}
}
void eql(uchar x)加减运算
{
switch(x) *功键选择*
{
case 1data_cdata_a+data_bbreak 加 * + S1 * * 数值转换函数 *
case 2if(data_a>data_b){data_cdata_adata_b} * S2 *减
else{data_cdata_bdata_aW_lcd(51'')} 负数符号
break
case 3data_c(data_a*data_b)break * * S3 *
case4if(data_b0){LCD_Write_String(01Error )}else{data_c(data_a*10000)data_b}break * S4 *溢出时显示错误
case 0break
}
}
void main()
{
uchar key0xff 键值初始化
uchar n0 第1数14次
uchar m5 第2数14次
uchar x0
data_a0 前数
data_b0 数
data_c0 结果
init_lcd() 1602液晶初始化
display_a()
while(1)
{
keykeycheckdown() *动态扫描键盘返回键应值赋j key0f *
if(0xffkey) *返回值效进入部处理程序*
{
if(key<10)
{
if(n<4){data_adata_a*10+keym5display_a()}n++ 首先输入第数
if(m<4){data_bdata_b*10+keyn5display_b()}m++ 必须+*输入第二数
}
else
{ switch(key) *功键选择*
{
case 0xan5m0x1W_lcd(50'+')break 加 * + S1 * * 数值转换函数 *
case 0xbn5m0x2W_lcd(50'')break * S2 *减
case 0xcn5m0x3W_lcd(50'*')break * * S3 *
case 0xdn5m0x4W_lcd(50'')break * S4 *
case 0xen5m5eql(x)W_lcd(120'')display_c(x)break * *
case 0xfn0x0m5
data_a0data_b0data_c0LCD_Write_String(00table)LCD_Write_String(01table)W_lcd(00'0')break * C*
}
}
do{P10xf0}while(P10xf0) *等键松开*
}
}
}
附录三：务书
毕业设计（文）务书
简易计算器制作
毕业设计（文）目
1学生更深入认识理解89C51单片机结构工作原理掌握单片机简单开发方法事单片机工作铺垫
2学生LCD1602液晶显示器初步认识工作原理引脚功加理解达LCD1602显示模块设计想做东西目
3C语言更深入理解尤结合实际理解单单知道语法已进行软件开发硬件开发处
4学生实际进行设计步骤注意事项认识促学致
二容
AT89C51单片机核心LCD1602液晶显示器显示模块4*4矩阵键盘输入模块制作简易计算器实现基加减运算运算结果显示LCD1602液晶显示器
三重点研究问题
1软件实现键扫描
2软件驱动LCD1602液晶显示器数显示
3实现输入数加减运算
4识输入错误进行错误提示
四 技术指标参数
1够进行4位整数加减运算（法结果中数）
2够计算结果输出LCD1602液晶显示屏中便观察
3够实现清数功
4够进行错误提示（输入数数0时会LCD1602显示error）
五基求
1设计需制作出实物停留设计方案者prote仿真图阶段
2设计需学生独立完成抄袭成果（包括简易计算器制作文撰写
3需设计中出现问题断反思直完全弄清原止
4懂方耐心查询相关资料者虚心请教
六（包括选题源）
选题指导老师提供
附录四：开题报告
毕业设计（文）开题报告
20XX年 4 月 1日
学生姓名
学号
专业
通信工程
题目名称
基单片机简易计算器设计
课题源
选
容
课题意义
次设计51单片机核心应单片机应基础等学相关知识查阅资料完成简易计算器设计达理实践更结合进步提高综合运学知识设计力目通次设计训练基思路基方法基MCS51单片机系统设计更加深入认识具备定程度设计力
二 相关背景
着社会断发展科技断创新计算器已数十年间遍布千家万户数学家聪明电子计算器电子计算器数学家变更加明电子计算器仅种工具工具相：电子计算器脑侧面延伸电子计算器仅具非计算力速度快令尘莫够仿真某思维功定规进行逻辑判逻辑推理代部分脑力劳动
计算器未型化轻便化现市面出现太阳电池计算器ASIC设计计算器纯软件实现计算器等未智化计算器发展方更希成应广泛计算工具次做51单片机设计简易计算器次设计价值核心倡导学知识运现实生活现实生活服务知识转化实物怕简单物件简单功真真切切感受创造快乐工作做铺垫通更学更尝试知识作真正发挥出改变家生活
三 行性分析
51单片机进行加减等运算键盘LCD1602液晶显示器连接供输入数计算结果直观显示LCD1602液晶显示器符合简易计算器基特性51单片机键盘LCD1602液晶显示器等配合设计简易计算器行
四 目标务分析
次设计简易计算器基性：
1） 够进行4位整数加减运算（法结果中数）
2） 够计算结果输出LCD1602液晶显示屏中便观察
3） 够实现清数功
4） 够进行错误提示（输入数数0时会LCD1602显示error）
设计需利Proteus软件实现电路仿真完成简易计算器仿真实现测试否够完成种功然硬件电路做出实物
采取技术路线方法
简易计算器设计模块：
1 键盘扫描识模块
l 计算器输入数字功键键假采独立键方式编程然会简单问题键盘会占量IO 口资源里采种方式采矩阵键盘方案矩阵键盘四条IO 线作行线四条IO 线作列线行线列线交叉点设置键样键盘键数4×416 计算器键盘布局图71示：般16键组成单片机中恰P口实现16键功
图71 键盘布局图
l 矩阵式键盘键识方法扫描法线反转法两种线反转法更加简单实里采线反转法识键
l 单片机忙种工作务时兼顾键盘输入取决键盘工作方式键盘工作方式三种：编程扫描定时扫描中断扫描设计中编程扫描较方便里采编程扫描方式
2 LCD1602液晶显示器模块：
LCD1602显示器图72示：
图72 LCD1602液晶显示器
LCD1602编程分初始化部分数显示部分具体编写时处理里叙述
3 计算模块
编程实现牵扯硬件电路里加叙述
原理图图73示：
4*4矩阵键盘（输入模块）
LCD1602液晶显示器（显示模块）
AT89C51单片机
运算模块（编程实现）
图73 简易计算器模块设计图
时间安排
3—5周：查找资料
6—9周：方案设计（程序编写）proteus仿真调试
10周11周 ：购买元器件制作硬件电路调试
12周：根前期设计制作调试撰写文
13周：准备毕业答辩
指导教师意见
签 名：
年 月 日
备注
附录五：外文原文外文译文
singlechip temperature system
1MCU
A microcontroller (or MCU) is a computeronachip It is a type of microprocessor emphasizing selfsufficiency and costeffectiveness in contrast to a generalpurpose microprocessor (the kind used in a PC)
The majority of computer systems in use today are embedded in other machinery such as telephones clocks appliances vehicles and infrastructure An embedded system usually has minimal requirements for memory and program length and may require simple but unusual inputoutput systems For example most embedded systems lack keyboards screens disks printers or other recognizable IO devices of a personal computer They may control electric motors relays or voltages and read switches variable resistors or other electronic devices Often the only IO device readable by a human is a single lightemitting diode and severe cost or power constraints can even eliminate that
In contrast to generalpurpose CPUs microcontrollers do not have an address bus or a data bus because they integrate all the RAM and nonvolatile memory on the same chip as the CPU Because they need fewer pins the chip can be placed in a much smaller cheaper package
Integrating the memory and other peripherals on a single chip and testing them as a unit increases the cost of that chip but often results in decreased net cost of the embedded system as a whole (Even if the cost of a CPU that has integrated peripherals is slightly more than the cost of a CPU + external peripherals having fewer chips typically allows a smaller and cheaper circuit board and reduces the labor required to assemble and test the circuit board) This trend leads to design
A microcontroller is a single integrated circuit commonly with the following features
central processing unit ranging from small and simple 4bit processors to sophisticated 32 or 64bit processors
inputoutput interfaces such as serial ports (UARTs)
other serial communications interfaces like I²C Serial Peripheral Interface and Controller Area Network for system interconnect peripherals such as timers and watchdog RAM for data storage ROM EPROM EEPROM or Flash memory for program storage clock generator often an oscillator for a quartz timing crystal resonator or RC circuit many include analogtodigital converters
