季鹏 胡汪洋,设计单片机课程设计_简易计算器设计

课程设计论文

课题： 基于52单片机的简易计算器设计

姓名： 季鹏 胡汪洋

学号：080212161 080212167

指导老师： 王陈宁

设计时间：2014年6月10日

季鹏 胡汪洋,设计单片机课程设计_简易计算器设计

目录

一．前言...............................................................2 二．课程设计目的和要求

2.1 课程设计的目的...................................................2 2.1 课程设计的要求...................................................2 三．方案论证

3.1 对简易计算器电路的分析...........................................2 3.2 按键电路的设计...................................................4 四．电路设计

4.1 方案.............................................................4 4.2 硬件电路设计.....................................................4 4.3 软件电路设计.....................................................8 4.4 程序框图.........................................................9 五．测试结果..........................................................10 六．结论与思考........................................................10 附录一：主程序........................................................11

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一．前言

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。单片机的应用已经越来越贴近生活，用单片机来实现一些电子设计也变得容易起来。计算器在人们的日常中是比较的常见的电子产品之一。可是它还在发展之中，以后必将出现功能更加强大的计算器，基于这样的理念，本次设计是用单片机来设计的计算器。该设计系统是以STC89C52为单片机， P0口作为输入端，外接4X4的键盘，通过键盘扫描来对输入数的控制，在P1口，P2口接了驱动电路，用来保证LED的工作正常。计算器将完成的功能有加，减运算功能。

关键词：计算器；电子设计；LED；单片机

二.课程设计的目的和要求 2.1 课程设计的目的

如今，单片机的应用十分广泛，许多产品都有单片机的身影。单片机的作用不言而喻。单片机设计是单片机学习的重要组成部分，通过设计电路并实现某种功能来加深单片机原理的理解。本课题设计是基于51系列单片机来进行的数字计算器系统设计，可以完成计算器的键盘输入，进行加、减运算并通过LED显示出来。设计电路采用STC89C52单片机为主要控制电路，利用4*4的矩阵键盘作为输入，LED来显示运算结果。

2.2 课程设计的要求

1.LED显示运算结果

2.键盘的设计:由于采用4*4的矩阵键盘而简易的计算器设计只需要进行加减运算，所以只要用到14个键。所以需要将不需要的两个键屏蔽。

3.实现两个数的加减运算。 三.方案论证

3.1 对简易计算器的分析

根据功能和指标要求，本系统选用STC89C52单片机为主控机。通过扩展必要的外围接口电路，实现对计算器的设计。具体设计考虑如下：

①由于要设计的是简单的计算器，可以进行加减运算，对数字的大小范围要求不高，故我们采用可以进行两位数的运算，选用8个LED数码管显示数据和结果。

②另外键盘包括数字键（0～9）、符号键（+、-）、清除键和等号键，故只需要

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14个按键即可。

系统模块图：

3.2 按键电路的设计

计算器输入数字和其他功能按键要用到很多按键，如果采用独立按键的方式，在这种情况下，编程会很简单，但是会占用大量的I/O口资源，因此在很多情况下都不采用这种方式。为此，我们引入了矩阵键盘的应用，采用四条I/O线作为行线，四条I/O线作为列线组成键盘。在行线和列线的每个交叉点上设置一个按键。这样键盘上按键的个数就为4×4个。这种行列式键盘结构能有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。

四．电路设计 4.1 方案

该设计系统是以STC89C52为单片机， P0口作为输入端，外接4X4的键盘，通过键盘扫描来对输入数的控制，在P1口，P2口接了驱动电路，用来保证LED的工作正常。计算器将完成的功能有加，减运算功能。

4.2 硬件电路的设计 4.2.1 矩阵键盘的设计

矩阵键盘的工作原理:

计算器的键盘布局如图所示：一般有16个键组成，在单片机中正好可以用一个P口实现16个按键功能，这种形式在单片机系统中也最常用。

如图：

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图二：

由图2矩阵键盘内部电路图可以知道（我们的键盘为p3口驱动），当无按键闭合时，P3.0~P3.3与P3.4~P3.7之间开路。当有键闭合时，与闭合键相连的两条I/O口线之间短路。判断有无按键按下的方法是：第一步，置列线P3.4~P3.7为输入状态，从行线P3.0~P3.3输出低电平，读入列线数据，若某一列线为低电平，则该列线上有键闭合。第二步，行线轮流输出低电平，从列线P3.4~P3.7读入数据，若有某一列为低电平，则对应行线上有键按下。综合一二两步的结果，可确定按键编号。但是键闭合一次只能进行一次键功能操作，因此须等到按键释放后，再进行键功能操作，否则按一次键，有可能会连续多次进行同样的键操作。

4.2.2 运算模块

STC89C52单片机是在一块芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多功能I/O等一台计算机所需要的基本功能部件。如果按功能划分，它由如下功能部件组

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成，即微处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM/EPROM）、并行I/O口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器（SFR）。

单片机是靠程序运行的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，通过使用单片机编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！因此我们采用单片机作为计算器的主要功能部件，可以进行很快地实现运算功能。如图为STC89C52的芯片的引脚图。

4.2.3 模块显示

发光二极管LED是单片机应用系统中的一宗简单而常用的输出设备，其在系统中的主要作用是显示单片机的输出数据、状态等。因而作为典型的外围器件，LED显示单元是反映系统输出和操作输入的有效器件。LED具备数字接口可以方便的和大年纪系统连接；它的优点是价格低，寿命长，对电压电流的要求低及容易实现多路等，

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因而在单片机应用系统中获得了广泛的应用。

通常的数码显示器是由7段条形的LED组成（如图4所示），点亮适当的字段，就可显示出不同的数字。我们采用8段数码管，其中位于显示器右下角的LED作小数点用。

LED显示器有两种不同的形式：共阴极和共阳极。本次设计采用共阳极接法。如图为七段显示数码管。

图为共阳极和共阴极的原理图：

硬件电路图：

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4.3 软件设计

4.3.1 键盘扫描子程序

第一步，置列线P3.4~P3.7为输入状态，从行线P3.0~P3.3输出低电平，读入列线数据，若某一列线为低电平，则该列线上有键闭合。第二步，行线轮流输出低电平，从列线P3.4~P3.7读入数据，若有某一列为低电平，则对应行线上有键按下。综合一二两步的结果，可确定按键编号。

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4.4 程序框图

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五．测试结果 六．结论与思考

通过实际运行程序和进行仿真，我们的程序是没有问题的，可以实现两位数的加减法。

通过两个星期的课程设计，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互帮助。学会了合

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作，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。

我们这次的课程设计的主题是简易的计算器设计，通过设计简易的计算器使我加深了对单片机原理的理解。通过这次课程设计，使我的知识更加的系统和全面，使我了解了我的不足，感谢学校给我的这次机会。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。

在这次的课程设计中不仅磨练了我的动手能力，还加深了我对做人处事的理解。 回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。

在此次的课程设计中，我要感谢王陈宁老师在课程设计上给我的支持和鼓励。使我可以克服困难完成课程设计。通过王老师的帮助，解决了许多难题，加深了我对知识的理解，还让我学到了新的知识。再次万分感谢!

其次我还要感谢我的同学在我遇到困难时给我的帮助。 参考文献

[1]单片机原理实用教程：基于Proteus虚拟仿真/徐爱钧编著——北京：电子工业出版社，2009.1

[2]单片机原理及其应用（第2版）/陈立周，陈宇编——北京：机械工业出版社，2008.5

[3]51系列单片机系统设计与应用技巧/李刚等编著——北京：北京航空航天大学出版社，2004.1

[4]MCS-51单片机原理与应用/康维新主编——北京：中国轻工业出版社，2009.1 [5]单片机原理与应用系统设计/李云钢等编著——北京：中国水利水电出版社，2008.8

