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简易计算器 单片机课程设计说明书_潍坊学院.doc
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简易计算器 单片机课程设计说明书_潍坊学院.doc
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目 录
1 设计任务与要求..............................................................................................................1
1.1 设计任务...............................................................................................................1
1.2 设计要求...............................................................................................................1
2 设计方案..........................................................................................................................1
3 硬件电路设计..................................................................................................................2
3.1 键盘接口电路.......................................................................................................2
3.2 显示模块..............................................................................................................4
3.4.1 LCD 的选择..............................................................................................4
3.4.2 LCD1602 显示器的管脚功能.................................................................4
3.3 单片机介绍...........................................................................................................6
3.5 复位电路..............................................................................................................8
4 软件设计..........................................................................................................................9
4.1 系统总设计流程...................................................................................................10
4.2 按键程序流程设计...............................................................................................10
4.3 LCD1602 显示流程设计....................................................................................11
4.5 计算器扩展功能的实现.....................................................................................12
4.5.1 三角函数的实现........................................................................................13
4.5.2 对数和指数函数的实现............................................................................13
4.5.3 平方根与倒数以及余数的实现................................................................13
5 功能仿真及其结果........................................................................................................15
5.1 软件简介............................................................................................................15
5.1.1 KEIL 软件简介..........................................................................................15
5.1.2 PPOTUES ISIS 简介 .................................................................................15
5.2 仿真结果与操作说明...........................................................................................15
5.2.1 系统总体仿真............................................................................................15
5.2.2 系统的操作说明........................................................................................16
6 实物制作........................................................................................................................18
6.1 实物布局图.........................................................................................................18
6.2 实物 PCB 布线图................................................................................................19
6.3 实物运行图........................................................................................................21
7 结论................................................................................................................................21
附录......................................................................................................................................23
1 设计任务与要求
1.1 设计任务
1.以 MCS-52 系列单片机为核心器件,组成一个简单的计算器。
2.电压显示采用 LCD1602 液晶屏显示。
3.所用的元件较少,成本低,且测量精度和可靠性较高。
1.2 设计要求
1.能实现加、减、乘、除基本的四则运算
2.数码 0-9 及运算符号通过按键盘输入,并在液晶显示器上显示算式及运算
3.用 PROTEUS 仿真
4.焊接电路板并调试运行
2 设计方案
本设计是实现一个有四则运算及函数运算的多功能计算器。它的硬件部分包括:
一个 AT89C52 单片机芯片,一块 LCD1602 液晶显示器,一个 4*4 的键盘,外加 4 个功
能设置按键。AT89C52 单片机为核心控制电路,LCD1602 负责显示输入输出数据,利
用 4*4 矩阵键盘加上一些功能键完成电路的键入操作部分。电路简单,功能齐全。模
块图如图 2.1 所示。
图 2.1 系统模块图
根据简易计算器的功能和指标要求,本设计系统选用 MCS-52 系列单片机
STC89C52 为主控机。通过扩展必要的外围接口电路,实现对简易计算器的设计。计
算器电路包括三个部分:显示电路、4*4 键扫描电路、单片机微控制电路。具体设计
如下:
(1)由于要设计的是简单的计算器,可以进行四则运算,为了得到较好的显示
效果,采用 LCD1602 液晶显示器显示数据和结果。
(2)另外键盘包括数字键(0~9)、符号键(+、-、×、÷)、小数点和等号
键。
(3)执行过程:开机显示个人信息,等待键入数值,当键入数字,通过 LCD 显
示出来,当键入+、-、*、/运算符,计算器在内部执行数值转换和存储,并等待再次
键入数值,当再键入数值后将显示键入的数值,按等号就会在 LCD 上输出运算结果。
图 2.2 线路原理框图
3 硬件电路设计
3.1 键盘接口电路
键盘有独立键盘和矩阵键盘。本次设计需要的按键较多,如果使用独立键盘会占
用较多的 I/O 口。因此,本次输入键盘设计采用矩阵键盘。矩阵键盘的按键设置在键
盘行列线交点上,行列线分别连接到按键开关两端。当没有键按下时,行线处于高电
平的状态;而当有按键按下时,行线电平则由与此行线相连的列线电平决定。运用行
列扫描法可以确定按键具体位置,从而得到按键数值。键盘部分的设计如图 3.1 所示。
52 系列单
片机系统
4*4 键盘
LCD 显示
晶振电路
复位电路
图 3.1 矩阵按键输入
如图 3.1 所示,按键输入采用 4*4 矩阵键盘,键盘接在单片机的 P2 口,可以看
出 16 个按键共用 8 个 I/O,相对较节约 I/O 口。本人在简易计算器的基础上还增加
了一键多用的功能。键盘中除了包含“0~9”数字键,“+”“-”“×”“÷”运算
键以及“.”之外,还包括了三角函数,指数函数,开根,求余数,倒数等,为了实
现这一个复用功能,需要进行按键的扩展。此时,则需要几个独立按键做扩展使用。
独立按键的设计如图 3.2 所示。
图 3.2 独立复用按键
由 3.2 图可知,四个独立按键各有功能,从左往右分别是:计算器复用功能键,
用来对矩阵键盘进行复用;删除键,用来撤销错误输入;存储键,用来存储结果数据;
复位键,用于数据的复位;
3.2 显示模块
3.4.1 LCD 的选择
LCD 是一种工业型字符液晶,它能够显示 32 个字符(16 列×2 行),工作电压
为 3.3V 或 5V,对比度可自行调节,LCD 的内部内部含有复位电路,用来提供各种控
制命令,如:清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能。由于 LCD1602 功耗
低、体积小、显示多样,常用在微型仪表和低功耗应用中。市面上字符液晶绝大多数
是基于 HD44780 液晶芯片,LCD1602 控制原理也基于 HD44780。LCD1602 采用标准 14
脚(无背光)或 16 脚(有背光)接口,它的管脚如图 3.6 所示。
3.4.2 LCD1602 显示器的管脚功能
LCD1602 采用标准的 14 脚(无背光)或 16 脚(带背光)接口,各引脚接口说明
如下表 3.1 所示。
表 3.1 LCD1602 显示器引脚说明
编号
符号
引脚说明
编号
符号
引脚说明
1
VSS
电源地
9
D2
数据
2
VDD
电源正极
10
D3
数据
3
VL
液晶显示偏压
11
D4
数据
4
RS
数据/命令选择
12
D5
数据
5
R/W
读/写选择
13
D6
数据
6
E
使能信号
14
D7
数据
7
D0
数据
15
BLA
背光源正极
8
D1
数据
16
BLK
背光源负极
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