This integration drastically reduces the number of chips and the amount of wiring and PCB space that would be needed to produce equivalent systems using separate chips and have proved to be highly popular in embedded systems since their introduction in the 1970s
Some microcontrollers can afford to use a Harvard architecture separate memory buses for instructions and data allowing accesses to take place concurrently
The decision of which peripheral to integrate is often difficult The Microcontroller vendors often trade operating frequencies and system design flexibility against timetomarket requirements from their customers and overall lower system cost Manufacturers have to balance the need to minimize the chip size against additional functionality
Microcontroller architectures are available from many different vendors in so many varieties that each instruction set architecture could rightly belong to a category of their own Chief among these are the 8051 Z80 and ARM derivatives[citation needed]
A microcontroller (also MCU or µC) is a functional computer systemonachip It contains a processor core memory and programmable inputoutput peripherals
Microcontrollers include an integrated CPU memory (a small amount of RAM program memory or both) and peripherals capable of input and output
It emphasizes high integration in contrast to a microprocessor which only contains a CPU (the kind used in a PC) In addition to the usual arithmetic and logic elements of a general purpose microprocessor the microcontroller integrates additional elements such as readwrite memory for data storage readonly memory for program storage Flash memory for permanent data storage peripherals and inputoutput interfaces At clock speeds of as little as 32KHz microcontrollers often operate at very low speed compared to microprocessors but this is adequate for typical applications They consume relatively little power (milliwatts or even microwatts) and will generally have the ability to retain functionality while waiting
for an event such as a button press or interrupt Power consumption while sleeping (CPU clock and peripherals disabled) may be just nanowatts making them ideal for low power and long lasting battery applications
Microcontrollers are used in automatically controlled products and devices such as automobile engine control systems remote controls office machines appliances power tools and toys By reducing the size cost and power consumption compared to a design using a separate microprocessor memory and inputoutput devices microcontrollers make it economical to electronically control many more processes
The majority of computer systems in use today are embedded in other machinery such as automobiles telephones appliances and peripherals for computer systems These are called embedded systems While some embedded systems are very sophisticated many have minimal requirements for memory and program length with no operating system and low software complexity Typical input and output devices include switches relays solenoids LEDs small or custom LCD displays radio frequency devices and sensors for data such as temperature humidity light level etc Embedded systems usually have no keyboard screen disks printers or other recognizable IO devices of a personal computer and may lack human interaction devices of any kind
It is mandatory that microcontrollers provide real time response to events in the embedded system they are controlling When certain events occur an interrupt system can signal the processor to suspend processing the current instruction sequence and to begin an interrupt service routine (ISR) The ISR will perform any processing required based on the source of the interrupt before returning to the original instruction sequence Possible interrupt sources are device dependent and often include events such as an internal timer overflow completing an analog to digital conversion a logic level change on an input such as from a button being pressed and data received on a communication link Where power consumption is important as in battery operated devices interrupts may also wake a microcontroller from a low power sleep state where the processor is halted until required to do something by a peripheral event
Microcontroller programs must fit in the available onchip program memory since it would be costly to provide a system with external expandable memory Compilers and assembly language are used to turn highlevel language programs into a compact machine code for storage in the microcontroller's memory Depending on the device the program memory may be permanent readonly memory that can only be programmed at the factory or program memory may be fieldalterable flash or erasable readonly memory
Since embedded processors are usually used to control devices they sometimes need to accept input from the device they are controlling This is the purpose of the analog to digital converter Since processors are built to interpret and process digital data ie 1s and 0s they won't be able to do anything with the analog signals that may be being sent to it by a device So the analog to digital converter is used to convert the incoming data into a form that the processor can recognize There is also a digital to analog converter that allows the processor to send data to the device it is controlling
