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1、遼遼 寧寧 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué) 單片機(jī)原理及接口技術(shù)單片機(jī)原理及接口技術(shù) 課程設(shè)計(jì)(論文)課程設(shè)計(jì)(論文)題目:題目: 簡(jiǎn)易計(jì)算器的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易計(jì)算器的設(shè)計(jì) 院(系):院(系): 電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí):專業(yè)班級(jí): 自動(dòng)化自動(dòng)化132132班班 學(xué)學(xué) 號(hào):號(hào): 130302044130302044 學(xué)生姓名:學(xué)生姓名: 陸強(qiáng)陸強(qiáng) 指導(dǎo)教師:指導(dǎo)教師: (簽字)起止時(shí)間:起止時(shí)間: 2016.6.6-2016.6.17 本科生課程設(shè)計(jì)(論文)課程設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)及評(píng)語課程設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)及評(píng)語院(系):電氣工程學(xué)院 教研室:自動(dòng)化 本科生課程設(shè)計(jì)(論文)注:成績(jī):平時(shí)20% 論文質(zhì)量
2、60% 答辯20% 以百分制計(jì)算學(xué) 號(hào)130302044學(xué)生姓名陸強(qiáng)專業(yè)班級(jí)自動(dòng)化132班課程設(shè)計(jì)(論文)題目簡(jiǎn)易計(jì)算器的設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)課題完成的功能、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求、技術(shù)參數(shù)課題完成的功能、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求、技術(shù)參數(shù)實(shí)現(xiàn)功能實(shí)現(xiàn)功能簡(jiǎn)易計(jì)算器采用 4*4 鍵盤輸入要計(jì)算的數(shù)字及要進(jìn)行的計(jì)算操作,并顯示上次輸入的數(shù)據(jù)及結(jié)果,能夠進(jìn)行加、減、乘、除的運(yùn)算,并存儲(chǔ)上次計(jì)算的值。硬件設(shè)計(jì)包括 CPU 選型、最小系統(tǒng)電路、按鍵電路、顯示電路等。設(shè)計(jì)任務(wù)及要求設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1、確定設(shè)計(jì)方案,畫出方案框圖。2、進(jìn)行硬件電路的設(shè)計(jì),包括元器件選擇,繪制原理圖。3、進(jìn)行實(shí)物的制作4、繪出程序流程圖,并
3、編寫完整程序。5、要求認(rèn)真獨(dú)立完成所規(guī)定的全部?jī)?nèi)容;所設(shè)計(jì)的內(nèi)容要求正確、合理。6、按學(xué)校規(guī)定的格式,撰寫、打印設(shè)計(jì)說明書一份;設(shè)計(jì)說明書應(yīng)在4000字以上。技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)密碼長(zhǎng)度可修改,密碼可修改,密碼輸入正確,在顯示屏上出現(xiàn) Right,并控制開鎖;密碼錯(cuò)誤出現(xiàn) Error,連續(xù)輸入錯(cuò)誤三次,隔 30S 才能再次輸入。進(jìn)度計(jì)劃1、布置任務(wù),查閱資料,確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案(2 天)2、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及實(shí)物制作(3 天)3、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及編寫功能程序及調(diào)試(3 天)4、撰寫、打印設(shè)計(jì)說明書(1 天)5、驗(yàn)收及答辯。(1天)指導(dǎo)教師評(píng)語及成績(jī) 平時(shí): 論文質(zhì)量: 答辯: 總成績(jī): 指導(dǎo)教師簽字: 年
4、 月 日本科生課程設(shè)計(jì)(論文)摘 要計(jì)算器是日常生活中比較的常見的電子產(chǎn)品之一。在各種智能化產(chǎn)品中也常常會(huì)用到計(jì)算器,而且在現(xiàn)代化系統(tǒng)中人們對(duì)計(jì)算器技術(shù)要求更加的嚴(yán)格和精確,因此計(jì)算器已成為生產(chǎn)中必不可少的設(shè)備。本設(shè)計(jì)的硬件包括 4*4 鍵盤、單片機(jī)最小系統(tǒng)、液晶顯示器,軟件包括 C 語言編程和 Keil uVision5。簡(jiǎn)易計(jì)算器的設(shè)計(jì)使得計(jì)算器的技術(shù)更加的成熟、簡(jiǎn)單。簡(jiǎn)易計(jì)算器設(shè)計(jì)是以 AT89C52 單片機(jī)為核心的,輸入采用 4*4 矩陣鍵盤,簡(jiǎn)易計(jì)算器不僅可以進(jìn)行加、減、乘、除帶符號(hào)數(shù)字運(yùn)算(八位整數(shù)),還可以進(jìn)行負(fù)數(shù)運(yùn)算和錯(cuò)誤提示,并在液晶顯示器 LCD1602 上顯示操作結(jié)果。
