單片機原理與應(yīng)用課程設(shè)計說明書(共30頁)

1、PAGE 91單片機原理(yunl)及應(yīng)用課程(kchng)設(shè)計(shj)簡單計算器設(shè)計The Design of Simple Calculator院 系： 機電汽車工程學(xué)院 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)老師： 2014年6月30日PAGE IPAGE 36目 錄第一章 緒論(xln)1 TOC o 2-2 h z t 標題(biot) 1,1,標題 3,3 HYPERLINK l _Toc391193033 第二章方案(fng n)論證2 HYPERLINK l _Toc391193034 2.1芯片2 HYPERLINK l _Toc391193036 2.1

2、.1方案構(gòu)思2 HYPERLINK l _Toc391193035 2.2輸入模塊2 HYPERLINK l _Toc391193036 2.2.1方案構(gòu)思2 HYPERLINK l _Toc391193037 2.2.2方案比較與選擇3 HYPERLINK l _Toc391193038 2.3顯示模塊4 HYPERLINK l _Toc391193039 2.3.1方案構(gòu)思4 HYPERLINK l _Toc391193040 2.3.2方案比較與選擇5 HYPERLINK l _Toc391193044 第三章計算器硬件設(shè)計5 HYPERLINK l _Toc391193045 3.1系

3、統(tǒng)組成及硬件框圖5 HYPERLINK l _Toc391193048 3.2元器件簡介5 HYPERLINK l _Toc391193049 3.2.1STC89C52特點5 HYPERLINK l _Toc391193050 3.2.2LCD1602液晶顯示屏11 HYPERLINK l _Toc391193056 第四章計算器設(shè)計原理分析13 HYPERLINK l _Toc391193057 4.1設(shè)計方案的確定 13 HYPERLINK l _Toc391193058 4.2計算器硬件方案及硬件資源分配14 HYPERLINK l _Toc391193059 4.2.1硬件資源分配1

4、4 HYPERLINK l _Toc391193060 4.2.2系統(tǒng)的硬件設(shè)計14 HYPERLINK l _Toc391193065 4.2.3鍵盤電路的設(shè)計15 HYPERLINK l _Toc391193065 4.2.4顯示電路的設(shè)計16 HYPERLINK l _Toc391193069 第五章計算器軟件設(shè)計17 HYPERLINK l _Toc391193070 4.1計算器的軟件(run jin)規(guī)劃17 HYPERLINK l _Toc391193073 4.2主模塊(m kui)的程序設(shè)計17 HYPERLINK l _Toc391193074 4.3顯示(xinsh)模塊

5、的程序設(shè)計18 HYPERLINK l _Toc391193073 4.2鍵盤模塊的程序設(shè)計19 HYPERLINK l _Toc391193083 參考文獻20 HYPERLINK l _Toc391193083 結(jié)束語21附錄一 電路原理圖 HYPERLINK l _Toc391193083 22附錄二 軟件程序 HYPERLINK l _Toc391193083 23附錄三 元件清單 HYPERLINK l _Toc391193083 28緒論(xln)隨著社會的發(fā)展，科學(xué)的進步，人們(rn men)的生活水平在逐步地提高，尤其是微電子技術(shù)的發(fā)展猶如雨后春筍般的變化。電子產(chǎn)品的更新速度快

6、就不足驚奇了。計算器在人們的日常中是比較常見的電子產(chǎn)品之一，如何使計算器技術(shù)更加的成熟，充分利用已有的軟件和硬件條件，設(shè)計出更出色的計算器，使其更好地為各個行業(yè)服務(wù)，成了如今電子領(lǐng)域重要的研究課題?，F(xiàn)如今，人們的日常生活中已經(jīng)(y jing)離不開計算器了，社會的各個角落都有它的身影，比如商店、辦公室、學(xué)校因此設(shè)計一款簡單實用的計算器會有很大的實際意義。本設(shè)計旨在進一步掌握單片機理論知識，理解嵌入式單片機系統(tǒng)的硬軟件設(shè)計，加強對實際應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的能力。通過本設(shè)計的學(xué)習(xí)，使我掌握單片機程序設(shè)計和微機接口應(yīng)用的基本方法，并能綜合運用本科階段所學(xué)軟、硬件知識分析實際問題，提高解決畢業(yè)設(shè)計實際問題的能

