基于AT89C51单片机的电子计算器的课程设计.pdf

C51单片机电子计算器课程设计 一．课程设计背景 当今时代，是一个新技术层出不穷的时代。在电子领域， 尤其是自动化智能控制领域，传统的分立元件或数字逻辑电路 构成的控制系统正以前所未见的速度被单片机智能控制系统所 取代。单片机具有体积小、功能强、成本低、应用面广等优 点，可以说，智能控制与自动控制的核心就是单片机。目前， 一个学习与应用单片机的高潮正在工厂、学校及企事业单位大 规模地兴起。过去习惯于传统电子领域的工程师、技术员正面 临着全新的挑战，如不能在较短时间内学会单片机，势必会被 时代所遗弃，只有勇敢地面对现实，挑战自我，加强学习，争 取在较短的时间内将单片机技术融会贯通，才能跟上时代的步 伐。 它所给人带来的方便也是不可否定的，它在一块芯片内集 成了计算机的各种功能部件，构成一种单片式的微型计算机。 20世纪80年代以来，国际上单片机的发展迅速，其产品之多令 人目不暇接，单片机应用不断深入，新技术层出不穷。20世纪 末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品 几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展 和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步 提高，产品更新换代的节奏也越来越快。 本设计是由单片机实现的模拟计算器，它不仅能实现数据 的加减乘除运算，而且还能使数据及其计算结果在数码管上显 示出来，能够实现0-256的数字四则运算。本设计是用单片机 AT89C51来控制，采用共阳极数码显示，软件部分是由C语言来 编写的。设计任务 二、元器件清单及简介 89c51型芯片 一片 排阻 两个 晶振12MHZ 一个 电容22uf 两个 面包板 三个 导线 若干 三、设计原理及分析 根据功能和指标要求，本系统选用MCS 51 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： 由于要设计的是简单的计算器，可以进行四则运算，对数字 的大小范围要求不高，故我们采用可以进行四位数字的运算， 选用8 个LED 数码管显示数据和结果。 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16 个按键即可。系统模块图： 2.1 输入模块： 键盘扫描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。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。 以上键盘从上到下依次编号为1，2,3,4，D,C,B,A 由图 3 矩阵键盘内部电路图可以知道，当无按键闭合时， P10~P13 与P14~P17 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P14~P17 为输入状 态，从行线P10~P13 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P14~P17 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。 2.2 运算模块：(单片机控制) AT89C51 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）。[3][5]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。 2.3 显示模块： LED 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 在当今这个科技日新月异的时代，单片机技术以其独特的优势在自动化智能控制领域占据了举足轻重的地位。其中，AT89C51单片机因其体积小巧、功能强大、成本低廉、应用广泛等特点，成为了学习智能控制与自动控制不可或缺的核心组件。而《基于AT89C51单片机的电子计算器课程设计》则是一个理论与实践相结合的学习项目，旨在帮助电子技术的学习者深入理解单片机的工作原理，并提升他们在实际应用中的设计与开发能力。 课程设计的背景是对当前技术发展的深入洞察。随着电子技术的飞速发展，尤其是20世纪末以来，电子产品不仅渗透到社会的各个领域，还极大推动了社会生产力的发展和信息化程度的提高。因此，掌握单片机技术成为了工程师和相关人员的迫切需求，不进则退。基于这样的背景，课程设计中所涉及的电子计算器项目，不仅实现了基本的四则运算功能，还通过数码管显示结果，为学习者提供了一个从硬件设计到软件编程的完整实践机会。 在设计的过程中，需要考虑的元器件包括了89c51型单片机芯片、排阻、晶振、电容、面包板以及导线等。这些元器件共同构成了计算器的硬件框架。而课程设计的核心在于通过AT89C51单片机实现对计算器的控制，这不仅要求学习者对单片机有一定的了解，还需要具备一定的电路设计能力和软件编程技能。 计算器的输入模块采用了矩阵键盘设计，这种设计可以有效提高I/O口的使用效率，是电子设计中常见的按键输入方式。通过矩阵键盘，能够实现对数字键（0-9）、符号键（+、-、×、÷）、清除键和等号键的操作，共16个按键。矩阵键盘的工作原理是通过行列线的交叉点来确定按键的位置，从而实现对按键的识别。在实际操作中，为了防止按键抖动导致的误操作，还需要在检测到按键动作后加入适当的延时，直到按键释放。 运算模块是计算器的心脏，它直接关系到计算器能否准确快速地完成运算任务。在这个模块中，AT89C51单片机通过执行C语言编写的程序，完成从输入数据的接收、运算过程的处理到最终结果显示的全过程。单片机的灵活性和可编程性，使得它能够快速响应各种复杂的计算请求，并将结果通过I/O口输出到显示模块。 显示模块采用LED数码管作为输出设备，以直观地展示计算结果。在使用共阳极数码管的情况下，所有段的阳极都连接在一起，通过改变阴极的导通和截止来控制数码管的显示。单片机控制数码管的每个段，通过不同的高低电平组合来显示不同的数字或字符。显示模块的实现不仅考验了学习者对硬件的理解，还包括了对软件编程的实践。 总结而言，这个课程设计是一项综合性的实践活动，它涉及了单片机的基本概念、输入输出设备的使用、软件编程等多个方面。通过这个项目，学习者不仅能够掌握AT89C51单片机的特性与应用，还能够在实践中提升自己的电子设计和软件开发能力。更为重要的是，它为学习者后续学习更加复杂的嵌入式系统开发奠定了坚实的基础，使得他们能够更好地适应时代的发展，迎接新的技术挑战。