5、計(jì)算器的出現(xiàn)不僅使計(jì)算數(shù)據(jù)越來越方便,而且在算術(shù)方面節(jié)省了大量的計(jì)算時(shí)間。關(guān)鍵詞:?jiǎn)纹瑱C(jī);矩陣鍵盤;液晶顯示;計(jì)算器 本科生課程設(shè)計(jì)(論文)目 錄第 1 章 緒論 .1第 2 章 課程設(shè)計(jì)的方案 .22.1 概述 .22.2 系統(tǒng)組成總體結(jié)構(gòu) .2第 3 章 硬件設(shè)計(jì) .33.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) .33.1.1 AT89S52 單片機(jī)簡(jiǎn)介 .33.1.2 AT89C52 單片機(jī)的引腳功能及說明 .33.1.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) .53.2 液晶顯示器電路設(shè)計(jì) .63.2.1 1602 液晶顯示器的簡(jiǎn)介 .63.2.2 液晶引腳說明 .73.2.3 液晶顯示模塊電路 .73.3 電源電路的
6、設(shè)計(jì) .83.4 按鍵電路設(shè)計(jì) .83.5 總體電路圖設(shè)計(jì) .9第 4 章 軟件設(shè)計(jì) .104.1 主程序流程圖設(shè)計(jì) .104.2 子程序流程圖設(shè)計(jì) .10第 5 章 系統(tǒng)分析與調(diào)試 .125.1 系統(tǒng)調(diào)試 .125.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析 .12第 6 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié) .15參考文獻(xiàn) .16附錄 I.17附錄 II.18本科生課程設(shè)計(jì)(論文)1第 1 章 緒論計(jì)算工具最早誕生于中國(guó),中國(guó)古代最早采用的一種計(jì)算工具叫籌策,也被叫做算籌。這種算籌多用竹子制成,也有用木頭,獸骨充當(dāng)材料的,約二百七十枚一束,放在布袋里可隨身攜帶。另外直到今天仍在使用的珠算盤,是中國(guó)古代計(jì)算工具領(lǐng)域中的另一項(xiàng)發(fā)明,明代
7、時(shí)的珠算盤已經(jīng)與現(xiàn)代的珠算盤幾乎相同。 17 世紀(jì)初,西方國(guó)家的計(jì)算工具有了較大的發(fā)展,英國(guó)數(shù)學(xué)家納皮爾發(fā)明的“納皮爾算籌”,英國(guó)牧師奧卻德發(fā)明了圓柱型對(duì)數(shù)計(jì)算尺,這種計(jì)算尺不僅能做加、減、乘、除、乘方和開方運(yùn)算,甚至可以計(jì)算三角函數(shù)、指數(shù)函數(shù)和對(duì)數(shù)函數(shù)。這些計(jì)算工具不僅帶動(dòng)了計(jì)算器的發(fā)展,也為現(xiàn)代計(jì)算器發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ),成為現(xiàn)代社會(huì)應(yīng)用廣泛的計(jì)算工具。1642 年,年僅 19 歲的法國(guó)偉大科學(xué)家帕斯卡引用算盤的原理,發(fā)明了第一部機(jī)械式計(jì)算器,在他的計(jì)算器中有一些互相聯(lián)鎖的齒輪,一個(gè)轉(zhuǎn)過十位的齒輪會(huì)使另一個(gè)齒輪轉(zhuǎn)過一位,人們可以像撥電話號(hào)碼盤那樣,把數(shù)字撥進(jìn)去,計(jì)算結(jié)果就會(huì)出現(xiàn)在另一個(gè)窗口
8、中,但是它只能做加減運(yùn)算。1694 年,萊布尼茲在德國(guó)將其改進(jìn)成可以進(jìn)行乘除的計(jì)算。此后,一直到 20 世紀(jì) 50 年代末才有電子計(jì)算器的出現(xiàn)。電子計(jì)算器的出現(xiàn)給人們帶來了很大的方便,不僅使計(jì)算更為方便,而且使計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確,人們的日常生活中已經(jīng)離不開計(jì)算器了,社會(huì)的各個(gè)角落都有它的身影,比如商店,辦公室,學(xué)校等計(jì)算器電源采用交流轉(zhuǎn)換器或電池,電池可用交流轉(zhuǎn)換器或太陽能轉(zhuǎn)換器再充電。為節(jié)省電能,計(jì)算器都采用CMOS 工藝制作的大規(guī)模集成電路(見互補(bǔ)金屬-氧化物-半導(dǎo)體集成電路) ,并在內(nèi)部裝有定時(shí)不操作自動(dòng)斷電電路。計(jì)算器可選用的外圍設(shè)備有微型打印機(jī)、盒式磁帶機(jī)和磁卡機(jī)等?,F(xiàn)在社會(huì)大部分使用
9、的是都是科學(xué)計(jì)算器,簡(jiǎn)易計(jì)算器在我們?nèi)粘I钪幸呀?jīng)不常見了,但是它的設(shè)計(jì)非常重要,科學(xué)計(jì)算器只是在簡(jiǎn)易計(jì)算器的設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上加以改動(dòng),加部分功能,但是如是沒有簡(jiǎn)易計(jì)算器的出現(xiàn),科學(xué)計(jì)算器也不會(huì)出現(xiàn)及普及,因?yàn)楹?jiǎn)易計(jì)算器是最基礎(chǔ)的,但同時(shí)也是最重要的,所以簡(jiǎn)易計(jì)算器的設(shè)計(jì)顯得尤為重要。本科生課程設(shè)計(jì)(論文)2第 2 章 課程設(shè)計(jì)的方案2.1 概述計(jì)算器一般由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、鍵盤、顯示器、電源和一些可選外圍設(shè)備及電子配件通過人工或機(jī)器設(shè)備組成。低檔計(jì)算器的運(yùn)算器、控制器由數(shù)字邏輯電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的串行運(yùn)算,其隨機(jī)存儲(chǔ)器只有一、二個(gè)單元,提供累加存儲(chǔ)用。鍵盤是計(jì)算器的輸入部件,一般采用接觸式或傳感