7、力，為單片機應(yīng)用和開發(fā)打下良好的基礎(chǔ)。對字符液晶顯示模塊的工作原理，如初始化、清屏、顯示、調(diào)用及外特性有較清楚的認識，并會使用LCD（液晶顯示模塊）實現(xiàn)計算結(jié)果的顯示；掌握液晶顯示模塊的驅(qū)動和編程，設(shè)計LCD和單片機的接口電路，以及利用單片機對液晶顯示模塊的驅(qū)動和操作；在充分分析內(nèi)部邏輯的概念，進行軟件和調(diào)試，學(xué)會使用，并能夠以其為平臺設(shè)計出具有四則運算能力簡易計算器的硬件電路和軟件程序。本文結(jié)構(gòu)概述本文主要從方案論證，計算器硬件設(shè)計，計算器設(shè)計原理分析以及計算器軟件設(shè)計進行了概述。方案(fng n)論證芯片(xn pin)方案(fng n)構(gòu)思本設(shè)計中的芯片可以采用STC89C52處理器，配

8、備相應(yīng)的外設(shè)。 單片機是單片微型機的簡稱，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)部包含有計算機的基本功能部件：中央處理器CPU，存儲器和I/O接口電路等。因此，單片機只要和適當?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個單片機控制系統(tǒng)。單片機廣泛應(yīng)用于智能產(chǎn)品，智能儀表，測控技術(shù)，智能接口等，具有操作簡單、實用方便、價格便宜等優(yōu)點。而其中STC89C52RC是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能COMOS8的微處理器

9、。該器件與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容；且是單片機中最典型的代表，應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 從設(shè)計的實用性、方便性和成本等諸多方面考慮，最終選擇了以STC89C52RC單片機作為中央處理單元進行計算器的設(shè)計，這樣設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)對六位整數(shù)、兩位小數(shù)的加、減、乘、除的四則運算。輸入模塊方案構(gòu)思1、方案一：采用獨立式按鍵作為輸入模塊獨立式按鍵輸入模塊，其特點是：直接用I/O口構(gòu)成單個按鍵電路，接口電路配置靈活、按鍵識別和軟件結(jié)構(gòu)簡單；但是當鍵數(shù)較多時，占用I/O口較多，比較浪費資源。其原理圖如圖1-2-1所示。 圖 2-2-1 獨立的功能按鍵2、方案二：采用矩陣式鍵盤作為輸入模塊矩陣式按鍵

10、輸入模塊，其特點是：電路和軟件稍復(fù)雜，但相比之下，當鍵數(shù)越多時，越節(jié)約I/O口，比較節(jié)省資源。其原理圖如圖1-2-2所示。 圖 2-2-2 矩陣(j zhn)鍵盤輸入方案(fng n)比較與選擇本設(shè)計(shj)中的輸入模塊使用的是矩陣鍵盤輸入。鍵盤輸入預(yù)置用于計算，按鍵較多。若是采用獨立按鍵，需頻繁按鍵，為軟件設(shè)計增加負擔，且操作界面不友好；若是采用矩陣式按鍵，可以方便地輸入一個數(shù)值，使操作界面更具有人性化，且節(jié)約了寶貴的I/O口資源。通過對比，故采用方案二作為系統(tǒng)輸入模塊。顯示模塊方案構(gòu)思1、方案一：采用LED數(shù)碼管靜態(tài)顯示采用LED數(shù)碼管的靜態(tài)顯示，其特點是：其亮度較高；這種顯示方式接口，

11、編程容易且管理簡單；不足的是，占用的I/O的線資源較多。如果采用單片機或CPLD/FPGA來控制的話，勢必存在浪費I/O口資源的問題。如圖1-3-1所示。圖 2-3-1 4位數(shù)碼管靜態(tài)(jngti)顯示2、方案(fng n)二：采用LED數(shù)碼管動態(tài)顯示采用LED數(shù)碼管的動態(tài)顯示，其特點(tdin)是：其亮度比靜態(tài)顯示的亮度要差一些；但其電路比較簡單，適合于顯示位數(shù)較多的情況。如圖1-3-2所示。圖 2-3-2 4位數(shù)碼管的動態(tài)顯示3、方案三：采用LCD1602液晶顯示采用LCD1602液晶顯示，其特點是：可以調(diào)節(jié)其背光亮度，這種顯示方式接口，編程雖然有些麻煩，但管理較方便，占用的I/O口資源線