In addition to the converters many embedded microprocessors include a variety of timers as well One of the most common types of timers is the Programmable Interval Timer or PIT for short A PIT just counts down from some value to zero Once it reaches zero it sends an interrupt to the processor indicating that it has finished counting This is useful for devices such as thermostats which periodically test the temperature around them to see if they need to turn the air conditioner on the heater on etc
Time Processing Unit or TPU for short Is essentially just another timer but more sophisticated In addition to counting down the TPU can detect input events generate output events and other useful operations
Dedicated Pulse Width Modulation (PWM) block makes it possible for the CPU to control power converters resistive loads motors etc without using lots of CPU resources in tight timer loops
Universal Asynchronous ReceiverTransmitter (UART) block makes it possible to receive and transmit data over a serial line with very little load on the CPU
For those wanting ethernet one can use an external chip like Crystal Semiconductor CS8900A Realtek RTL8019 or Microchip ENC 28J60 All of them allow easy interfacing with low pin count
中文翻译：
1单片机
单片机单片微型计算机中央处理器存储器定时计数器输入输出接口集成块集成电路芯片微型计算机应电脑中通型微处理器相更强调供应（外接硬件）节约成优点体积放仪表部存储量输入输出接口简单功较低发展非常迅速旧单片机定义已满足应场合称范围更广微控制器目前中国陆单片机称呼
绝数现单片机基冯·诺伊曼结构种结构清楚定义嵌入式系统必需四基部分：中央处理器核心程序存储器（读存储器者闪存）数存储器（机存储器）者更定时计时器外围设备扩展资源进行通信输入输出端口——集成单集成电路芯片说单片机通型中央处理单元芯片前者般容易配合型外部支持芯片制成工作计算机样容易单片机系统植入装置部控制装置年指令数字宽提高处理器流水线速度哈佛结构微控制器DSP逐渐广泛应
传统微处理器允许做完成单片机工作必须连接芯片说片没数存储器必须添加RAM存储芯片然添加存储器容量灵活少添加外需添加连线传递芯片间数 典型微控制器需时钟发生器少RAMROM(者EPROM E2PROM)软件晶振工作时微控制器具丰富输入输出设备模拟数字转换(ADC)定时器串口者串行通讯接口(I2C串行外围接口(SPI)控制器局域网)通常继承部设备通特殊指令操作
现代微控制器支持建高级编程语言BASIC语言
微控制器（MCU）微型计算芯片包含处理器存（少量RAM 程序存储器两者兼）编程输入输出外设
强调高度集成相微处理器包含CPU （台PC ） 通常算术逻辑素等般途微处理器微控制器集成更素读写存储器数存储读存储器存储程序快闪记忆体永久数存储外设输入输出接口时钟频率32Mhz情况 微操作系统非常低速度相运行足够典型应消耗较少功率（毫瓦什微） 具保持功时等事件钮中断睡眠状态时 CPU时钟外设禁适合低功耗长期持久电池应
微控制器广泛应动控制产品设备汽车发动机控制系统远程控制系统办公室机器设备系统家电器电动工具玩具等通降低尺寸成耗设计单独微处理器存输入输出设备够微控制器控制更进程更济
目前数计算机系统嵌入设备中汽车电话需外设计算机系统嵌入设备计算机系统称嵌入式系统嵌入式系统非常复杂够达求存程序长度限制软件复杂性降低典型输入输出设备包括交换机继电器螺线发光二极形定制液晶显示器数码显示器等射频设备传感器等嵌入式系统通常没键盘屏幕硬盘印机公认I O设备缺乏机互动装置种
某强制性微控制器够提供实时应突发事件嵌入式系统控制某事件发生时中断系统够信号处理器暂停处理前指令序列开始中断服务中断服务结束返回原指令序列通常说单片机中断系统
中断源设备赖通常种部定时器溢完成模拟数字转换逻辑水变化种投入钮收数通信联系等许重中断源发出中断申请必须中断电池供电设备停止运行微控制器低功耗睡眠状态处理器必须停止直做外围活动重新开始返回前指令序列
单片机程序必须符合现芯片程序存储器求代价高昂系统提供外部设备间扩展存储器编译器汇编语言开高级语言程序紧凑机器代码存储微控制器存储程根设备程式记忆体永久性唯读存储器进行编程工厂生产擦式读存储器
嵌入式处理器通常控制设备时需接受输入设备数输入处理器置处理数数10 法直接处理模拟信号先需处理数通模拟数字转换程传入数转化处理器识形式种转换器做数模转换器够数字信号转换模拟信号数发送需CPU控制设备达控制目
外许嵌入式微处理器包括种兼职转换器常见种类型转换器编程间隔定时转换器工作程倒计时刚达零会处理器发出中断指令表明已完成转换需控制设备发出指令作出某动作非常设备恒温系统需定期测试周围温度否需开空调者加热器等等
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毕 业 设 计
题目 简易计算器制作
专 业 通信工程
目 录
摘 1
Abstract 2
第章 绪 3
11 开发背景 3
12 设计目 4
第二章 方案证设计 5
21 设计指标 5
22 方案证设计 5
第三章 硬件模块介绍 8
31 控运算模块 8
32 显示模块 13
33 输入模块 16
第四章 软件设计 18
41 程序设计 18
42 键盘扫描程序设计 19
43 显示模块程序设计 21
44 运算模块程序设计 23
第五章 仿真调试 24
结束语 25
致 谢 26
参考文献 27
附录：硬件实物图 28
附录二：系统程序 29
附录三：务书 40
附录四：开题报告 42
附录五：外文原文外文译文 47
基AT89C51单片机简易计算器设计
摘
计算器日常生活中较常见电子产品初期计算器仅仅实现简单加减运算现广泛科学计算器功已停留加减运算外进行方开方指数数三角函数反三角函数等存储运算计算器种类模式逐渐样化太阳电池计算器ASIC制作计算器纯软件设计计算器集成手机板电脑等电子产品中计算器说计算器正发展中发展空间未必出现功更加强计算器基样理念设计AT89C51单片机核心软硬件结合方式设计简易计算器该计算器4*4矩阵键盘输入方式进行4位带符号数加减运算LCD1602液晶显示器显示操作程该文详细介绍整系统硬件组成结构工作原理软件设计思想流程
关键词： 计算器 AT89C51 LCD1602 矩阵键盘
Simple calculator designed based on AT89C51
Abstract
The calculator in People's Daily life is one of the most common electronic products Early computing calculator can only implement simple addition subtraction multiplication and division but now the scientific calculator which widely used by people’s functions are no longer stay operation besides addition subtraction multiplication and division it can also power prescribe index logarithmic trigonometric function inverse trigonometric function such as storage and computation And the types of the calculator and pattern has also been gradually diversified such as using solar calculator using ASIC production calculator using pure software design of the calculator and be integrated into mobile phones tablets and other electronic products in the calculator We can say that calculators are under development and will also have very big development space the future will appear more powerful calculators Based on this idea I design a simple calculator which use AT89C51 singlechip microcomputer as the core and use the way that combine the hardware and software The calculator use 4 * 4 matrix keyboard as input mode it can carry out four signed several operations of additionsubtraction multiplication and division and it display operation process on the LCD1602 The paper introduces in detail the system structure working principle of the hardware and the software design idea and process
key words： calculator AT89C51 LCD1602 matrix keyboard
第章 绪
11 开发背景