10、式。為減少計(jì)算器的尺寸,一鍵常常有很多功能。顯示器是計(jì)算器的輸出部件,有發(fā)光二極管顯示器或液晶顯示器等。除顯示加、減、乘、除的計(jì)算結(jié)果外,還有負(fù)數(shù)運(yùn)算、錯(cuò)誤顯示等。2.2 系統(tǒng)組成總體結(jié)構(gòu) 圖 2.1 系統(tǒng)框圖本設(shè)計(jì)是以 STC89C52 單片機(jī)為核心器件,配合電阻電容晶振等器件,構(gòu)成單片機(jī)的最小系統(tǒng)。其它個(gè)模塊圍繞著單片機(jī)最小系統(tǒng)展開。其中包括,顯示設(shè)備采用 1602 液晶,該液晶可以進(jìn)行 2 行內(nèi)容的顯示。對(duì)于本設(shè)計(jì)來說,第 1 行顯示輸入的內(nèi)容,第 2 行顯示計(jì)算結(jié)果。輸入設(shè)備采用 4*4 的矩陣鍵盤,共 16個(gè)按鍵,除去 10 個(gè)數(shù)字鍵后,剩下的六個(gè)按鍵功能分別為加、減、乘、除、等于、
11、清除。電源供電則采用 USB 的形式,常用的供電電源可以是手機(jī)充電器、移動(dòng)電源、電腦 USB 口等。液晶顯示模塊電源模塊AT89C52主控制模塊晶振模塊矩陣鍵盤模塊本科生課程設(shè)計(jì)(論文)3第 3 章 硬件設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1.1 AT89S52 單片機(jī)簡(jiǎn)介單片機(jī)是單片微型機(jī)的簡(jiǎn)稱,故又稱為微控制器 MCU(Micro Control Unit)。通常由單塊集成電路芯片組成,內(nèi)部包含有計(jì)算機(jī)的基本功能部件:中央處理器CPU,存儲(chǔ)器和 I/O 接口電路等。因此,單片機(jī)只要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合,便可成為一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。單片機(jī)廣泛用于智能產(chǎn)品,智能儀表,測(cè)控技術(shù),智能接口等
12、,具有操作簡(jiǎn)單,實(shí)用方便,價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn),而其中AT89S52 以 MCS-51 為內(nèi)核,是單片機(jī)中最典型的代表,應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 AT89S52 單片機(jī)是一種低功耗高性能的 CMOS8 位微控制器,內(nèi)置 8KB 可在線編程閃存。該器件采用 Atmel 公司的高密度非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn),其指令與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 80C51 指令集兼容。片內(nèi)程序存儲(chǔ)器允許重復(fù)在線編程,允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)內(nèi)通過 SPI 串行口改寫或用同用的非易失性存儲(chǔ)器改寫。通過把通用的 8 位 CPU 與可在線下載的 Flash 集成在一個(gè)芯片上,AT89S52 便成為一個(gè)高效的微型計(jì)算機(jī)。它的應(yīng)用范圍廣,可用于解決復(fù)雜的控制
13、問題,且成本較低。AT89S52 單片機(jī)如圖 3.1 所示。 圖 3.1 單片機(jī) AT89C523.1.2 AT89C52 單片機(jī)的引腳功能及說明STC89C52 有 40 個(gè)引腳,32 個(gè)外部雙向輸入/輸出(I/O)端口,同時(shí)內(nèi)含 2個(gè)外中斷口,3 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2 個(gè)全雙工串行通信口,2 個(gè)讀寫口線??臻e模式下,CPU 停止工作,允許 RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下,RAM 內(nèi)容被保存,振蕩器被凍結(jié), 單片機(jī)一切工作停止,直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。STC89C52 有 PDIP、PQFP/TQFP 及 PLCC 等本科生課程設(shè)計(jì)(論文)4三種
14、封裝形式,以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。AT89C52 的主要功能特性如下:1)兼容 MCS51 指令系統(tǒng);2)8k 可反復(fù)擦寫(1000 次)Flash ROM; 3)32 個(gè)雙向 I/O 口; 4)256*8bit 內(nèi)部 RAM ;5)3 個(gè) 16 位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷;6)時(shí)鐘頻率 0-24MHz; 7)2 個(gè)串行中斷;8)可編程 UART 串行通道; 9)2 個(gè)外部中斷源; 10)共 8 個(gè)中斷源; 11)2 個(gè)讀寫中斷口線; 12)3 級(jí)加密位; 13)低功耗空閑和掉電模式; 14)軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能;AT89C52 系列單片機(jī)一般采用 40 個(gè)引腳,雙列直插式封裝,用 HMOS工藝
15、制造,其外部引腳排列如圖 3.2 所示。其中,各引腳的功能為: 圖 3.2 AT89C52 的引腳圖 1)主電源引腳VCC(40 腳),接5V 電源正端;GND(20 腳),接5V 電源地端;2)外接晶體或外部振蕩器引腳XTAL1(19 腳),接外部晶振和微調(diào)電容的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部,P101P112P123P134P145P156P167P178RESET9P30/RXD10P31/TXD11P32/INT012P33/INT113P34/T014P35/T115P36/WR16P37/RD17XTAL218XTAL119GND20P2021P2122P2223P2324P2425P25