12、也不多。方案比較與選擇本設(shè)計中的顯示模塊使用的是LCD1602液晶顯示。在計算器運算中，需顯示的數(shù)字、符號較多，按很據(jù)個方面的特點，而后可以發(fā)現(xiàn)LCD液晶顯示，雖然在價格上的確是稍貴于LED數(shù)碼管；但數(shù)碼管在硬件設(shè)計電路中，會因線太多、線路復(fù)雜而過于繁瑣，則舍棄LED數(shù)碼管，選擇LCD液晶顯示。通過對比，故采用方案三作為系統(tǒng)顯示模塊。計算器硬件(yn jin)設(shè)計系統(tǒng)組成及硬件(yn jin)框圖顯示模塊單片機振蕩電路4*4鍵盤模塊 復(fù)位電路 圖3-1-1 系統(tǒng)組成及硬件(yn jin)框圖元器件簡介STC89C52特點1、主要性能：與MCS-51單片機產(chǎn)品兼容；8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash

13、存儲器；1000次擦寫周期；全靜態(tài)操作：0Hz-33Hz；三級加密程序存儲器；32個可編程I/O口線、三個16位定時器/計數(shù)器、8個中斷源；全雙工UART串行通信；低功耗空閑和掉電模式，掉電后中斷可喚醒；看門狗定時器；雙數(shù)據(jù)指針；掉電標識符。2、STC89C52的功能特性概述STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。使用高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在線系統(tǒng)可編程Flash，使得(sh de)STC89C5

14、2為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。STC89C52具有(jyu)以下標準功能：8K字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門口定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，STC89C52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位(f wi)為止。8位微控制器，8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash。同時，該芯片還具有PDI

15、P、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。3、STC89C52RC的引腳功能單片機STC89C52RC為40引腳芯片，見圖3-2-1。圖 3-2-1 STC89C52RC引腳圖口線：P0、P1、P2、P3共四個八位口。P0口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0不具有內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。P1口：P1口是一個具有

16、內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P1端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用；作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在Flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。此外，P1.0和P1.1分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入(shr)（P1.0/T2）和定時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX）。P2口：P2口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出(shch)緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P2端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(c sh)可以作為輸入口使用；作

17、為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX DPTR）時，P2口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（例如MOVX RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在Flash編程和校驗時，P2口也接收高八位地址字節(jié)和一些控制信號。P3口：P3口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P3端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用；作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將

18、輸出電流（IIL）。P3口亦作為STC89C52特殊功能（第二功能）使用，如表3-2-1所示。在Flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。端口引腳第二功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2INT0（外部中斷0）P3.3INT1（外部中斷1）P3.4T0（定時/計數(shù)器0）P3.5T1（定時/計數(shù)器1）P3.6WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）表 3-2-1 STC89C52的P3口第二功能（2）其他引腳說明：RST：復(fù)位輸入。晶振工作時，RST腳持續(xù)2個機器周期高電平將使單片機復(fù)位。看門狗計時完成后，RST腳輸出96個晶振周期的

19、高電平。特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRT0位可以使此功能無效。DISRT0默認狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。ALE/PROG：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于所存地址的低八位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對Flash存儲器編程期間(qjin)，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只要一條MOVX和MOVC指令才能將AL

20、E激活。此外，該引腳會被拉高，單片機執(zhí)行外部程序(chngx)時，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無效。PSEN：程序存儲允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當STC89C52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN有效(yuxio)，即輸出兩個脈沖；在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次PSEN信號。EA/VPP：外部訪問允許，欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000HFFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意是：如果加密LB1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令。XTAL1：反向振蕩放大器

21、的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 圖3-2-2 晶振外接結(jié)構(gòu)引腳圖XTAL1是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端，XTAL2則是輸出端，使用外部振蕩器時，外部振蕩信號應(yīng)直接加到XTAL1，而XTAL2懸空。內(nèi)部方式時，時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻，如晶振為1MHz，時鐘頻率就為6MHz。晶振的頻率可以在1MHz24MHz內(nèi)選擇，在本設(shè)計電路中選用了12MHz。電容取20PF左右。機器周期=12*時間周期，如12MHz的機器周期為1微秒。(3)控制或復(fù)位引腳RESET此腳為高電平時（約2個機器周期）可將單片機復(fù)位。RST/VPD：當出現(xiàn)兩個機器周期高電平時，單片機復(fù)位。