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附录一：

JG EQU 50H ZJ EQU 51H

;结果放 ;中间结果存放

GONG EQU 52H ;功能键存放 ORG 0000H LJMP START ORG 0100H

START:MOV R3,#0 ;初始化显示为空 MOV GONG,#0

MOV 34H,#00H MOV 33H,#00H

LOOP1:LCALL DISP ;调显示子序 LOOP2:LCALL TKEY JZ LOOP2 LCALL KEY

INC R3

CJNE A,#0,NEXT1 ;判断是否为数字键 LJMP E1 ;转数字键处理

NEXT1:CJNE A,#1,NEXT2 LJMP E1 NEXT2:CJNE A,#2,NEXT3

LJMP E1

NEXT3:CJNE A,#3,NEXT4

LJMP E1

NEXT4:CJNE A,#4,NEXT5

LJMP E1

NEXT5:CJNE A,#5,NEXT6

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LJMP E1

NEXT6:CJNE A,#6,NEXT7

LJMP E1

NEXT7:CJNE A,#7,NEXT8

LJMP E1

NEXT8:CJNE A,#8,NEXT9

LJMP E1

NEXT9:CJNE A,#9,NEXT10

LJMP E1

NEXT10:CJNE A,#10,NEXT11 ;判断是否为功能键

LJMP E2

;转功能键处理

NEXT11:CJNE A,#11,NEXT12 LJMP E2

NEXT12:CJNE A,#12,NEXT13 LJMP E2

NEXT13:LJMP E3 ;判断是否为清除键 E1:CJNE R3,#1,N1 ;判断第几次按键 LJMP E11 ;为第一个数字 N1:CJNE R3,#2,N2 LJMP E12 N2:LJMP E3

;

;为第二个数字 ;第三个数字转溢出

E11:MOV R4,A ;输入值暂存R4 MOV 34H,A ;输入值送显示缓存 MOV 33H,#00H

LJMP LOOP1

;等待再次输入

E12:MOV R7,A ;个位数暂存R7 MOV B,#10

MOV A,R4

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MUL AB ADD A,R7

;十位数

MOV R4,A ;输入值存R4 MOV 33H,34H MOV 34H,R7 LJMP LOOP1

;输入值送显示缓存

E3:MOV R3,#0 ; 按键次数清0 MOV R4,#0 ; 输入值清0 MOV JG,#0 ; 计算结果清0 MOV GONG,#0

; 功能键设为0

MOV 34H,#00H ; 显示清空 MOV 33H,#00H LJMP LOOP1

E2:MOV 34H,#00H MOV 33H,#00H

MOV R0,GONG ;与上次功能键交换

MOV GONG,A MOV A,R0

CJNE A,#10,N21 ;判断功能键 LJMP JIA ;“+”

N21:CJNE A,#11,N22 LJMP JIAN ;“-” N22:CJNE A,#0,N23

LJMP FIRST ;首次按功能键 N23:LJMP DENG ;“=” N4:LJMP E3 FIRST:MOV JG,R4 MOV R3,#0

;输入值送结果 ;按键次数清0

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LJMP DISP1 ;结果处理

;上次结果送累加器 ;上次结果加输入值 ;溢出 ;存本次结果 ;按键次数清0

JIA:MOV A,JG ADD A,R4 JB CY,N4

MOV JG,A

MOV R3,#0

LJMP DISP1

JIAN:MOV A,JG SUBB A,R4

JB CY,N4 MOV JG,A MOV R3,#0

;上次结果减输入值 ;负数溢出

LJMP DISP1 DENG:MOV R3,#0 LJMP DISP1 DISP1:MOV B,#10 MOV A,JG

DIV AB

;结果送累加器 ;结果除10

MOV ZJ,A ;暂存商 MOV A,B ;取个位数

MOV 34H,A ;个位数送显示缓存

MOV A,ZJ JZ DISP11

MOV 33H,A ;十位数送显示缓存

DISP11:LJMP LOOP1 DISP:MOV R0,#34H DIR1:MOV DPTR,#LEDCA

MOV A,@R0

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MOVC A,@A+DPTR MOV P0,A

CJNE R0,#34H,DIR2 SETB P2.0 LCALL DELAY10MS CLR P2.0 DEC R0

SJMP DIR1

DIR2:SETB P2.1 LCALL DELAY10MS CLR P2.1

RET

MOV P3,#0FH MOV A,P3 CPL A ANL A,#0FH RET KEY: MOV R6,#10 ACALL DELAY10MS MOV P3,#0FH MOV A,P3 CJNE A,#0FH,K2 LJMP LOOP1

K2:MOV B,A MOV P3,#0EFH MOV A,P3

TKEY:ACALL DISP