16、26P2627P2728PSEN29ALE30EA31P0732P0633P0534P0435P0336P0237P0138P0039VCC40本科生課程設(shè)計(jì)(論文)5它是振蕩電路的一個(gè)反相放大器的輸入端,振蕩電路的頻率就是晶體的固有頻率。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí),此引腳應(yīng)接地。XTAL2(18 腳),接外部晶振和微調(diào)電容的另一個(gè)引腳。在片內(nèi)接至反相放大器的輸出端和內(nèi)部時(shí)鐘電路的輸入端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí),此腳接外部振蕩器的輸出端。3)控制信號(hào)線RESET(9 腳),復(fù)位信號(hào)輸入端,復(fù)位/掉電時(shí)內(nèi)部 RAM 的備用電源輸入端。ALE(30 腳),地址鎖存允許/編程脈沖輸入,用 ALE 鎖存從 P0
17、口輸出的低 8 位地址。在對(duì)片內(nèi) EPROM 編程時(shí),編程脈沖由此輸入。PSEN (29 腳),外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào),PSEN 端可以驅(qū)動(dòng) 8 個(gè)LSTTL 門電路,低電平有效。EA(31 腳),訪問外部存儲(chǔ)器允許/編程電壓輸入。EA 為高電平時(shí),訪問內(nèi)部存儲(chǔ)器;低電平時(shí),訪問外部存儲(chǔ)器。3.1.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于 ST89C52 的單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖 3.3 所示,整個(gè)單片機(jī)最小系統(tǒng)由復(fù)位電路部分、晶振電路部分、輔助電路等三個(gè)部分組成。復(fù)位電路是由極性電容 C1 和電阻 R3 組成的,其中電容 C1 為 10uF,電阻R3 的阻值為 10K,復(fù)位電路的工作原理是利用電容電壓不能突
18、變的性質(zhì)進(jìn)行設(shè)計(jì)的,一旦供電,RESET 腳就會(huì)出現(xiàn)高電平,并且高電平持續(xù)時(shí)間是由 R 和 C 的大小決定的,只有當(dāng) RESET 引腳上出現(xiàn)兩次及兩次以上的高電平才會(huì)復(fù)位,所以選取適當(dāng)?shù)?R 和 C 就可以保證及精準(zhǔn)又可靠的復(fù)位。晶振電路是由兩個(gè)電容及一個(gè)晶振組成的,其中兩個(gè)電容分別為 C2 和 C3,其大小為 30pF,晶振 X1 的大小為 12M。電容的作用是幫助晶振更加容易的起振,所以電容的大小將影響起振的效果,晶振越大效果越好,取值范圍為 15-33pF,所以我們?nèi)≌麛?shù) 30pF。而晶振的取值也可以是 24M,因?yàn)榫д裨酱髥纹瑱C(jī)的執(zhí)行速度就越快,所以在設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)時(shí),晶振電路離單
19、片機(jī)越近越好。輔助電路是由一個(gè) 10K 大的排阻 R1 和電源組成,其作用就是在擴(kuò)展 I/O 口時(shí)使用,以便接 LCD1602 液晶顯示器。因?yàn)?STC89C52 的 P0 口是漏極開路輸出,所以在 P0 口接了一個(gè) 10K 的排阻R1,這樣子就可以使 P0 口作為普通的 I/O 口使用,而且 P0 口還得以充分利用,P2 口用作擴(kuò)展用,用于接外部擴(kuò)展的 RAM 和 ROM,本設(shè)計(jì)用 P0 口來做液晶的數(shù)據(jù)口。單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖 3.3 所示。本科生課程設(shè)計(jì)(論文)6圖 3.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路3.2 液晶顯示器電路設(shè)計(jì)3.2.1 1602 液晶顯示器的簡(jiǎn)介液晶顯示器是一種顯示器件,具有小體
20、積、輕重量、低功耗等特色。由于其功耗低、顯示的信息量大(例如,文本,圖形,曲線等)、無電磁輻射、使用壽命長(zhǎng),它已被廣泛應(yīng)用在便攜式電子產(chǎn)品。本系統(tǒng)采用的 1602 是一款物美價(jià)廉的液晶顯示屏,可以顯示 2 行標(biāo)準(zhǔn)字符,每行共有 16 個(gè)字符。在通信系統(tǒng),智能操作儀表和辦公設(shè)備的自動(dòng)化中被廣泛的應(yīng)用,主要功能是顯示 ASCII 字符,因此被稱為“字符型顯示裝置”。當(dāng)在內(nèi)部沒有適合的漢字庫的液晶類型顯示器想要表達(dá)漢字的時(shí)候,第一步就是要獲得想要的漢文或者圖形的子模數(shù)據(jù)。子模塊的軟件不能直接提取子模塊的數(shù)據(jù) 5*8點(diǎn)陣,可以從手工提取漢字的字體以模具。第二步,把取得的漢字子模數(shù)據(jù)保存在液晶存儲(chǔ)器里面
21、。1602LCD 主要技術(shù)參數(shù):1)顯示容量:16*2 個(gè)字符2)芯片工作電壓:4.55.5V3)工作電流:2.0mA(5.0V)4)模塊最佳工作電壓:5.0V5)字符尺寸:2.95*4.35(W*H)mmP101P112P123P134P145P156P167P178RESET9P30/RX D10P31/TX D11P32/INT012P33/INT113P34/T014P35/T115P36/WR16P37/RD17X TA L218X TA L119G ND20P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29A LE30EA31P0732P0
22、633P0534P0435P0336P0237P0138P0039V CC40U 1STC89C5212X 112MC230pFC330pFV CCV CC123456789R1103C110uFR310KV CCP00P01P02P03P04P05P06P07ENRWRSP10P11P12P13P14P15P16P17本科生課程設(shè)計(jì)(論文)7GNDGNDVCCVCCRSRWEND0D1D2D3D4D5D6D7R1103GNDVSS1VCC2VO3RS4RW5EN6D07D18D29D310D411D512D613D714A15K16LCD 1602LCD116023.2.2 液晶引腳說明第