22、復(fù)位后，P0P3輸出高電平；SP寄存器為07H；其它寄存器全部清零；不影響RAM狀態(tài)，如圖3-2-3所示。 圖 3-2-3 復(fù)位(f wi)電路4、單片機的現(xiàn)狀及發(fā)展(fzhn)方向單片機是為了(wi le)工業(yè)控制需要滿足而誕生的，是自動控制系統(tǒng)的核心部件，因而也主要用于工業(yè)控制、智能化儀器儀表、家用電器中。它具有體積小、功能多、價格低、使用方便、系統(tǒng)設(shè)計靈活等優(yōu)點。應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，除了工業(yè)控制、智能化儀表、通訊、家用電器外，在智能化高檔電子玩具產(chǎn)品中也大量采用單片機芯片作為核心控制部件。由于單片機主要面向工業(yè)控制，工作環(huán)境比較惡劣，入高溫，強電磁干擾，甚至含有腐蝕性氣體；在太空中工作的單

23、片機控制系統(tǒng)，還必須具有抗輻射能力，這決定了單片機CPU于通用微機CPU具有不同的技術(shù)特征和發(fā)展方向：可靠性高；控制功能往往很強；指令系統(tǒng)比通用微處理器慢得多；X系列芯片取代；抗干擾性強，工作溫度范圍寬。LCD1602液晶顯示屏1、液晶顯示原理液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動、易于實現(xiàn)全彩色顯示的特點，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在便攜式計算機、數(shù)字攝像機、PDA移動通信工具等眾多領(lǐng)域。2、LCD1602的應(yīng)用簡介LCD1602液晶顯示器采用HD44780及其兼容芯片作為點陣式LCD的控

24、制器驅(qū)動器，還采用HD44100進行LCD的時分割驅(qū)動。HD44780的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括顯示數(shù)據(jù)RAM（DDRAM）、字符發(fā)生器ROM（CGROM）、字符發(fā)生器RAM（CGRAM）、指令寄存器IR、數(shù)據(jù)寄存器DR、地址計數(shù)器AC（Address Counter）和忙標志BF（Busy Flag）等邏輯電路。1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，豐富的指令可以完成液晶的時序控制、工作方式設(shè)置(shzh)和數(shù)據(jù)顯示等。采用(ciyng)的LCD1602液晶模塊是標準16針插座，接口電路如圖3-2-4所示，及各引腳說明如表3-2-2所示。圖3-2-4 LCD1602的引腳接口(ji ku)

25、電路圖 表 3-2-2 LCD1602的引腳說明(shumng)3、其他(qt)方面簡介DDRAM用來暫存顯示字符的代碼(di m)，共80個字節(jié)，DDRAM的各個單元對應(yīng)著顯示屏上的各個字符位，如圖3-2-5所示。因此，DDRAM的地址也就意味著顯示字符的地址，顯示字符時首先要向LCD送顯示字符地址。LCD 16字*2行000102030405060708090A0B0C0D0E0F10.27404142434445464748495A5B5C5D5E5F50.67圖 3-2-5 DDRAM單元(dnyun)地址與顯示屏字符位的對應(yīng)關(guān)系4、LCD1602的主要(zhyo)技術(shù)參數(shù)：（1）顯示

26、(xinsh)容量為16*2個字符；（2）芯片工作電壓為4.5V-5.5V；（3）工作電流為2.0mA（5.0V）；（4）模塊最佳工作電壓為5.0V；（5）字符尺寸為2.95*4.35（W*H）mm。5、LCD的特點：（1）低壓微功耗；（2）平板型結(jié)構(gòu)；（3）被動顯示型（無眩光，不刺激人眼，不會引起眼睛疲勞）；（4）顯示信息量大（因為像素可以做得很?。?；（5）易于彩色化（在色譜上可以非常準確的復(fù)現(xiàn)）；（6）無電磁輻射（對人體安全，利于信息保密）；（7）長壽命（這種器件幾乎沒有什么劣化問題，因此壽命極長，但是液晶背光壽命 有限，不過背光部分可以更換）。計算器設(shè)計原理分析設(shè)計方案的確定 LISTN

