基于51单片机简易计算器的设计毕业设计

本 科 毕 业 论 文

题 目：基于51单片机简易计算器的设计 院 （系）：物理与电子工程学院 专 业：应用物理学 学生姓名：王彬 指导教师：王强

职 称：

2014年11月5日

目录

摘要 ????????????????????????????1 关键字 ???????????????????????????1 引言 ????????????????????????????1 1、 单片机及其应用 ?????????????????????2

1.1 单片机介绍 ?????????????????????2 1.2 单片机应用 ??????????????????????2 1.3 AT89C51单片机 ?? ??????????????????3

2、 LCD1602和74LS08的工作理 ????????????????7

2.1 选取LCD1602 ????????????????????? 2.2 LCD1602的功能和指令现??????????????????? 2.3 74LS08的功能????????????????

3、 系统实现模块框架???????????????????????

3.1 硬件设计电路框图????????????????????? 3.2 实现原理框图???????????????????????

4、 硬件设计及仿真???????????????????????

4.1 晶振、复位电路的设计??????????????????? 4.2 按键电路的设计?????????????????? 4.3 LCD1602显示电路的设计????????????????

5、 软件设计??????????????????????? 6、 总结???????????????????????

7、 参考文献??????????????????????? 8、 附件???????????????????????

摘要：简易计算器在人们的生活中应用极为广泛，由于它主要进行一些简单的

运算，适用性强，并且方便携带，所以在许多的地方都必不可缺，比如在办公，交易等等。本系统主要介绍计算器实现简易计算的这个详细的过程，它的电路是以AT89C51单片机作为核心器件的，并且它的功耗低，能再3V的低压下工作，有时也可按照要求提升一定的电压。它的硬件部分主要由AT89C51单片机、按键、LCD1602显示屏、指示灯系统等部分构成。软件部分，是在Keil平台用C语言编写程序，包括运算、复位、延时、计算等。其次电路的设计会再proteus上面进行仿真，以保障硬件电路的正确。

关键字：AT89C51单片机；LCD1602显示屏；74LS08；按键；C语言。 引言：计算器是日常学习和生活中的好帮手， 比如对工科的学生来说，常常

要用到基本的 +，-，* ，/ 运算，备有一个科学计算器在手边，可以把繁琐的计算迅速解决，对学习事半功倍。单片机是一种集成的电路芯片，它是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU，存储器（RAM、ROM），多种I/O口和中断系统，定时器/计时器等功能集成到一块半导体芯片上构成的一个小而完善的计算机系统。本设计要制作的就是单片机于生活中最为常见的一种应用——简易计算器。本简易计算器AT89C51单片机作为核心，可以显示简易的计算，简易计算器显示电路由LCD1602组成,硬件方面AT89C51单片机，晶振，按键， LCD1602显示屏。

1、单片机及其应用

1.1 单片机介绍

单片机，全称单片微型计算机，又称微控制器，是把中央处理器、存储器、定时/计数器、各种输入输出接口等都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。它在硬、软件系统和I/O口接口控制方面的能力都有独特之处，它在组成、逻辑功能上也是具有了微机系统的基本条件的。但是，它毕竟是单片机，它的许多功能还得靠外接输入/输出设备来实现，这样才能构成实用的单片机应用系统。旧的单片机的定义已不能满足，所以在很多应用场合被称为范围更广的微控制器。 单片机是靠执行程序来运行的，并且可以随着要求修改一些程序，已达到实现不同的功能，尤其是一些比较特殊的独特的功能，如果用别的器件这样的功能，就会需要更多的力气才能完成，有的甚至是无法做到的，这就更不用说它的成本以及商业价值了。所以用单片机以后，这些功能几乎都可以通过单片机很容易就实现。 1.2 单片机应用

目前，单片机已经以各种不同的方式融入我们的生活，大到科学研究，小到生活中的小机器，并且在许许多多的领域都是不可或缺的，像现在的各种智能的IC卡，医疗机器上面的的智能检测，汽车、飞机等交通工具的智能导航系统，包括上面的录音机、视频摄像机都离不开单片机，更不用说一切自动的家用电器和一些智能机器了。所以，学习单片机的开发和应用是电子信息自动化时代必不可少的。单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。，大致可分如下几个范畴：