23、1 腳:接地電源 VSS。 第 2 腳:5V 正電源為 VDD。 第 3 腳:VL 為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整的端口,對(duì)比度的強(qiáng)弱由接電源的不同決定,對(duì)比度的調(diào)整可以通過一個(gè) 10k 的電位器。 第 4 腳:RS 是寄存器選擇,高水平的數(shù)據(jù)寄存器,低選擇指令寄存器。 第 5 腳:R / W 的讀和寫信號(hào)線,高水平低的讀操作,寫操作。 第 6 腳:使能端 E,當(dāng) E 端由 1 至 0 時(shí),液晶模塊中的命令開始被運(yùn)行。 第 7 至 14 腳:D0-D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。第 15 腳:背光源正極。 第 16 腳:背光源負(fù)極。3.2.3 液晶顯示模塊電路液晶模塊的電路的連接圖如圖 3.4 所示,LC
24、D1602 一共有 16 個(gè)引腳,引腳1 和引腳 2 分別接到了電路的地和電源,這 2 個(gè)腳是液晶工作時(shí)電源輸入端引腳。而第 3 引腳則是通過一個(gè) 10K 的滑動(dòng)電阻器連接到地端,可通過調(diào)節(jié)該電位器來調(diào)節(jié)液晶的清晰度。第 4 腳是液晶的寄存器控制腳,接到了單片機(jī)的 P12 腳上。第 5 腳是液晶的讀寫控制腳,接到了單片機(jī)的 P13 腳上。第 6 腳是液晶的使能端腳,接到了單片機(jī)的 P14 腳上。第 7 腳到第 14 腳是液晶的數(shù)據(jù)/地址 8 位總線,接到了單片機(jī)的 P0 口上。最后第 15 腳和第 16 腳是液晶的背光電源腳,直接連接系統(tǒng) VCC 和 GND。 圖 3.4 液晶模塊連接圖本科生
25、課程設(shè)計(jì)(論文)83.3 電源電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)是采用 USB 借口提供電源供電的,由于通過 USB 的電源輸出的電壓都為 5V,符合給單片機(jī)和液晶的供電電壓,所以可以直接給單片機(jī)和液晶供電,電源電路設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單,不需要加穩(wěn)壓和降壓電路,只需要一個(gè) USB 接口和按鍵開關(guān)即可,電源電路的連接圖如圖 3.5 所示。 圖 3.5 電源電路3.4 按鍵電路設(shè)計(jì)按鍵電路的設(shè)計(jì)是采用 4*4 的是 16 個(gè)按鍵的矩陣式按鍵。鍵盤是單片機(jī)系統(tǒng)中最常用的人機(jī)對(duì)話輸入設(shè)備,用戶通過鍵盤向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)或指令。鍵盤控制程序需完成的任務(wù)有:監(jiān)測(cè)是否有鍵按下,有鍵按下時(shí),在無硬件去抖的動(dòng)電路時(shí),應(yīng)用軟件延時(shí)方法消除按
26、鍵抖動(dòng)影響;當(dāng)有多個(gè)鍵同時(shí)按下時(shí),只處理一個(gè)按鍵,不管一次按鍵持續(xù)多長(zhǎng)時(shí)間,僅執(zhí)行一次按鍵功能程序。矩陣按鍵掃描程序是一種節(jié)省 I/O 口的方法,按鍵數(shù)目越多節(jié)省 I/O 口就越可觀,思路:先判斷某一列(行)是否有按鍵按下,再判斷該行(列)是那一只鍵按下。但是,在程序的寫法上,采用了最簡(jiǎn)單的方法,使得程序效率最高。本程序中,如果檢測(cè)到某鍵按下了,就不再檢測(cè)其它的按鍵,這完全能滿足絕大多數(shù)需要,又能節(jié)省大量的 CPU 時(shí)間。本鍵盤掃描程序的優(yōu)點(diǎn)在于:不用專門的按鍵延時(shí)程序,提高了 CPU 效率,也不用中斷來掃描鍵盤,節(jié)省了硬件資源。另外,本鍵盤掃描程序,每次掃描占用 CPU 時(shí)最短,不論有鍵按下
27、或者無鍵按下都可以在很短的時(shí)間完成一次掃描。本設(shè)計(jì)由于用到的按鍵比較多,故采用矩陣鍵盤的方式和單片機(jī)進(jìn)行連接,J1DC5.5123456SW1VCC本科生課程設(shè)計(jì)(論文)9K1K2K3K4K5K6K7K8K9K10K11K12K13K14K15K16P10P11P12P13P14P15P16P17不同按鍵按下具有不同的按鍵功能,本設(shè)計(jì)共用到的按鍵共 16 個(gè),除去 10 個(gè)數(shù)字鍵后,剩下的六個(gè)按鍵功能分別為加、減、乘、除、等于、清除。按鍵的連接圖 3.6 所示。 圖 3.6 按鍵電路3.5 總體電路圖設(shè)計(jì)總體電路圖見附錄 I 所示。本科生課程設(shè)計(jì)(論文)10第 4 章 軟件設(shè)計(jì)4.1 主程序流
28、程圖設(shè)計(jì)主程序的功能主要是 LCD 顯示與清屏、液晶的光標(biāo)定位、液晶初始化、鍵盤掃描、按鍵處理、子程序調(diào)用和判斷當(dāng)前狀態(tài)等。主程序的設(shè)計(jì)是整個(gè)程序設(shè)計(jì)的最重要的部分,不僅可以體現(xiàn)設(shè)計(jì)人的思想結(jié)構(gòu),還可以體現(xiàn)出設(shè)計(jì)人對(duì)設(shè)計(jì)理解的深度和認(rèn)識(shí)的程度。主程序流程圖如下圖 4.1 所示。Y是否N圖 4.1 主程序流程圖4.2 子程序流程圖設(shè)計(jì)子程序設(shè)計(jì)包括鍵盤掃描子程序和顯示模塊子程序的設(shè)計(jì)。開始系統(tǒng)初始化LCD 顯示按鍵處理判斷當(dāng)前狀態(tài)是否繼續(xù)進(jìn)行?結(jié)束本科生課程設(shè)計(jì)(論文)11鍵盤掃描子程序,首先讀出P1的低四位,然后讀出P1口的高四位。然后鍵值并顯示緩存。然后將鍵如的值轉(zhuǎn)換為ASCII碼然后就可以
