单片机计算器课程设计报

天津职业技术师范大学电子工程学院

电子信息工程 课程设计报告

同组学生姓名（学号）： 李佩航09900130313

王芝利09900110502

刘 瑶09900120311

班 级： 电信1302班

任务分工： 李佩航— 程序编写

王芝利— 电路原理设计 刘 瑶— 报告编写 设计时间： 2015年12月28 日 —— 2016 年 1月8日

指导教师： 成丹、梅建强

目 录

题目：

一、 课程设计的目的与要求 ................................................................ 2 二、 方案论证选择 ................................................................................ 3 三、 原理设计 ........................................................................................ 3 四、 程序设计 .......................................... 8 五、 方案实现与测试 .......................................................................... 11 六、 课程设计小结 七、 参考文献

个人总结 .................................................................................................. 19

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一、 课程设计的目的与要求（含设计指标）

1.1设计目的：

要求通过软件设计实现加减乘除计算等功能，并显示。

1.2设计要求

（1）对计算器硬件系统进行设计，利用AT89S52作为主控器件，组成一个能实现加减乘除等运算的计算器，能进行数据归零，按键提示。 （2）运用keil进行计算器软件系统的设计。

1.3设计方案

按照系统设计的功能的要求，确定设计系统由主控模块、显示模块、键盘扫描接口电路、按键提示电路4个模块组成。

系统构成框图如图所示：

键盘输入电路单片机最小系统LCD液晶显示电路按键提示电路

系统构成框图1-3-1

4.单片机最小硬件系统

单片机最小应用系统，是指用最少的原件组成的单片机可以工作的系统。对51系列单片机来说，最小系统应包括单片机、晶振电路、复位电路。 下面介绍51单片机的最小系统电路图：

单片机最小系统图1-4-1

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二、 方案论证及选择

1、方案一：采用FPGA控制

FPGA是一种高密度的可编程逻辑器件,自从Xilinx公司1985年推出第一片FPGA以来,FPGA的集成密度和性能提高很快,其集成密度最高达500万门/片以上,系统性能可达200MHz。由于FPGA器件集成度高,方便易用,开发和上市周期短,在数字设计和电子生产中得到迅速普及和应用,并一度在高密度的可编程逻辑器件领域中独占鳌头。

但是而基于 SRAM编程的FPGA,其编程信息需存放在外部存储器上 ,需外部存储器芯片 ,且使用方法复杂 ,保密性差，而其对于一个简单的计算器而言，实用FPGA有点大材小用，成本太高。

2、方案二：采用AT89S52

单片机是单片微型机的简称，故又称为微控制器MCU（Micro Control Unit）。通常由单块集成电路芯片组成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器CPU，存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。单片机广泛用于智能产品，智能仪表，测控技术，智能接口等，具有操作简单，实用方便，价格便宜等优点，而其中AT89S52以MCS-51为内核，是单片机中最典型的代表，应用于各种控制领域。

通过以上两种方案论证和比较，从设计的实用性，方便性和成本出发，选择了以AT89S52单片机作为中央处理单元进行计算器的设计，这样设计能够实现对六位浮点数的加减和三位浮点数的乘除运算。

三、 原理设计（或基本原理）

基本原理，电路仿真，系统组成框图、单元电路设计、总体电路图、元件列表

3.1时钟电路

XTAL1是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到XTAL1，而XTAL2悬空。内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为12MHz，时钟频率就为6MHz。晶振的频率可以在1MHz-24MHz内选择。电容取30PF

左右。系统的时钟电路设计是采用的内部方式，即利用芯片内部的振荡电路。AT89单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外晶体谐振器一起构成一个自激振荡器。外接晶体谐振器以及电容C1和C2构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响震荡器频率的高低、震荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性。因此，此系统电路的晶体振荡器的值为12MHz，电容应尽可能的选择陶瓷电容，电容值约为22μF。在焊接刷电路板时，晶体振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证震荡器稳定和可靠地工作。单片机复位电路如下图所示：

时钟电路图3-1-1

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3.2复位电路

在振荡器运行时，有两个机器周期（24个振荡周期）以上的高电平出现在此引腿时，将使单片机复位，只要这个脚保持高电平，51芯片便循环复位。复位后P0－P3口均置1引脚表现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存器SFR全部清零。当复位脚由高电平变为低电平时，芯片为ROM的00H处开始运行程序。复位是由外部的复位电路来实现的。片内复位电路是复位引脚RST通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，它的输出在每个机器周期的S5P2，由复位电路采样一次。复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式，此电路系统采用的是上电与按钮复位电路。当时钟频率选用

6MHz时，C取22μF，Rs约为200Ω，Rk约为1K。复位操作不会对内部RAM有所影响。常用的复位电路如下图所示：

复位电路图3-2-2

3.3键盘接口电路

键盘接口电路如下图所示：

键盘接口电路3-3-3

4*4矩阵键盘工作原理：矩阵键盘又称为行列式键盘。

它由4条I/O线为行线，4条I/O线做列线组成，在行线和列线的每个交叉点上设置一个按键。这样键盘中的按键数为4*4个，所以称之为4*4矩阵键盘，这种行列行线置高电平，接P1口的低四位P1.3- P1.0，列线置低电平，接P1口的高四位P1.7- P1.4高四位为输入，低四位为输出。

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