计算器日常生活中较常见电子产品已数十年间遍布千家万户计算器（calculator counter）般指电子计算器该名词日文传入中国进行数学运算手持机器拥集成电路芯片结构简单现代电脑结构简单说第代电子计算机（电脑）功较弱较方便廉价广泛运商业交易中必备办公品显示计算结果外常溢出指示错误指示等计算器百年历史1946年2月15日美国宾夕法尼亚学世界第台电子计算器ENIAC正式投入运行隆重揭幕仪式ENIAC表演绝招：1秒钟进行5000次加法运算1秒钟进行500次法运算时快电器计算器运算速度快1000倍全场起立欢呼欢呼科学技术进入新历史发展时期
电子计算器仅种工具工具相：电子计算器脑侧面延伸电子计算器仅具非计算力速度快令尘莫够仿真某思维功定规进行逻辑判逻辑推理代部分脑力劳动1976年数学家电子计算器证明四色定理机器完成没够完成事情轰动整国际数学界
着社会发展科学技术进步电子产品变越越先进功变越越强集成化程度变越越高更新速度令吃惊计算器断进行改进然技术进步止境计算器技术更加成熟充分利现软件硬件条件制作出更加计算器更方便更生活服务始终电子领域重研究课题方面年单片机体积价格廉面控制等诸优点种工业控制仪器仪表产品设备动化智化方面获极广泛应时单片机系统性成越越关注重课题影响系统性素方面构成系统种元器件身性系统身部分间相互耦合素等中抗干扰性系统性重指标
设计采AT89C51芯片LCD1602液晶显示器实现利单片机设计简易计算器目该计算器允许四位输入数进行带符号加减运算
C语言编写程序驱动整系统运行便移植升级果设计象更复杂计算器系统实际原理实现方法设计基相设计关键必须非常熟悉单片机原理结构熟练运51C语言编写程序时整系统设计流程握单片机模块完整衔接
现日常生活中计算器毫疑问重工具身影遍布社会角落例商店学校等等设计款简单极实计算器具实际意义文中利单片机LCD1602液晶结合设计计算器充分利讲单片机诸优点具实价值
12 设计目
设计旨进步掌握单片机理知识理解嵌入式单片机系统硬软件设计加强实际应系统设计力通设计学掌握单片机程序设计微机接口应基方法综合运科阶段学软硬件知识分析实际问题提高解决毕业设计实际问题力单片机应开发良基础
第二章 方案证设计
21 设计指标
次设计简易计算器基性：
1 够进行4位整数加减运算（法结果中数）
2 够计算结果输出LCD1602液晶显示屏中便观察
3 够实现清数功
4 够进行错误提示（输入数数0时会LCD1602显示error）
22 方案证设计
根功设计指标描述系统采AT89C51单片机控制芯片LCD1602显示芯片辅电路需基器件完成简易计算器设计具体设计考虑：
1 次设计简易计算器 求够进行4位整数加减运算功较简单编写程序会太长AT89C51单片机满足需求
2 LCD1602液晶显示器相8段数码言拥更显示量更显示效果更全面显示字符类型里选LCD1602液晶显示器作显示模块
3 根计算器功求键盘包括数字键（09）符号键（+—*÷）清键（CE）等号键需16键（4*4键盘）
系统模块图图21示：
4*4矩阵键盘（输入模块）
LCD1602液晶显示器（显示模块）
AT89C51单片机
运算模块（编程实现）
图21 系统模块图
更实现系统功硬件电路设计应该遵循原：
1优化硬件电路
采软件设计硬件设计相结合方法采软件实现硬件系统功时许响应时间会单纯硬件时长占微处理器(MCU)时间软件实现硬件功简化硬件结构提高电路性设计系统时候满足性实时性前提通软件实现硬件功
2性抗干扰设计
根性设计理系统芯片数量越少系统均障时间越长芯片数量越少址数总线电路板受干扰性越系统设计思想满足功情况力争较少数量芯片
3灵活功扩展
功扩展否灵活衡量系统优劣重指标次设计完全考虑系统方面系统需断完善进行功升级进行功扩展时应该原设计基础通修改软件程序少量硬件完成系统言求系统硬件变情况够通修改软件程序完成功升级扩展
软件方面根设计需采程序设计方法种方法先程序开始设计编制属程序子程序层层细化逐步求精完成复杂程序设计种设计方法较符合日常思维缺点级程序错误会整程序产生影响计算器程序流程图图22示：
结束（断开电源）
否
CE键
输入数
LCD显示
功键
计算结果
LCD显示
否结束
功键
LCD显示
输入数
LCD显示初始值
启动计算器
（接通电源）
图22 程序流程图
第三章 硬件模块介绍
3
31 控运算模块
AT89C51单片机微处理器（CPU）数存储器（RAM）程序存储器（4KB Flash ROM）行IO 口串行口定时器计数器中断系统特殊功寄存器（SFR）台计算机需基功部件集成块芯片程序运行修改程序通程序实现功尤特殊独特功通单片机程序实现高智高效率高性设计采单片机作该计算器控运算模块实现控制运算功
AT89C51单片机引脚图图31实际外观图图32：
图31 AT89C51单片机引脚图
图32 AT89C51单片机实际外观图
引脚功：
电源引脚
1 Vcc： 正电源脚接+5V电源
2 GND： 接端
二 外接晶体引脚
外接晶体引脚图图33示：
图33 外接晶体引脚
1 XTAL1：片振荡器反相放器时钟发生器电路输入端片振荡器时该引脚连接外部石英晶体微调电容
2 XTAL2：
片振荡器反相放器时钟发生器电路输出端片振荡器时该引脚连接外部石英晶体微调电容采外部时钟源时引脚XTAL1接收外部时钟振荡器信号XTAL2悬空
部方式时时钟发生器振荡脉二分频晶振12MHz时钟频率6MHz晶振频率1MHz24MHz选择电容取30PF左右
型号样AT89C51芯片面会频率编号12162024MHz选购买选时需注意AT89C51 24PC高振荡频率24MHz40P封装普通商芯片
三 控制引脚
1 RST
复位信号输入端高电效单片机运行时引脚加持续时间2机器周期（24时钟振荡周期）高电时单片机完成复位操作脚保持高电51芯片便循环复位单片机复位P0－P3口均置1引脚表现高电程序计数器特殊功寄存器SFR全部清零RST脚电高变低时单片机开始ROM0000H处开始运行程序
单片机正常工作时引脚应<05V低电
较常复位电路图34示
图34 复位电路图
复位操作会部RAM影响AT89C51通电时钟电路开始工作RST引脚出现24时钟周期高电系统便初始复位说单片机开始重新执行程序代码AT89C51复位方式动复位样手动复位图35示
图35 复位方式
2 EAVpp
EA外部程序存储器访问控制端
EA引脚高电时单片机读片程序存储器PC值超0FFFH时动转访问外部程序存储器中程序
EA引脚低电时程序存储器读操作限定外部程序存储器址0000H~FFFFH片4KBFlash程序存储器起作
Vpp该引脚第二功编程电压输入端89C51片Flash固化编程时加Vpp引脚编程电压+5V+12V编程校验时该引脚接Vcc
3 ALEPROG
ALE低8位址锁存允许信号系统扩展时ALE负跳P0口发出低8位址锁存外接址锁存器中然P0口作数端口实现P0口低8位址数分时传送
PROG该引脚第二功片Flash存储器编程时该引脚作编程脉输入端
4 PSEN
片外程序存储器读选通信号单片机读外部程序存储器时引脚输出脉负跳作读外部程序存储器选通信号引脚接外部程序存储器OE端访问外部RAM时PSEN信号效
四 IO引脚
1） P0口：8位漏极开路双IO口
89C51扩展外部存储器IO接口芯片时P0口作址总线（低8位）数总线分时复端口
P0口作通IO口需加拉电阻时准双口作普通IO口输入时应先端口输出锁存器写入1P0口驱动8LS型TTL负载
2） P1口：8位准双IO口具部拉电阻
P1口专户准双IO口作普通IO口输入时应先端口输出锁存器写入1P1口驱动4LS型TTL负载
3） P2口：8位准双IO口具部拉电阻
89C51扩展外部存储器IO口时P2口输出高8位址
P2口作普通IO口作普通IO口输入时应先端口输出锁存器写入1P2口驱动4LS型TTL负载
4） P3口：8位准双IO口具部拉电阻
P3口作通IO口作通IO口输入时应先端口输出锁存器写入1P2口驱动4LS型TTL负载
P3口提供第二功第二功定义表：
表31 P3口第二功定义
端口引脚
第二功
P30
RXD（串行输入口）
P31
TXD（串行输出口）
P32
INT0（外部中断0）
P33
INT1（外部中断1）
P34
T0（记时器0外部输入）
P35
T1（记时器1外部输入）
P36
WR（外部数存储器写选通）
P37
RD（外部数存储器读选通）
32 显示模块
设计中LCD1602液晶显示器作显示模块实际外观图36示：
图36 LCD1602实际外观图
LCD1602模块部带字符发生存储器（CGROM）字符：阿拉伯数字英文字母写常符号日文假名等字符固定代码写英文字母
A代码（41H）显示时模块代码41H发液晶模块液晶字母A
1602液晶模块部控制器11条控制指令丰富指令完成液晶时序控制工作方式式设置数显示等
采LCD1602液晶模块标准16针插座接口电路图37示：
图37 LCD1602接口接口电路
LCD1602引脚功指令分表31表32示：
表32 LCD1602引脚功
第1脚
VSS电源
第2脚
VDD接5V正电源
第3脚
V0液晶显示器度调整端接正电源时度弱接电源时度高度高时会产生鬼影时通10K电位器调整度
实际电路中采2K电阻较理想
第4脚
RS寄存器选择高电选择数寄存器低电选择指令寄存器
第5脚
RW读写信号线高电时进行读操作低电时进行写操作
RSRW低电时 （00）写入指令者显示址
RS低电RW高电时（01）读入忙信号
RS高电RW低电时（10）写入数
第6脚
E端端E端高电跳变成低电时液晶模块执行命令
第7～14脚
D0～D78位双数线
第15～16脚
背光阳极背光阴极
表33 LCD1602 指令表
指令1
清显示 指令码01H 光标复位址00H位置
指令2
光标复位 指令码02H 光标返回址00H位置
指令3
光标显示模式设置
ID位 → 光标移动方高电右移低电左移
S 位 → 屏幕文字否左移者右移高电效低电效
指令4
显示开关控制
D 位 → 控制整体显示开关高电表示开显示低电表示关显示
C 位 → 控制光标开关高电表示光标低电表示光标
B 位 → 控制光标否闪烁高电闪烁低电闪烁
指令5
光标显示移位
SC位 → 高电时移动显示文字低电时移动光标
指令6
功命令设置
DL位高电时4位数总线低电时8位总线
N—位低电时单行显示高电时双行显示
F—位低电时显示5x7点阵字符高电时5x10点阵字符
指令7
字符发生器RAM址设置
指令8
DDRAM址设置
指令9
读忙信号光标址
BF位 → 忙标志位高电表示忙时模块接收命令者数
指令10
写数
指令11
读数
LCD特点：
1低压微功耗
2板型结构
3动显示型(眩光刺激眼会引起眼睛疲劳)
4显示信息量(素做)
5易彩色化(色谱非常准确复现)
6电磁辐射(体安全利信息保密)
7长寿命(种器件没什劣化问题寿命极长液晶背光寿命限背光部分更换)
33 输入模块
计算器输入数字功键键假采独立键方式种情况编程会较简单会占量IO 口资源情况采种方式引入矩阵键盘采四条IO 线作行线四条IO 线作列线组成键盘行线列线交叉点设置键样键盘键数4×4种行列式键盘结构够效提高单片机系统中IO 口利率
矩阵键盘键设行列线交点键盘行线列线接正电 假键盘行线接正电键时行线处高电状态键时行线电状态行线相连列线决定列线电果低行线电低列线电果高行线电高点识行列式键盘键否关键行列式键盘中行列线键键均影响该键行列电键彼相互发生影响必须行列线信号配合起做适处理确定闭合键位置
设计中键盘电路图38示：
图38 键盘电路
综合模块设计介绍确定系统硬件设计设计图图39示：
图39 系统硬件原理图
第四章 软件设计
简易计算器程序包括功模块：
1 键扫描模块
2基LCD液晶显示屏显示模块
3运算模块
5 模块
6
4
41 程序设计
程序通调函数实现整程序控制包括LCD1602液晶初始化输入键判断进行加减运算输出计算结果等
程序流程图图41示：
图41 程序流程图
42 键盘扫描程序设计
键识分扫描法线反转法两种扫描法逐列扫描查询键处列时次扫描获键处行列值线反转法简练键处第列列均需两步便获键行列值线反转法更加简单实设计采线反转法完成键盘扫描程序设计线反转法两具体操作步骤：
1 行线编程输入线列线编程输出线输出线输出全低电行线中电高变低行键行
2 行线编程输出线列线编程输入线输出线输出全低电行线中电高变低列键列
键盘扫描程序中数字键相应数字送入缓存区功键执行相应程序
外键盘工作方式三种分编程扫描定时扫描中断扫描中编程扫描单片机空闲时调键盘扫描子程序反复扫描键盘等户键盘输入命令数响应键盘输入请求定时扫描隔定时间键盘扫描次中断扫描键盘键时执行键盘扫描程序执行该键功程序果键单片机理睬键盘种方式进步提高单片机扫描键盘工作效率