29、軟件來設(shè)置硬件按鍵各個(gè)鍵代表的內(nèi)容。讀鍵程序使用的是反轉(zhuǎn)法讀鍵,不管鍵盤矩陣的規(guī)模大小,均進(jìn)行兩次讀鍵。第一次所有行線均輸出低電平,從所有讀入鍵盤信息(列信息);第二次所有列線均輸出低電平,從所有行線讀入鍵盤信息(行信息)。數(shù)字鍵按下則將相應(yīng)的數(shù)字送入緩存區(qū),功能鍵按下則執(zhí)行相應(yīng)的程序。顯示模塊程序首先要對(duì)顯示模塊進(jìn)行初始化;然后控制光標(biāo)的位置;定義液晶顯示的控制端口,用SBIT指令完成;然后設(shè)置清屏、關(guān)閉顯示、歸位、開顯示、顯示位置的首地址等等。子程序的設(shè)計(jì)是整個(gè)設(shè)計(jì)的中間部分,用于主程序中的指令的調(diào)用,主要是運(yùn)算部分的加、減、乘、除和功能部分的等于、清零等。除此之外,在本設(shè)計(jì)中又添加了錯(cuò)誤
30、顯示和負(fù)數(shù)運(yùn)算的功能。子程序流程圖如下圖4.2所示。 N Y 圖 4.2 子程序流程圖清屏掃描鍵盤加減乘除運(yùn)算子程序液晶顯示返回開始顯示結(jié)束?本科生課程設(shè)計(jì)(論文)12第 5 章 系統(tǒng)調(diào)試與分析5.1 系統(tǒng)調(diào)試調(diào)試是整個(gè)系統(tǒng)功能否實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵步驟,我們將整個(gè)調(diào)試過程分為兩大部分:硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。硬件調(diào)試主要工具是萬用表和烙鐵等工具,主要是為了排查板子焊錯(cuò)線、焊少線、短路和斷路等情況??赏ㄟ^電壓、電流、電阻等物理量的測(cè)量,再進(jìn)行推測(cè),最終發(fā)現(xiàn)存在問題的地方,利用烙鐵進(jìn)行維修。通常軟件調(diào)試應(yīng)具備四種技能,跟蹤、斷點(diǎn)、查看變量和更改數(shù)值等。整個(gè)程序是一個(gè)主程序調(diào)用各個(gè)子程序?qū)崿F(xiàn)功能的過程,要使主程
31、序和整個(gè)程序都能平穩(wěn)運(yùn)行,各個(gè)模塊的子程序的正確與平穩(wěn)運(yùn)行必不可少,所以在軟件調(diào)試的最初階段就是把各個(gè)子程序模塊進(jìn)行分別調(diào)試。5.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析本設(shè)計(jì)是簡(jiǎn)易計(jì)算器的設(shè)計(jì),由單片機(jī)最小系統(tǒng)、矩陣鍵盤、液晶顯示、晶振電路等部分組成,具體實(shí)物如下圖 5.1 所示。 圖 5.1 實(shí)物圖 此設(shè)計(jì)是簡(jiǎn)易計(jì)算器的設(shè)計(jì),除存在一些簡(jiǎn)單的運(yùn)算如:加、減、乘、除等基本運(yùn)算外,還有錯(cuò)誤顯示、負(fù)數(shù)運(yùn)算等部分功能,以下為實(shí)物運(yùn)行狀態(tài)下的簡(jiǎn)本科生課程設(shè)計(jì)(論文)13單運(yùn)行的結(jié)果:1)加減法運(yùn)算:例如 9 加 6 等于 15 得運(yùn)算如下圖 5.2 所示,9 減 4 等于 5的運(yùn)算如圖 5.3 所示。圖 5.2 加法運(yùn)算
32、 圖 5.3 減法運(yùn)算2)乘除法運(yùn)算:例如 2 乘以 8 等于 16 的運(yùn)算如下圖 5.4 所示,99 除以 9 等于 11 的運(yùn)算如下圖 5.5 所示。圖 5.4 乘法運(yùn)算圖 5.5 除法運(yùn)算 本次設(shè)計(jì)加減法的最高位只能為 4 位數(shù),超過四位數(shù)將不顯示,運(yùn)行結(jié)果將只會(huì)運(yùn)行之前顯示的前四位數(shù)之間的運(yùn)算,也就是說當(dāng)按鍵被按下五次,五次之間沒有運(yùn)算符號(hào)鍵的按下時(shí),將只顯示前四次的按鍵結(jié)果,同時(shí)不顯示的數(shù)也不會(huì)參與運(yùn)算。 簡(jiǎn)易計(jì)算器的設(shè)計(jì)不僅只有加、減、乘、除等基本運(yùn)算,而且還有負(fù)數(shù)運(yùn)算和錯(cuò)誤顯示的功能,使得計(jì)算器更加靈活,應(yīng)用更為方便,所適用的場(chǎng)合也越來越多。本科生課程設(shè)計(jì)(論文)143)錯(cuò)誤顯示
33、:當(dāng)除數(shù)為 0 時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤顯示,例如 22 除以 0 出現(xiàn)錯(cuò)誤的運(yùn)算如下圖 5.6 所示。 圖 5.6 錯(cuò)誤顯示4)負(fù)數(shù)運(yùn)算:例如 3 減去 9 等于負(fù) 6 的運(yùn)算如下圖 5.7 所示。圖 5.7 負(fù)數(shù)運(yùn)算以上為簡(jiǎn)易計(jì)算器的加、減、乘、除及負(fù)數(shù)運(yùn)算和錯(cuò)誤顯示的結(jié)果,從顯示中可以看出來本次設(shè)計(jì)的程序是對(duì)的,運(yùn)算結(jié)果沒有錯(cuò)誤,這也間接告訴我們中間的焊接過程也沒有出現(xiàn)問題,所以總結(jié)來說,本次設(shè)計(jì)還是比較成功的。本科生課程設(shè)計(jì)(論文)15第 6 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)單片機(jī)課程設(shè)計(jì)終于結(jié)束了,通過緊張的工作,完成了我的設(shè)計(jì)任務(wù)-簡(jiǎn)易計(jì)算器的設(shè)計(jì)。總的來說,這次課程設(shè)計(jì)是還算成功的。當(dāng)然,這其中也經(jīng)歷了許多坎