27、UM chapter3 本設(shè)計需要使用LCD液晶顯示屏和編碼鍵盤。故選擇靜態(tài)顯示和用4*4的按鍵鍵盤，使用LCD1602液晶顯示屏來顯示運算過程和運算結(jié)果。主程序進行初始化，其他的程序選擇模塊式的方式。首先對每個模塊進行調(diào)試，當模塊調(diào)試成功后，逐一地加入主程序中，最后完成整個軟件部分的設(shè)計。計算器硬件方案(fng n)及硬件資源分配4.2.1 硬件資源分配(fnpi)主要用到的硬件(yn jin)：單片機STC89C52 RC、液晶顯示屏LCD1602 、4*4按鍵鍵盤硬件分配：P1口：作為輸入口，與鍵盤連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入；P0、P2口：作為輸出口（P2口為高位，P0口為低位），控制LCD液

28、晶顯示屏顯示數(shù)據(jù)的結(jié)果；3、液晶顯示屏LCD1602顯示輸出。4.2.2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計為了更好地實現(xiàn)系統(tǒng)的功能，硬件電路的設(shè)計應(yīng)該遵循以下原則：1、優(yōu)化硬件電路采用軟件設(shè)計與硬件設(shè)計相結(jié)合的方法。盡管采用軟件來實現(xiàn)硬件系統(tǒng)的功能時，也許響應(yīng)的時間會比單純使用硬件時長，而且還要占用微處理器（MCU）的時間；但是，用軟件實現(xiàn)硬件的功能可以簡化硬件結(jié)構(gòu)，提高電路的可靠性。所以，在設(shè)計本系統(tǒng)的時候，在滿足可靠性和實時性的前提下，盡可能地通過軟件來實現(xiàn)硬件功能。2、可靠性及抗干擾設(shè)計根據(jù)可靠性設(shè)計理論，系統(tǒng)所用芯片數(shù)量越少，系統(tǒng)的平均無故障時間越長。而且，所用芯片數(shù)量越少，地址和數(shù)據(jù)總線在電路板上受干

29、擾的可能性也就越小。因此，系統(tǒng)的設(shè)計思想是在滿足功能的情況下爭取較少數(shù)量的芯片。3、靈活的功能擴展功能擴展是否靈活是衡量一個系統(tǒng)優(yōu)劣的重要指標。一次設(shè)計往往不能完全考慮到系統(tǒng)的各個方面，系統(tǒng)需要不斷完善以及進行功能升級。進行功能擴展時，應(yīng)該在原有設(shè)計的基礎(chǔ)上，通過修改軟件程序和少量硬件完成。對于本系統(tǒng)而言，就是要求在系統(tǒng)硬件不變的情況下，能夠通過修改軟件程序，完成功能的升級和擴展。根據(jù)提出的系統(tǒng)設(shè)計方案，結(jié)合以上三條原則，確定了系統(tǒng)硬件的設(shè)計。計算器主要由以下一些功能模塊組成：非編碼鍵盤模塊、運算模塊（單片機內(nèi)部）、LCD液晶顯示模塊等。該系統(tǒng)的硬件設(shè)計采用了模塊化的設(shè)計方法(fngf)。ST

30、C89C52RC單片機與LCD液晶顯示屏顯示電路是整個電路的核心，它們能實現(xiàn)系統(tǒng)的功能要求。簡易計算器主要包括：鍵盤(jinpn)電路、運算電路、輸出顯示電路。總體(zngt)硬件結(jié)構(gòu)電路圖可見附錄一。前面說明了該系統(tǒng)的設(shè)計，系統(tǒng)采用了比較簡單的設(shè)計方案，所以該系統(tǒng)的硬件設(shè)計的總外圍電路不會產(chǎn)生過多的干擾。下面對系統(tǒng)的外圍電路分別作了說明。鍵盤部分采用4*4按鍵鍵盤，顯示部分采用LCD液晶顯示屏完全能夠很好地實現(xiàn)顯示方面的要求。4.2.3 鍵盤電路的設(shè)計鍵盤可分為兩類：編碼鍵盤和非編碼鍵盤。編碼鍵盤是較多按鍵（20個以上）和專用驅(qū)動芯片的組合；當按下某個按鍵時，它能夠處理按鍵抖動、連擊等問題，