设计中单片机键盘扫描计算LCD显示控制外工作简单编程扫描方式更合适
流程图图42示：
开始
赋键接口初值
键？
N
Y
反转键接口初值
判断闭合键盘键号
计算键号
返回键号
结束
图42 键扫描程序流程图
键盘扫描程序体：
short temp1temp2tempa0xff
P10xf0 * 输入行值（列值） *
LCD_Delay_ms(20) * 延时 *
temp1P1 * 读列值（行值） *
P10xff
LCD_Delay_ms(20) * 延时程序 *
P10x0f * 输入列值（行值） *
LCD_Delay_ms(20) * 延时 *
temp2P1 * 读行值（列值） *
P10xff
temp(temp1&0xf0)|(temp2&0xf) * 两次读入数组合 *
43 显示模块程序设计
显示模块程序需首先显示模块进行初始化然LCD1602液晶写入指令LCD1602液晶写入数需三函数完成该程序设计三函数分：
1 LCD1602液晶初始化函数
2 写入指令函数
3 写入数函数
4 指定显示器坐标写入字符（字符串）函数
中LCD1602液晶初始化函数包括设置显示类型光标清屏开显示显示位置首址初始显示数等等程序体：
wela0 写液晶
lcden0 1602
write_com(0x38) 8 位总线双行显示5X7 点阵字符
LCD_Delay_us(100) 延时100us
write_com(0x0c) 开显示光标光标闪烁
write_com(0x06) 光标右移动
write_com(0x01) 清屏
write_com(0x80) DDRAM 址0
显示模块程序流程图图43示：
开始
LCD1602液晶初始化
判断数LCD1602显示位置
LCD1602液晶写入指令
LCD1602液晶写入数
结束
图43 显示模块程序流程图
44 运算模块程序设计
运算模块功利单片机计算输入数运算结果功运C语言中加减运算符实现特注意运算法时数零数零时程序报错（LCD1602液晶显示器显示error）
程序体：
switch(x) *功键选择*
{
case 1data_cdata_a+data_bbreak 加 * + S1 * * 数值转换函数 *
case 2if(data_a>data_b){data_cdata_adata_b} * S2 *减
else{data_cdata_bdata_aW_lcd(51'')} 负数符号
break
case 3data_c(data_a*data_b)break * * S3 *
case4if(data_b0){LCD_Write_String(01Error )}else{data_c(data_a*10000)data_b}break * S4 *溢出时显示错误
case 0break
}
第五章 仿真调试
设计中keil C软件程序进行编译然编译连接生成执行文件放入已搭建proteus仿真图中AT89C51单片机进行仿真仿真图图51示：
图51 简易计算器仿真图
首先输入第数然输入功键（+*）数等号键LCD显示屏第二行显示出相应结果图中输入2225第二行显示出结果444000结果出计算结果数时计算器够显示数数位四位外计算法时果输入数0LCD第二行显示出Error 00000字样
结束语
硬件制作程中走弯路系统没设计握开始动手制作发现设计求偏差反复改次浪费量时间体力感受设计员耐心认真求开始研究软件编写程中费力气软件编写求高细心心会调错误深刻体会作软件编程员绝粗心意程序完成速度质量高低细心否着联系编程时充分结构化思想样语句较少程序调试较方便功模块逐调试充分体现结构化编程优势模块完成时功加起完成整体设计
致 谢
次毕业设计导师张帆老师热心指导里张帆老师表示衷心感谢张帆老师易学生设计进度学关心毕业设计前期首先介绍少资料书籍硬件设计等方面予悉心指导调试程中张帆老师出现问题予时指导写毕业设计文阶段张帆老师提前评审容字体格式问题指出工作认真治学严谨留深刻印象更重善学生沟通仅毕业设计时指导更学阶段学提出许宝贵意见切潜移默化影响着进入工作岗位树立良榜样
帮助关心表示衷心感谢
参考文献
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[2] 张义 王敏男 许宏昌等 例说51单片机（第3版）[M] 北京：民邮电出版
[3] 恰汗·合孜尔 C语言程序设计（第三版）[M] 北京：中国铁道出版社2010年第三版
[4] 陈雷 C51单片机应实训[M] 北京：中国电力出版社2011年第版
[5] 张欣 孙宏昌 尹霞 单片机原理C51程序设计基础教程[M] 北京：清华学出版社2010年第版
[6] 王巧芝 郑锋 刘瑞国等 51单片机开发应入门精通[M] 北京：中国铁道出版社
[7] 张靖武 周灵杉单片机系统PROTEUS设计仿真[M]北京：北京电子工业出版社
[8] 靳达 求科技单片机应系统开发实例导航[M]：民邮电出版社2006
[9] 刘守义 单片机应技术[M]：西安电子科技学出版社2001
[10] 林志琦基PROTEUS单片机视化软硬件仿真[M]北京：北京航空航天学出版社2006
[11] 胡汉单片机原理接口技术清华学出版社1996
[12] 徐江海单片机实教程[M]北京：机械工业出版社2007
[13] 肖洪兵 学单片机 北京：北京航空航天学出版社20028
[14] 夏继强 单片机实验实践教程 北京：北京航空航天学出版社 2001
[15] 谭浩强 C语言程序设计[M]北京：清华学出版社2000
[16] 刘福基 C语言程序设计实训教程[M]北京：科学出版社2004
[17] 张磊 C语言程序设计[M]北京：高等教育出版社2005
[18] 严桂兰 C语言程序设计[M]厦门：厦门学出版社2006
附录：硬件实物图（图61图62）：
图61 正面图
图62 背面图
附录二：系统程序
#include
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
sbit rsP2^7 指令or数
sbit welaP2^6 读or写
sbit lcdenP2^5 信号
uchar code table[]
long int data_adata_b 第数第二数
long int data_c 计算结果
uchar dispaly[10] 显示缓
************************************************************************
延时t us函数
************************************************************************
void LCD_Delay_us(unsigned int t)
{
while(t) t0退出
}
************************************************************************
延时t ms函数
************************************************************************
void LCD_Delay_ms(unsigned int t)
{
unsigned int ij
for(i0i
}
************************************************************************
1602液晶写指令
************************************************************************
void write_com(uchar com) 1602液晶写指令
{
rs0 写指令
lcden0 1602
P0com 写入指令com
LCD_Delay_ms(1) 延时1ms
lcden1 1602
LCD_Delay_ms(2) 延时2ms
lcden0 1602
}
************************************************************************
1602液晶写数
************************************************************************
void write_date(uchar date) 1602液晶写数
{
rs1 写数
lcden0 1602
P0date 写入数date
LCD_Delay_ms(1) 延时1ms
lcden1 1602
LCD_Delay_ms(2) 延时2ms
lcden0 1602
}
************************************************************************
指定xy写入字符函数
************************************************************************
void W_lcd(unsigned char xunsigned char yunsigned char Data)
{
if (y 0){write_com(0x80 + x)} 第行
else{write_com(0xc0 + x)} 第二行
write_date( Data) 写入数
}
指定xy写入字符串函数
void LCD_Write_String(unsigned char xunsigned char yunsigned char *s)
{
if (y 0){write_com(0x80 + x)} 第行
else{write_com(0xC0 + x)} 第二行
while (*s)
{write_date( *s) s++} 写入数
}
************************************************************************
初始化液晶画面初始化
************************************************************************
void init_lcd(void) 初始化液晶画面初始化
{
wela0 写液晶
lcden0 1602
write_com(0x38) 8 位总线双行显示5X7 点阵字符
LCD_Delay_us(100) 延时100us
write_com(0x0c) 开显示光标光标闪烁
write_com(0x06) 光标右移动
write_com(0x01) 清屏
write_com(0x80) DDRAM 址0
}
************************************************************************
反转法键盘扫描
************************************************************************
short keycheckdown() * 反转法键盘扫描 *
{
short temp1temp2tempa0xff
P10xf0 * 输入行值（列值） *
LCD_Delay_ms(20) * 延时 *
temp1P1 * 读列值（行值） *
P10xff
LCD_Delay_ms(20) * 延时 *
P10x0f * 输入列值（行值） *
LCD_Delay_ms(20) * 延时 *
temp2P1 * 读行值（列值） *
P10xff
temp(temp1&0xf0)|(temp2&0xf) * 两次读入数组合 *
switch(temp) * 通读入数组合判断键位置 *
{
case 0x77 a0x0dbreak 键
case 0x7b a0x0e break 键
case 0x7d a0 break 键0
case 0x7e a0x0f break 键CE