（1）在自动化和实时测控中的应用

（2）计算机网络通信和智能仪器设备领域中的应用

（3）在交通设备领域和航天航空中的应用

同时，单片机在嵌入式系统应用领域中也有着重要的地位。 1.3 AT89C51单片机

51单片机是单片机中的一个子系列，AT98C51也只是其中的一种,AT89C51是一种带2K字节闪烁可编程、可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS 8位的单片机。它的主要功能部件包括： （1）8位的CPU。 （2）片内振荡器。

（3）128字节的片内数据存储器。 （4）4KB的片内程序存储器。

（5）寻址范围为64KB的外部数据存储器和程序存储器。 （6）21个字节的专用寄存器。 （7）4个8位的并行I/O口。 （8）一个全双工的串行口。 （9）2个16位的定时/计数器。 （10）5个中断源，2个中断优先级。 （11）111条指令，具有位寻址功能。 （12）片内采用单总线结构。 引脚的介绍：

P0口（ P0.0~P0.7）：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口。第二功能是访问外部存储器时，它分时作为低8位地址线和8位双向数据线。当P0口作为普通输入口时，应先向口锁存器写“1”。

P1口（ P1.0~P1.7）P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口。P1口管脚写入‘1’后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

P2（ P2.0~P2.7）口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，当P2口被写‘1’时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址‘1’时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P3（ P3.0~P3.7）口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口。当P3口写入‘1’后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。 P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口（第二功能），如下表所示： P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器1外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）

RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：来自反向振荡器的输出。

2、LCD1602的工作原理

2.1选取LCD1602和原理

LCD是1968年之后发展起来的一种光电显示元件，它最大的优点就是耗能特别低，这是其他显示器件不可以比拟的。它的工作电压在1.5V-6V，功耗小，寿命长与500000小时，响应速度在10-200ms，并且工作温度也很广，在-20℃到+85℃。在本次设计中，我选的LCD1602显示屏，主要是它是一个成品，这样对我的设计的稳定性有一定的保障。本身的LCD是不发光，是由于给它施加电压之后，造成的电场是LCD里的TN型液晶体排列发生改变，而形成不透光的部分从而看上去是显示黑色[1]。 2.2 LCD1602 功能和指令实现

本次LCD1602与单片机连接。接口引脚及功能如下： BLK:背光源负极，接地； BLA：背光源正极，接+5V；

V0:液晶显示的偏压信号，通过电位器W1调节，1602的偏压解决0V;

RS：接P1.2，决定传输类型是数据或命令，1-表示数据，0-表示命令； R/W:接P1.6，读/写控制，1-表示读，0-表示些； E:接P1.3，使能端，高电平有效； DB0~DB7：数据端，连接P0口。 2.3 74 LS08的功能

74LS08的额定电源电压为5V，最大可以在5.25V的电压下工作，输入低电平电压0.8V，低电平电流输出为8mA,高电平电压输出-400uA。

引脚、逻辑图

功能真值表

L=低电平 H=高电平

3、系统实现模块框架

3.1 硬件设计电路框图

系统框图 3.2 实现原理框图

原理框图

4、硬件设计及仿真

电路的设计我会在proteus软件上面进行多次仿真和改进，这样会省掉在制作的过程中一些不必要的返工。 4.1晶振、复位电路的设计

晶振的频率得以单片机内部频率一样，并且要合适，这里我就用12MHz的晶振频率。

4.2按键电路的设计

在按键电路中,按键控制直接接在P1口，由于只是简易计算就是4*4按键。

4.3 LCD1602显示电路的连接

在这之前得检测LCD是否能正常显示，然后，引脚之间的连接得保障不要接错或者接反。

5、软件设计 程序植入及调试（排除隐患）

本次设计是用C语言编写程序，主要的程序模块有按键编程，延时（中断）编程，计算编程（+，-，*，/）和LCD1602的显示编程。

6、总结 7、参考文献

[1]姚金生 ，《元器件》（第三版）。北京:电子工业出版社，2008.

[2]谭浩强，C程序设计（第二版）[M].北京：清华大学出版社,200. [3]董少明，《单片机原理与应用技术》，北京理工大学出版社，2009. [4] [5]

8、附件

附件1：

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