34、坷,但是在我的堅(jiān)持不懈下,在郭老師的細(xì)心指導(dǎo)下,在同學(xué)們的熱情幫助下,最終克服了種種困難,取得了成功。 剛開始接到這個(gè)計(jì)算器的課程設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí),因?yàn)橐郧皠?dòng)手實(shí)踐做過類似的題目,于是在腦海中初步構(gòu)建了編寫程序的一些控制程序。但是由于缺乏編寫大量程序的經(jīng)驗(yàn),不能如行云流水般的將全部的各部分代碼寫出,于是去網(wǎng)上查找相關(guān)資料,了解計(jì)算器的輸入控制原理、運(yùn)算處理以及顯示的原理。了解之后自己嘗試編寫程序,在此過程中,其中鍵盤掃描和動(dòng)態(tài)掃描顯示掃描程序困擾了我很久,經(jīng)過幾天的辛苦工作,終于初步把所需要的程序編好了,于是就用 Keil uversion5 進(jìn)行仿真,在仿真期間也發(fā)現(xiàn)了許多錯(cuò)誤,基本上都是平日容易
35、犯的錯(cuò)誤,比如忘記了子程序標(biāo)號(hào)、死循環(huán)程序、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)的漏寫等。經(jīng)過反復(fù)的編譯差錯(cuò),仿真編譯通過后,Keil 生成的 Hex 文件.然后將 Hex 文件導(dǎo)入仿真軟件進(jìn)行仿真,發(fā)現(xiàn)軟件與硬件不能夠?qū)?yīng)協(xié)調(diào)工作,于是分別對(duì)軟件和硬件進(jìn)行檢查,經(jīng)過反復(fù)的仿真調(diào)試,并且在郭老師和同學(xué)的熱心幫助和自己對(duì)每個(gè)子程序進(jìn)行仿真觀察下,終于在設(shè)計(jì)快結(jié)束時(shí)成功的調(diào)試出結(jié)果了。這就是我的課程設(shè)計(jì)的經(jīng)過,看似簡(jiǎn)單,過程卻曲折艱辛。通過這次單片機(jī)課程設(shè)計(jì),我進(jìn)一步加深了對(duì)單片機(jī)的了解。并進(jìn)一步熟練了對(duì)Keil軟件的操作。在編寫程序的過程中,遇到了很多問題,使我發(fā)現(xiàn)自己以前學(xué)習(xí)上存在的不足,對(duì)以前所學(xué)過的知識(shí)理解得不夠深刻
36、,掌握得不夠牢固,對(duì)C語言掌握得不夠好。通過與同學(xué)探討和請(qǐng)教老師,終于把問題都解決了,并加深了對(duì)計(jì)算器工作的原理的了解。做單片機(jī)課程設(shè)計(jì)時(shí),先查閱相關(guān)知識(shí),把原理吃透,確定一個(gè)大的設(shè)計(jì)方向,在按照這個(gè)方向分模塊的把要實(shí)現(xiàn)的功能用流程圖的形式展示。學(xué)會(huì)了怎么樣去制定計(jì)劃,怎么樣去實(shí)現(xiàn)這個(gè)計(jì)劃,并掌握了在執(zhí)行過程中怎么樣去克服心理上的不良情緒??傊ㄟ^這次課程的設(shè)計(jì),進(jìn)一步了解了單片機(jī)的應(yīng)用及原理,收獲很大,對(duì)軟件編程、排錯(cuò)調(diào)試、查閱資料等方面得到較全面的鍛煉和提高。本科生課程設(shè)計(jì)(論文)16參考文獻(xiàn)1 樓然苗,李光飛.單片機(jī)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2012. 2 梅麗鳳,
37、王艷秋.單片機(jī)原理及接口技術(shù)M.北京:清華大學(xué)出版社,2015.3 顏暉.C 語言程序設(shè)計(jì)M.北京:高等教育出版社,2012.4 徐昆良,基于 AT89C52 單片機(jī)的簡(jiǎn)易計(jì)算器設(shè)計(jì)與仿真J.電腦知識(shí)與技術(shù).2015,24(16):14-20.5 槽瑞,徐森.基于單片機(jī)的計(jì)算器的設(shè)計(jì)J.科技視界.2012,12(4):121-121. 6 宋慧超.簡(jiǎn)易計(jì)算器的設(shè)計(jì)與仿真J.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào).2015,23(29):7-9.7 吳洋.基于單片機(jī)的建議計(jì)算器的設(shè)計(jì)J.電子世界.2016,34(8):56-56.8 李峽.基于單片機(jī)控制的簡(jiǎn)易計(jì)算器J.電子產(chǎn)品世界.2012,39(9):10-11.9
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39、4-16.本科生課程設(shè)計(jì)(論文)17附錄 I 總體電路圖P101P112P123P134P145P156P167P178RESET9P30/RXD10P31/TXD11P32/INT012P33/INT113P34/T014P35/T115P36/WR16P37/RD17XTAL218XTAL119GND20P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE30EA31P0732P0633P0534P0435P0336P0237P0138P0039VCC40U1STC89C5212X112MC230pFC330pF123456789R1103C1
40、10uFR310KJ1DC5.5123456SW1R2103VSS1VCC2VO3RS4RW5EN6D07D18D29D310D411D512D613D714A15K16LCD 1602LCD11602K1K2K3K4K5K6K7K8K9K10K11K12K13K14K15K16本科生課程設(shè)計(jì)(論文)18附錄 II #include / 包含 51 單片機(jī)相關(guān)的頭文件#define uchar unsigned char/ 以后 unsigned char 就可以用 uchar 代替#define uint unsigned int/ 以后 unsigned int 就可以用 uint 代替#