case 0xb7 a0x0cbreak 键*
case 0xbb a0x9break 键9
case 0xbd a0x8break 键8
case 0xbe a0x7break 键7
case 0xd7 a0x0bbreak 键
case 0xdb a0x6break 键6
case 0xdd a0x5break 键5
case 0xde a0x4break 键4
case 0xe7 a0x0a break 键+
case 0xeb a3break 键3
case 0xed a2break 键2
case 0xee a1break 键1
default a0xff
}
return a * 返回键值 *
}
void display_a() 显示数a
{
dispaly[3]data_a100001000 千
dispaly[2]data_a1000100 百
dispaly[1]data_a10010 十
dispaly[0]data_a10
write_com(0x80+0) 显示数a
if(data_a>999){ write_date('0'+dispaly[3])} 显示千位
if(data_a>99){ write_date('0'+dispaly[2])} 显示百位
if(data_a>9){ write_date('0'+dispaly[1])} 显示十位
write_date('0'+dispaly[0]) 显示位
}
void display_b() 显示数b
{
write_com(0x80+7) 第行
dispaly[3]data_b100001000 千
dispaly[2]data_b1000100 百
dispaly[1]data_b10010 十
dispaly[0]data_b10
if(data_b>999){ write_date('0'+dispaly[3]) } 显示千位
if(data_b>99) { write_date('0'+dispaly[2]) } 显示百位
if(data_b>9) { write_date('0'+dispaly[1]) } 显示十位
write_date('0'+dispaly[0]) 显示位
}
计算结果
void display_c(x)
{
if(data_c<100000000&&data_c>1)溢出时显示错误
{
dispaly[8]data_c1000000000100000000 万万
dispaly[7]data_c10000000010000000 千万
dispaly[6]data_c100000001000000 百万
dispaly[5]data_c1000000100000 十万
dispaly[4]data_c10000010000 万
dispaly[3]data_c100001000 千
dispaly[2]data_c1000100 百
dispaly[1]data_c10010 十
dispaly[0]data_c10
write_com(0x80+6+0x40) 第行
if(x4)
{
if(data_c>99999999) { write_date('0'+dispaly[8])} 显示万万
if(data_c>9999999) { write_date('0'+dispaly[7])} 千万
if(data_c>999999) { write_date('0'+dispaly[6])} 百万
if(data_c>99999) { write_date('0'+dispaly[5])} 十万
write_date('0'+dispaly[4]) 万
write_date('')
write_date('0'+dispaly[3]) 千
write_date('0'+dispaly[2]) 百
write_date('0'+dispaly[1]) 十
write_date('0'+dispaly[0])
}
else{
if(data_c>99999999) { write_date('0'+dispaly[8])} 显示万万
if(data_c>9999999) { write_date('0'+dispaly[7])} 千万
if(data_c>999999) { write_date('0'+dispaly[6])} 百万
if(data_c>99999) { write_date('0'+dispaly[5])} 十万
if(data_c>9999) { write_date('0'+dispaly[4])} 万
if(data_c>999) { write_date('0'+dispaly[3])} 千
if(data_c>99) { write_date('0'+dispaly[2])} 百
if(data_c>9) { write_date('0'+dispaly[1])} 十
write_date('0'+dispaly[0])
}
}
else 溢出时显示错误
{
write_com(0x80+11+0x40) 第行
write_date('E') 显示 E
write_date('r') 显示R
write_date('r') 显示R
write_date('o') 显示O
write_date('r') 显示E
}
}
void eql(uchar x)加减运算
{
switch(x) *功键选择*
{
case 1data_cdata_a+data_bbreak 加 * + S1 * * 数值转换函数 *
case 2if(data_a>data_b){data_cdata_adata_b} * S2 *减
else{data_cdata_bdata_aW_lcd(51'')} 负数符号
break
case 3data_c(data_a*data_b)break * * S3 *
case4if(data_b0){LCD_Write_String(01Error )}else{data_c(data_a*10000)data_b}break * S4 *溢出时显示错误
case 0break
}
}
void main()
{
uchar key0xff 键值初始化
uchar n0 第1数14次
uchar m5 第2数14次
uchar x0
data_a0 前数
data_b0 数
data_c0 结果
init_lcd() 1602液晶初始化
display_a()
while(1)
{
keykeycheckdown() *动态扫描键盘返回键应值赋j key0f *
if(0xffkey) *返回值效进入部处理程序*
{
if(key<10)
{
if(n<4){data_adata_a*10+keym5display_a()}n++ 首先输入第数
if(m<4){data_bdata_b*10+keyn5display_b()}m++ 必须+*输入第二数
}
else
{ switch(key) *功键选择*
{
case 0xan5m0x1W_lcd(50'+')break 加 * + S1 * * 数值转换函数 *
case 0xbn5m0x2W_lcd(50'')break * S2 *减
case 0xcn5m0x3W_lcd(50'*')break * * S3 *
case 0xdn5m0x4W_lcd(50'')break * S4 *
case 0xen5m5eql(x)W_lcd(120'')display_c(x)break * *
case 0xfn0x0m5
data_a0data_b0data_c0LCD_Write_String(00table)LCD_Write_String(01table)W_lcd(00'0')break * C*
}
}
do{P10xf0}while(P10xf0) *等键松开*
}
}
}
附录三：务书
毕业设计（文）务书
简易计算器制作
毕业设计（文）目
1学生更深入认识理解89C51单片机结构工作原理掌握单片机简单开发方法事单片机工作铺垫
2学生LCD1602液晶显示器初步认识工作原理引脚功加理解达LCD1602显示模块设计想做东西目
3C语言更深入理解尤结合实际理解单单知道语法已进行软件开发硬件开发处
4学生实际进行设计步骤注意事项认识促学致
二容
AT89C51单片机核心LCD1602液晶显示器显示模块4*4矩阵键盘输入模块制作简易计算器实现基加减运算运算结果显示LCD1602液晶显示器
三重点研究问题
1软件实现键扫描
2软件驱动LCD1602液晶显示器数显示
3实现输入数加减运算
4识输入错误进行错误提示
四 技术指标参数
1够进行4位整数加减运算（法结果中数）
2够计算结果输出LCD1602液晶显示屏中便观察
3够实现清数功
4够进行错误提示（输入数数0时会LCD1602显示error）
五基求
1设计需制作出实物停留设计方案者prote仿真图阶段
2设计需学生独立完成抄袭成果（包括简易计算器制作文撰写
3需设计中出现问题断反思直完全弄清原止
4懂方耐心查询相关资料者虚心请教
六（包括选题源）
选题指导老师提供
附录四：开题报告
毕业设计（文）开题报告
20XX年 4 月 1日
学生姓名
学号
专业
通信工程
题目名称
基单片机简易计算器设计
课题源
选
容
课题意义
次设计51单片机核心应单片机应基础等学相关知识查阅资料完成简易计算器设计达理实践更结合进步提高综合运学知识设计力目通次设计训练基思路基方法基MCS51单片机系统设计更加深入认识具备定程度设计力
二 相关背景
着社会断发展科技断创新计算器已数十年间遍布千家万户数学家聪明电子计算器电子计算器数学家变更加明电子计算器仅种工具工具相：电子计算器脑侧面延伸电子计算器仅具非计算力速度快令尘莫够仿真某思维功定规进行逻辑判逻辑推理代部分脑力劳动
计算器未型化轻便化现市面出现太阳电池计算器ASIC设计计算器纯软件实现计算器等未智化计算器发展方更希成应广泛计算工具次做51单片机设计简易计算器次设计价值核心倡导学知识运现实生活现实生活服务知识转化实物怕简单物件简单功真真切切感受创造快乐工作做铺垫通更学更尝试知识作真正发挥出改变家生活
三 行性分析
51单片机进行加减等运算键盘LCD1602液晶显示器连接供输入数计算结果直观显示LCD1602液晶显示器符合简易计算器基特性51单片机键盘LCD1602液晶显示器等配合设计简易计算器行
四 目标务分析
次设计简易计算器基性：
1） 够进行4位整数加减运算（法结果中数）
2） 够计算结果输出LCD1602液晶显示屏中便观察
3） 够实现清数功
4） 够进行错误提示（输入数数0时会LCD1602显示error）
设计需利Proteus软件实现电路仿真完成简易计算器仿真实现测试否够完成种功然硬件电路做出实物
采取技术路线方法
简易计算器设计模块：
1 键盘扫描识模块
l 计算器输入数字功键键假采独立键方式编程然会简单问题键盘会占量IO 口资源里采种方式采矩阵键盘方案矩阵键盘四条IO 线作行线四条IO 线作列线行线列线交叉点设置键样键盘键数4×416 计算器键盘布局图71示：般16键组成单片机中恰P口实现16键功
图71 键盘布局图
l 矩阵式键盘键识方法扫描法线反转法两种线反转法更加简单实里采线反转法识键
l 单片机忙种工作务时兼顾键盘输入取决键盘工作方式键盘工作方式三种：编程扫描定时扫描中断扫描设计中编程扫描较方便里采编程扫描方式
2 LCD1602液晶显示器模块：
LCD1602显示器图72示：
图72 LCD1602液晶显示器
LCD1602编程分初始化部分数显示部分具体编写时处理里叙述
3 计算模块
编程实现牵扯硬件电路里加叙述
原理图图73示：
4*4矩阵键盘（输入模块）
LCD1602液晶显示器（显示模块）
AT89C51单片机
运算模块（编程实现）
图73 简易计算器模块设计图
时间安排
3—5周：查找资料
6—9周：方案设计（程序编写）proteus仿真调试
10周11周 ：购买元器件制作硬件电路调试
12周：根前期设计制作调试撰写文
13周：准备毕业答辩
指导教师意见
签 名：
年 月 日
备注
附录五：外文原文外文译文
