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基于51单片机的简易计算器设计.doc
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2022-07-17
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本文介绍了一种基于80C51单片机、LCD1602显示屏和4*4矩阵键盘的简易计算器的设计。第一章中,阐述了系统开发的背景、意义、设计目的和任务。第二章中,介绍了单片机和计算器系统的现状。第三章中,详细说明了系统硬件设计,包括系统组成、总体框图、AT89S52单片机介绍以及其它器件介绍和说明。该设计具有简单、实用、易于操作等特点,可广泛应用于各种场合。
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基于单片机的简易计算器设计
摘要 3
关键字:80C51 LCD1602 4*4 矩阵键盘计算器 3
第一章 绪论 4
1。1 系统开发背景 4
1。2 系统开发意义 4
1.3 设计目的 4
1。4 设计任务 4
第二章 单片机发展现状 5
2.1 目前单片机的发展状况 5
2。1。1 单片机的应用场合 5
2.2 计算器系统现状 6
2.3 简易计算器系统介绍 6
第三章 系统硬件设计及说明 7
3。1 系统组成及总体框图 8
3.2 AT89S52 单片机介绍 8
3。3 其它器件介绍及说明 11
3.3.1 LCD1602 液晶显示 11
3。3.2 4*4 矩阵扫描按键 14
第四章 PROTEUS 模拟仿真 15
第五章系统硬件设计及说明 17
第六章软件设计 18
6.1 汇编语言和 C 语言的特点及选择 18
6.2 源程序代码 18

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摘要
近年来随着科技的飞速发展,单片机的应用正在不断深入,同时带动传统控
制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中,单片机往往
作为一个核心部件来使用,但仅单片机方面的知识是不够的,还应根据具体硬件
结构、软硬件结合,来加以完善。
计算机在人们的日常生活中是比较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机,基于这样的理念,本次设计主要以
80C51 单片机为控制芯片,用 C 语言进行编程实现,通过 4*4 矩阵键盘控制,输出
用液晶屏 LCD1602 显示,该计算器可以实现一般的加减乘除四则混合运算。
关键字:80C51 LCD1602 4*4 矩阵键盘 计算器
第一章 绪论
1.1 系统开发背景
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。电子产品的更新速度快就不足惊奇了。
计算器在人们的日常中是比较的常见的电子产品之一。如何使计算器技术更加的
成熟,充分利用已有的软件和硬件条件,设计出更出色的计算器,使其更好的为
各个行业服务,成了如今电子领域重要的研究课题.
1.2 系统开发意义
今天,人们的日常生活中已经离不开计算器了,社会的各个角落都有它的身
影,比如商店,办公室,学校……。因此设计一款简单实用的计算器会有很大的实
际意义。
1。3 设计目的
通过本次硬件与软件相结合的实践,运用《单片机基础》、《MCS-51 系列单
片微型计算机及其应用》所学知识及查阅相关资料,完成简单专用计算器的设计,
达到理论知识与实践更好的结合、提高综合运用所学知识和设计能力的目的。
通过本次设计训练,可以使我们在基本思路和基本方法上对基于 MCS-51 单
片机的嵌入式系统设计和按键操作有一个比较感性的认识,并具备一定程度的设
计能力。
1.4 设计任务
在本次设计实践中,主要完成如下方面的设计任务:
1)简要综述单片机技术发展的国内外现状及液晶屏显示和矩阵键盘基本原
理;
2)掌握 MCS-51 系列某种产品(例如 AT89S52)的最小电路及外围扩展电路
的设计方法;
3)了解单片机数据转换功能及工作过程;
4)完成主要功能模块的硬件电路设计及必要的参数确定;
第二章 单片机发展现状
2。1 目前单片机的发展状况
单片机的发展趋势:低功耗 CMOS 化;微型单片化;主流与多品种共存;单片
机从 8 位、16 位到 32 位,数不胜数,应有尽有,有与主流 C51 系列兼容的,也有