41、define ulong unsigned long/ 以后 unsigned ulong 就可以用 ulong 代替sbit LcdRs_P = P27; / 1602 液晶的 RS 管腳 sbit LcdRw_P = P26; / 1602 液晶的 RW 管腳 sbit LcdEn_P = P25; / 1602 液晶的 EN 管腳uint num1;/ 運(yùn)算數(shù) 1uint num2; / 運(yùn)算數(shù) 2ulong num3; / 計(jì)算結(jié)果uchar cal; / 運(yùn)算符號(hào),1 加,2 減,3 乘,4 除uchar num1_flag;/ 運(yùn)算數(shù) 1 的輸入標(biāo)志uchar num2_flag;
42、/ 運(yùn)算數(shù) 2 的輸入標(biāo)志void DelayMs(uint time)uint i,j;for(i=0;itime;i+)for(j=0;j112;j+);/ 1602 液晶寫命令函數(shù),cmd 就是要寫入的命令void LcdWriteCmd(uchar cmd) LcdRs_P = 0; LcdRw_P = 0; LcdEn_P = 0; P0=cmd;DelayMs(2); LcdEn_P = 1; DelayMs(2); LcdEn_P = 0; / 1602 液晶寫數(shù)據(jù)函數(shù),dat 就是要寫入的命令void LcdWriteData(uchar dat) LcdRs_P = 1; L
43、cdRw_P = 0; LcdEn_P = 0; P0=dat;本科生課程設(shè)計(jì)(論文)19DelayMs(2); LcdEn_P = 1; DelayMs(2); LcdEn_P = 0; / 1602 液晶初始化函數(shù)void LcdInit() LcdWriteCmd(0 x38); / 16*2 顯示,5*7 點(diǎn)陣,8 位數(shù)據(jù)口 LcdWriteCmd(0 x0C); / 開顯示,不顯示光標(biāo) LcdWriteCmd(0 x06); / 地址加 1,當(dāng)寫入數(shù)據(jù)后光標(biāo)右移 LcdWriteCmd(0 x01); / 清屏 / 液晶光標(biāo)定位函數(shù)void LcdGotoXY(uchar line,
44、uchar column)/ 第一行 if(line=0) LcdWriteCmd(0 x80+column); / 第二行 if(line=1) LcdWriteCmd(0 x80+0 x40+column); / 液晶輸出字符串函數(shù)void LcdPrintStr(uchar *str) while(*str!=0) LcdWriteData(*str+);/ 液晶輸出數(shù)字void LcdPrintNum(uchar num)LcdWriteData(num+0 x30); / 矩陣鍵盤掃描程序,按鍵對(duì)應(yīng)的返回值如下所示:/ | 第 1 列 第 2 列 第 3 列 第 4 列 |/ |第
45、1 行 1 2 310 |/ |第 2 行 4 5 6 11 |/ |第 3 行 7 8 9 12 |/ |第 4 行 13 0 14 15 |/ -/ 如果掃描不到有按鍵按下,則返回 99 char KeyScanf() uchar ret=99; uchar temp;/*第一行按鍵的判斷*/ P1=0 xfe;/ 讓 P10 口為低電平本科生課程設(shè)計(jì)(論文)20 temp=P1&0 xf0;/ 變量 temp 保存 P1 口高 4 位的電平狀態(tài) switch(temp)/ 根據(jù) temp 變量的值,判斷不同的按鍵case 0 x70: ret=1; break;/ 第一個(gè)按鍵被按下cas
46、e 0 xb0: ret=2; break;/ 第二個(gè)按鍵被按下case 0 xd0: ret=3; break;/ 第三個(gè)按鍵被按下case 0 xe0: ret=10; break; / 第四個(gè)按鍵被按下/*第二行按鍵的判斷*/ P1=0 xfd;/ 讓 P11 口為低電平 temp=P1&0 xf0;/ 變量 temp 保存 P1 口高 4 位的電平狀態(tài) switch(temp)/ 根據(jù) temp 變量的值,判斷不同的按鍵case 0 x70: ret=4; break;/ 第一個(gè)按鍵被按下case 0 xb0: ret=5; break;/ 第二個(gè)按鍵被按下case 0 xd0: re
47、t=6; break;/ 第三個(gè)按鍵被按下case 0 xe0: ret=11; break; / 第四個(gè)按鍵被按下/*第三行按鍵的判斷*/ P1=0 xfb;/ 讓 P12 口為低電平 temp=P1&0 xf0;/ 變量 temp 保存 P1 口高 4 位的電平狀態(tài) switch(temp)/ 根據(jù) temp 變量的值,判斷不同的按鍵case 0 x70: ret=7; break;/ 第一個(gè)按鍵被按下case 0 xb0: ret=8; break;/ 第二個(gè)按鍵被按下case 0 xd0: ret=9; break;/ 第三個(gè)按鍵被按下case 0 xe0: ret=12; break
48、; / 第四個(gè)按鍵被按下/*第四行按鍵的判斷*/ P1=0 xf7;/ 讓 P13 口為低電平 temp=P1&0 xf0;/ 變量 temp 保存 P1 口高 4 位的電平狀態(tài) switch(temp)/ 根據(jù) temp 變量的值,判斷不同的按鍵case 0 x70: ret=13; break;/ 第一個(gè)按鍵被按下case 0 xb0: ret=0; break;/ 第二個(gè)按鍵被按下case 0 xd0: ret=14; break;/ 第三個(gè)按鍵被按下case 0 xe0: ret=15; break; / 第四個(gè)按鍵被按下本科生課程設(shè)計(jì)(論文)21return ret; / 返回按鍵的掃描結(jié)果/ 主函數(shù)void main() uchar ret; uchar i; LcdInit();while(1) LcdWriteCmd(0 x01); / 清除屏幕顯示LcdWriteCmd(0 x0f); / 開啟光標(biāo)閃爍num1=0; / 運(yùn)算數(shù) 1 清零num2=0;/ 運(yùn)算數(shù) 2 清零num3=0;
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