singlechip temperature system
1MCU
A microcontroller (or MCU) is a computeronachip It is a type of microprocessor emphasizing selfsufficiency and costeffectiveness in contrast to a generalpurpose microprocessor (the kind used in a PC)
The majority of computer systems in use today are embedded in other machinery such as telephones clocks appliances vehicles and infrastructure An embedded system usually has minimal requirements for memory and program length and may require simple but unusual inputoutput systems For example most embedded systems lack keyboards screens disks printers or other recognizable IO devices of a personal computer They may control electric motors relays or voltages and read switches variable resistors or other electronic devices Often the only IO device readable by a human is a single lightemitting diode and severe cost or power constraints can even eliminate that
In contrast to generalpurpose CPUs microcontrollers do not have an address bus or a data bus because they integrate all the RAM and nonvolatile memory on the same chip as the CPU Because they need fewer pins the chip can be placed in a much smaller cheaper package
Integrating the memory and other peripherals on a single chip and testing them as a unit increases the cost of that chip but often results in decreased net cost of the embedded system as a whole (Even if the cost of a CPU that has integrated peripherals is slightly more than the cost of a CPU + external peripherals having fewer chips typically allows a smaller and cheaper circuit board and reduces the labor required to assemble and test the circuit board) This trend leads to design
A microcontroller is a single integrated circuit commonly with the following features
central processing unit ranging from small and simple 4bit processors to sophisticated 32 or 64bit processors
inputoutput interfaces such as serial ports (UARTs)
other serial communications interfaces like I²C Serial Peripheral Interface and Controller Area Network for system interconnect peripherals such as timers and watchdog RAM for data storage ROM EPROM EEPROM or Flash memory for program storage clock generator often an oscillator for a quartz timing crystal resonator or RC circuit many include analogtodigital converters
This integration drastically reduces the number of chips and the amount of wiring and PCB space that would be needed to produce equivalent systems using separate chips and have proved to be highly popular in embedded systems since their introduction in the 1970s
Some microcontrollers can afford to use a Harvard architecture separate memory buses for instructions and data allowing accesses to take place concurrently
The decision of which peripheral to integrate is often difficult The Microcontroller vendors often trade operating frequencies and system design flexibility against timetomarket requirements from their customers and overall lower system cost Manufacturers have to balance the need to minimize the chip size against additional functionality
Microcontroller architectures are available from many different vendors in so many varieties that each instruction set architecture could rightly belong to a category of their own Chief among these are the 8051 Z80 and ARM derivatives[citation needed]
A microcontroller (also MCU or µC) is a functional computer systemonachip It contains a processor core memory and programmable inputoutput peripherals
Microcontrollers include an integrated CPU memory (a small amount of RAM program memory or both) and peripherals capable of input and output
It emphasizes high integration in contrast to a microprocessor which only contains a CPU (the kind used in a PC) In addition to the usual arithmetic and logic elements of a general purpose microprocessor the microcontroller integrates additional elements such as readwrite memory for data storage readonly memory for program storage Flash memory for permanent data storage peripherals and inputoutput interfaces At clock speeds of as little as 32KHz microcontrollers often operate at very low speed compared to microprocessors but this is adequate for typical applications They consume relatively little power (milliwatts or even microwatts) and will generally have the ability to retain functionality while waiting
for an event such as a button press or interrupt Power consumption while sleeping (CPU clock and peripherals disabled) may be just nanowatts making them ideal for low power and long lasting battery applications
Microcontrollers are used in automatically controlled products and devices such as automobile engine control systems remote controls office machines appliances power tools and toys By reducing the size cost and power consumption compared to a design using a separate microprocessor memory and inputoutput devices microcontrollers make it economical to electronically control many more processes