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不兼容的,但它们各具特色,互成互补,为单片机的应用提供广阔的天地。
纵观单片机的发展过程,可以预示单片机的发展趋势,大致有:
1)信低功耗 CMOS 化
MCS—51 系列的 8051 推出时的功耗达 630mW,而现在的单片机普遍都在
100mW 左右,随着对单片机功耗要求越来越低,现在的各个单片机制造商基本都
采用了 CMOS(互补金属氧化物半导体工艺)。象 80C51 就采用了 HMOS(即高密度
金属氧化物半导体工艺)和 CHMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺).CMOS 虽
然功耗较低,但由于其物理特征决定其工作速度不够高,而 CHMOS 则具备了高速
和低功耗的特点,这些特征,更适合于在要求低功耗象电池供电的应用场合.所以
这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径.
2)微型单片化
现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、随机存取数据存储(RAM)、
只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口,中断系统、定时电路、时钟电路
集成在一块单一的芯片上,增强型的单片机集成了如 A/D 转换器、PMW(脉宽调
制电路)、WDT(看门狗)、有些单片机将 LCD(液晶)驱动电路都集成在单一的
芯片上,这样单片机包含的单元电路就更多,功能就越强大。甚至单片机厂商还
可以根据用户的要求量身定做,制造出具有自己特色的单片机芯片。
此外,现在的产品普遍要求体积小、重量轻,这就要求单片机除了功能强和
功耗低外,还要求其体积要小。现在的许多单片机都具有多种封装形式,其中 SMD
(表面封装)越来越受欢迎,使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。
3)主流与多品种共存
现在虽然单片机的品种繁多,各具特色,但仍以 80C51 为核心的单片机占主
流,兼容其结构和指令系统的有 PHILIPS 公司的产品,ATMEL 公司的产品和中国
台湾的 Winbond 系列单片机。所以 C8051 为核心的单片机占据了半壁江山。而
Microchip 公司的 PIC 精简指令集(RISC)也有着强劲的发展势头,中国台湾的
HOLTEK 公司近年的单片机产量与日俱增,与其低价质优的优势,占据一定的市
场分额。此外还有 MOTOROLA 公司的产品,日本几大公司的专用单片机.在一定的
时期内,这种情形将得以延续,将不存在某个单片机一统天下的垄断局面,走的
是依存互补,相辅相成、共同发展的道路。
2.1。1 单片机的应用场合
智能仪器仪表单片机用于各种仪器仪表,一方面提高了仪器仪表的使用功能和精
度,使仪器仪表智能化,同时还简化了仪器仪表的硬件结构,从而可以方便地完
成仪器仪表产品的升级换代。如各种智能电气测量仪表、智能传感器等。
1)智能仪器仪表
机电一体化产品是集机械技术、微电子技术、自动化技术和计算机技术于一体,
具有智能化特征的各种机电产品。单片机在机电一体化产品的开发中可以发挥巨

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大的作用。典型产品如机器人、数控机床、自动包装机、点钞机、医疗设备、打
印机、传真机、复印机等。
2)实时工业控制单片机还可以用于各种物理量的采集与控制。电流、电压、温
度、液位、流量等物理参数的采集和控制均可以利用单片机方便地实现。在这类
系统中,利用单片机作为系统控制器,可以根据被控对象的不同特征采用不同的
智能算法,实现期望的控制指标,从而提高生产效率和产品质量。典型应用如电
机转速控制、温度控制、自动生产线等 。
3)家用电器
家用电器是单片机的又一重要应用领域,前景十分广阔.如空调器、电冰箱、洗
衣机、电饭煲、高档洗浴设备、高档玩具等.
另外,在交通领域中,汽车、火车、飞机、航天器等均有单片机
的广泛应用。如汽车自动驾驶系统、航天测控系统、黑匣子还有分
布式系统的前端模块等等 。
2。2 计算器系统现状
计算器一般由运算器、控制器、存储器、键盘、显示器、电源和一些
可选外围设备及电子配件通过人工或机器设备组成.低档计算器的运算器、
控制器由数字逻辑电路实现简单的串行运算,其随机存储器只有一、二个
单元,供累加存储用。高档计算器由微处理器和只读存储器实现各种复杂
的运算程序,有较多的随机存储单元以存放输入程序和数据。键盘是计算
器的输入部件,一般采用接触式或传感式。为减小计算器的尺寸,一键常
常有多种功能。显示器是计算器的输出部件,有发光二极管显示器或液晶
显示器等。除显示计算结果外,还常有溢出指示、错误指示等。计算器电源
采用交流转换器或电池,电池可用交流转换器或太阳能转换器再充电。为
节省电能,计算器都采用 CMOS 工艺制作的大规模集成电路(见互补金属-氧
化物-半导体集成电路),并在内部装有定时不操作自动断电电路。计算器可
选用的外围设备有微型打印机、盒式磁带机和磁卡机等.
2。3 简易计算器系统介绍
本计算器是以 51 系列 8051 单片机为核心构成的简易计算器系统。该系统通
过单片机控制,实现对 4*4 键盘扫描进行实时的按键检测,并把检测数据存储下
来。整个计算器系统的工作过程为:首先存储单元初始化,显示初始值和键盘扫
描,判断按键位置,查表得出按键值,单片机则对数据进行储存与相应处理转换,
之后送入 LCD 显示。整个系统可分为三个主要功能模块:功能模块一,实时键盘
扫描;功能模块二,LCD 显示;功能模块三,计算。
第三章 系统硬件设计及说明
为了更好的实现系统得功能,硬件电路的设计应该遵循以下原则:
1、优化硬件电路
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