31、直接輸出按鍵的編碼，無需系統(tǒng)軟件干預(yù)。通用計算機使用的鍵盤就是編碼鍵盤。在智能儀器中，使用并行接口芯片8279或串行接口HD7279均可以組成編碼鍵盤，同時還可以兼顧數(shù)碼管的顯示驅(qū)動，其相關(guān)的接口電路和接口軟件均可在芯片資料中得到。當系統(tǒng)功能比較復(fù)雜，按鍵數(shù)量很多時，采用編碼鍵盤可以簡化軟件設(shè)計。非編碼鍵盤成本低廉。從成本角度出發(fā)，本設(shè)計選用的是非編碼鍵盤。如圖4-2-1所示。圖 4-2-1 鍵盤電路4.2.4顯示電路的設(shè)計當系統(tǒng)需要顯示少量數(shù)據(jù)時，采用LCD液晶顯示屏進行顯示是一種經(jīng)濟實用的方法。P0口作為液晶顯示的數(shù)據(jù)端口，P2.5-P2.7口作為其控制端口，控制LCD液晶顯示屏顯示輸出數(shù)

32、據(jù)。最終顯示電路如圖4-2-2所示。圖3-2-2 LCD液晶(yjng)顯示屏顯示計算器軟件設(shè)計5.1 計算器的軟件(run jin)規(guī)劃 簡易計算器的程序主要包括(boku)以下功能模塊：讀鍵程序、判鍵程序段、運算操作子程序等部分；基于LCD液晶顯示屏的顯示模塊；主模塊，為系統(tǒng)的初始化。5.2 主模塊的程序設(shè)計主程序主要用來對LCD液晶顯示屏進行初始化的。在考慮主程序編寫之前，先應(yīng)對計算器的運作流程有一個大致的了解，之后依次為依據(jù)畫出大致的流程圖（如圖5-2-1），以便于編寫其主模塊的程序，這樣看來，會比較清晰、更加方便。圖 5-2-1 主程序框圖在主程序中的確不用中斷服務(wù)，它其實也屬于一個

33、子程序，是與鍵盤程序有關(guān)(yugun)，之后會加以說明。既然是計算器，只要反復(fù)地進行四則運算(s z yn sun)，其過程與結(jié)果并在液晶顯示屏上顯示出來。在的程序(chngx)中“write_cmd(0 x80);”，被賦值為“0 x80”，則是根據(jù)圖 3-2-6 DDRAM單元地址與顯示屏字符位的對應(yīng)關(guān)系中便能找到，第一行第一個單元的值為80H，則第二行第一個單元的值就為80H+40H，即得出“write_cmd(0 x80+0 x40);”。4.3 顯示模塊的程序設(shè)計顯示模塊程序首先要對顯示模塊進行初始化；然后控制光標的位置；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

34、顯示、歸位、開顯示、顯示位置的首地址等等。顯示模塊的流程圖如圖5-3-1所示圖 5-3-1 顯示(xinsh)程序框圖通過其顯示子程序，發(fā)現(xiàn)要顯示其最終結(jié)果，就必須先存放第一操作數(shù)、第二操作數(shù)，之后(zhhu)來判定使用四則運算中的哪一種運算，其后進行運算處理，最后便能在LCD液晶顯示屏上顯示其最終結(jié)果。4.4 鍵盤模塊(m kui)的程序設(shè)計鍵盤掃描子程序，首先讀出P1口的低四位，然后讀出P1口的高四位。然后鍵值并顯示緩存。而后，將鍵盤上的值轉(zhuǎn)換為ASCII碼，最后就可以用軟件來設(shè)置硬件按鍵各個鍵所代表的內(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，均進行兩次讀鍵。第一次所有行線