The majority of computer systems in use today are embedded in other machinery such as automobiles telephones appliances and peripherals for computer systems These are called embedded systems While some embedded systems are very sophisticated many have minimal requirements for memory and program length with no operating system and low software complexity Typical input and output devices include switches relays solenoids LEDs small or custom LCD displays radio frequency devices and sensors for data such as temperature humidity light level etc Embedded systems usually have no keyboard screen disks printers or other recognizable IO devices of a personal computer and may lack human interaction devices of any kind
It is mandatory that microcontrollers provide real time response to events in the embedded system they are controlling When certain events occur an interrupt system can signal the processor to suspend processing the current instruction sequence and to begin an interrupt service routine (ISR) The ISR will perform any processing required based on the source of the interrupt before returning to the original instruction sequence Possible interrupt sources are device dependent and often include events such as an internal timer overflow completing an analog to digital conversion a logic level change on an input such as from a button being pressed and data received on a communication link Where power consumption is important as in battery operated devices interrupts may also wake a microcontroller from a low power sleep state where the processor is halted until required to do something by a peripheral event
Microcontroller programs must fit in the available onchip program memory since it would be costly to provide a system with external expandable memory Compilers and assembly language are used to turn highlevel language programs into a compact machine code for storage in the microcontroller's memory Depending on the device the program memory may be permanent readonly memory that can only be programmed at the factory or program memory may be fieldalterable flash or erasable readonly memory
Since embedded processors are usually used to control devices they sometimes need to accept input from the device they are controlling This is the purpose of the analog to digital converter Since processors are built to interpret and process digital data ie 1s and 0s they won't be able to do anything with the analog signals that may be being sent to it by a device So the analog to digital converter is used to convert the incoming data into a form that the processor can recognize There is also a digital to analog converter that allows the processor to send data to the device it is controlling
In addition to the converters many embedded microprocessors include a variety of timers as well One of the most common types of timers is the Programmable Interval Timer or PIT for short A PIT just counts down from some value to zero Once it reaches zero it sends an interrupt to the processor indicating that it has finished counting This is useful for devices such as thermostats which periodically test the temperature around them to see if they need to turn the air conditioner on the heater on etc
Time Processing Unit or TPU for short Is essentially just another timer but more sophisticated In addition to counting down the TPU can detect input events generate output events and other useful operations
Dedicated Pulse Width Modulation (PWM) block makes it possible for the CPU to control power converters resistive loads motors etc without using lots of CPU resources in tight timer loops
Universal Asynchronous ReceiverTransmitter (UART) block makes it possible to receive and transmit data over a serial line with very little load on the CPU
For those wanting ethernet one can use an external chip like Crystal Semiconductor CS8900A Realtek RTL8019 or Microchip ENC 28J60 All of them allow easy interfacing with low pin count
中文翻译：
1单片机
单片机单片微型计算机中央处理器存储器定时计数器输入输出接口集成块集成电路芯片微型计算机应电脑中通型微处理器相更强调供应（外接硬件）节约成优点体积放仪表部存储量输入输出接口简单功较低发展非常迅速旧单片机定义已满足应场合称范围更广微控制器目前中国陆单片机称呼
绝数现单片机基冯·诺伊曼结构种结构清楚定义嵌入式系统必需四基部分：中央处理器核心程序存储器（读存储器者闪存）数存储器（机存储器）者更定时计时器外围设备扩展资源进行通信输入输出端口——集成单集成电路芯片说单片机通型中央处理单元芯片前者般容易配合型外部支持芯片制成工作计算机样容易单片机系统植入装置部控制装置年指令数字宽提高处理器流水线速度哈佛结构微控制器DSP逐渐广泛应
传统微处理器允许做完成单片机工作必须连接芯片说片没数存储器必须添加RAM存储芯片然添加存储器容量灵活少添加外需添加连线传递芯片间数 典型微控制器需时钟发生器少RAMROM(者EPROM E2PROM)软件晶振工作时微控制器具丰富输入输出设备模拟数字转换(ADC)定时器串口者串行通讯接口(I2C串行外围接口(SPI)控制器局域网)通常继承部设备通特殊指令操作
现代微控制器支持建高级编程语言BASIC语言
微控制器（MCU）微型计算芯片包含处理器存（少量RAM 程序存储器两者兼）编程输入输出外设
强调高度集成相微处理器包含CPU （台PC ） 通常算术逻辑素等般途微处理器微控制器集成更素读写存储器数存储读存储器存储程序快闪记忆体永久数存储外设输入输出接口时钟频率32Mhz情况 微操作系统非常低速度相运行足够典型应消耗较少功率（毫瓦什微） 具保持功时等事件钮中断睡眠状态时 CPU时钟外设禁适合低功耗长期持久电池应
微控制器广泛应动控制产品设备汽车发动机控制系统远程控制系统办公室机器设备系统家电器电动工具玩具等通降低尺寸成耗设计单独微处理器存输入输出设备够微控制器控制更进程更济
目前数计算机系统嵌入设备中汽车电话需外设计算机系统嵌入设备计算机系统称嵌入式系统嵌入式系统非常复杂够达求存程序长度限制软件复杂性降低典型输入输出设备包括交换机继电器螺线发光二极形定制液晶显示器数码显示器等射频设备传感器等嵌入式系统通常没键盘屏幕硬盘印机公认I O设备缺乏机互动装置种
某强制性微控制器够提供实时应突发事件嵌入式系统控制某事件发生时中断系统够信号处理器暂停处理前指令序列开始中断服务中断服务结束返回原指令序列通常说单片机中断系统
中断源设备赖通常种部定时器溢完成模拟数字转换逻辑水变化种投入钮收数通信联系等许重中断源发出中断申请必须中断电池供电设备停止运行微控制器低功耗睡眠状态处理器必须停止直做外围活动重新开始返回前指令序列
单片机程序必须符合现芯片程序存储器求代价高昂系统提供外部设备间扩展存储器编译器汇编语言开高级语言程序紧凑机器代码存储微控制器存储程根设备程式记忆体永久性唯读存储器进行编程工厂生产擦式读存储器
嵌入式处理器通常控制设备时需接受输入设备数输入处理器置处理数数10 法直接处理模拟信号先需处理数通模拟数字转换程传入数转化处理器识形式种转换器做数模转换器够数字信号转换模拟信号数发送需CPU控制设备达控制目
外许嵌入式微处理器包括种兼职转换器常见种类型转换器编程间隔定时转换器工作程倒计时刚达零会处理器发出中断指令表明已完成转换需控制设备发出指令作出某动作非常设备恒温系统需定期测试周围温度否需开空调者加热器等等
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