35、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）。系統(tǒng)中連接的是4*4行列式按鍵鍵盤，其中“0-9”為數(shù)字鍵；“+、-、*、/、=”為符號鍵；“ON/C”為功能鍵（清屏鍵），在程序中會加入一個記憶功能鍵，而與其搭配的硬件按鍵為符號鍵中的“=”，以為求方便。數(shù)字鍵按下則將相應(yīng)的數(shù)字送入數(shù)字緩沖區(qū)；符號鍵按下則將送入符號緩沖區(qū)；功能鍵按下則執(zhí)行相應(yīng)的程序；最終進行運算后，綜合結(jié)果將送入結(jié)果緩沖區(qū)，并在LCD液晶顯示(xinsh)屏上顯示出來。鍵盤模塊(m kui)程序也可相當于一個中斷服務(wù)子程序，如圖5-4-1所示。圖 5-4-1 中斷(zh

36、ngdun)服務(wù)程序框圖 參考文獻胡輝.單片機原理與應(yīng)用.北京：北京水利水電出版社，2007.張友德、趙金英、涂時亮.單片微型計算機原理、應(yīng)用與實驗(第四版)M.上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2003.LCD液晶顯示器./view/863070.htm LED與LCD顯示器的區(qū)別. HYPERLINK /view/57ea20eb172ded630b1cb62b.html /view/57ea20eb172ded630b1cb62b.html單片機的簡易計算器./p-33379291290.html彭傳良.電子計算器鍵盤與單片機的接口技術(shù)及其應(yīng)用J. 氣象水文海洋儀器 ，1999（02）：40-44.

37、張慶鋒.計算器LCD顯示屏與單片機的簡單接口J .電子技術(shù)應(yīng)用，1996（02）:23-25.結(jié)束語在本次課程設(shè)計中，我學(xué)到了很多很多知識，在這個過程中電路設(shè)計部分一共設(shè)計了超過四個電路，從中不斷設(shè)計不斷否定，最終確定了本電路圖。剛開始時采用4片8255a外擴引腳，但是后來考慮到各方面問題最終否定了；后來又設(shè)計了2個電路，但是考慮到相關(guān)問題又被否定。在硬件的制作過程中，我走了很多彎路。主要是在系統(tǒng)還沒有到設(shè)計完全的時候就開始很心急地買元器件及動手焊板子。后來發(fā)現(xiàn)與設(shè)計的要求還有偏差，而后反復(fù)地改了好幾次，浪費了大量的時間(shjin)和精力。板子按照自己的設(shè)計焊完之后，應(yīng)開始設(shè)計自己的軟件程序

38、了。一開始，本想用匯編語言來編程的，可是當編了一部分之后才發(fā)現(xiàn)，用匯編語言來編程的話，相當繁復(fù)(fnf)冗長；之后就想試著用C語言來編程。在圖書館查閱了一些相關(guān)資料后，就開始寫程序。在編寫程序的過程中，發(fā)現(xiàn)硬件居然出現(xiàn)了不少問題。所以，在編寫程序的過程中，也就完善了硬件的設(shè)計。編程時，已充分使用了結(jié)構(gòu)化的思想。這樣一來，因為(yn wi)語句較少，程序調(diào)試也比較方便，功能模塊可以逐一地調(diào)試，充分體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)化編程的優(yōu)勢。當每個模塊都完成時，將其功能加到一起就完成了整體的設(shè)計。電路板焊接是由我來完成的，在焊接過程中遇到了大量的問題，其中最大的體會是，仿真軟件中可以實現(xiàn)的在真實電路上不一定可以實現(xiàn)，

39、這是我最大的體會，焊接容易，若焊接后無法實現(xiàn)功能這才是最頭痛的事。在購買元件時，不一定每一個元件都是完好的，我買了一塊LCD1602，結(jié)果是壞的，查了好幾天才查出來。個人認為，本次設(shè)計結(jié)果并不重要，重要的是其中的過程。 附錄(fl)一 電路原理圖附錄(fl)二 軟件程序/*/*/#include /包含(bohn)頭文件#include /包含(bohn)庫文件#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#includeLCD_1602.h /包含液晶屏顯示文件#include /包含標準函數(shù)庫中的頭文件#include /標準庫頭文件/extern void key_scan(void);以下表示函數(shù)聲明extern void init();extern void LCD_dsp_string(unsigned char X,unsigned char Y,unsigned char *s);extern void LCD_dsp_char( unsigned x,unsigned char y,unsigned char dat);extern void write_com(unsigned char com);void ca