畢業(yè)設(shè)計（論文）-基于單片機的簡易計算器設(shè)計.doc

電 畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目： 基于單片機的簡易計算器 專業(yè)名稱： 電子信息工程技術(shù) 姓 名： 學(xué) 號： 班 級： 08級通信與信息技術(shù)班 指導(dǎo)教師： （2011屆）2010年 12月 30日 摘要摘要 近幾年單片機技術(shù)的發(fā)展很快，其中電子產(chǎn)品的更新速度迅猛。計算器是日常生活中比較的常見的電子產(chǎn)品之一。如何才能使計算器技術(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呢。本設(shè)計是以at89s52單片機為核心的計算器模擬系統(tǒng)設(shè)計，輸入采用46矩陣鍵盤，可以進行加、減、乘、除9位帶符號數(shù)字運算，并在lcd1602上顯示操作過程。科技的進步告別了以前復(fù)雜的模擬電路，一塊幾厘米平方的單片機可以省去很多繁瑣的電路?，F(xiàn)在應(yīng)用較廣泛的是科學(xué)計算器，與我們?nèi)粘Ｋ玫暮唵斡嬎闫饔休^大差別，除了能進行加減乘除，科學(xué)計算器還可以進行正數(shù)的四則運算和乘方、開方運算，具有指數(shù)、對數(shù)、三角函數(shù)、反三角函數(shù)及存儲等計算功能。計算器的未來是小型化和輕便化,現(xiàn)在市面上出現(xiàn)的使用太陽能電池的計算器,使用asic設(shè)計的計算器,如使用純軟件實現(xiàn)的計算器等，未來的智能化計算器將是我們的發(fā)展方向，更希望成為應(yīng)用廣泛的計算工具。關(guān)鍵詞 at89s52 lcd1602 計算器 矩陣鍵盤目錄第一章 前言11.1 系統(tǒng)開發(fā)背景11.2 系統(tǒng)開發(fā)意義11.3 設(shè)計目的1第二章 方案論證22.1 方案構(gòu)思22.2 方案比較與選擇2第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計及說明33.1系統(tǒng)組成及總體框圖33.2元件簡介33.2.1 at89s52特點33.2.2 74ls08簡要說明93.2.3 lcd1602液晶顯示屏12第四章 設(shè)計原理分析154.1 設(shè)計方案的確定154.2計算器硬件方案及硬件資源分配154.2.1 硬件資源分配154.2.2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計154.2.3 鍵盤電路的設(shè)計174.2.4 顯示電路的設(shè)計18第五章 計算器的軟件設(shè)計195.1計算器的軟件規(guī)劃195.2 鍵盤掃描的程序設(shè)計195.3 顯示模塊的程序設(shè)計195.4 主程序的設(shè)計205.5 軟件的可靠性設(shè)計20結(jié)束語22致謝23參考文獻24附錄25附錄一：硬件實物圖25附錄二：系統(tǒng)程序清單26第一章 前言1.1 系統(tǒng)開發(fā)背景隨著社會的發(fā)展，科學(xué)的進步，人們的生活水平在逐步的提高，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)品的更新速度快就不足驚奇了。計算器在人們的日常中是比較的常見的電子產(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，使其更好的為各個行業(yè)服務(wù)，成了如今電子領(lǐng)域重要的研究課題。1.2 系統(tǒng)開發(fā)意義今天，人們的日常生活中已經(jīng)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。1.3 設(shè)計目的本設(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)計實際問題的能力，為單片機應(yīng)用和開發(fā)打下良好的基礎(chǔ)。1、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模塊的驅(qū)動和操作； 2、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。第二章 方案論證2.1 方案構(gòu)思本設(shè)計可以采用兩種方案，一種是以fpga為核心處理芯片，配備相應(yīng)的外設(shè)；另外一種是以at89s52處理器，配備相應(yīng)的外設(shè)。1、方案一：采用fpga控制fpga是一種高密度的可編程邏輯器件,自從xilinx公司1985年推出第一片fpga以來,fpga的集成密度和性能提高很快,其集成密度最高達500萬門/片以上,系統(tǒng)性能可達200mhz。由于fpga器件集成度高,方便易用,開發(fā)和上市周期短,在數(shù)字設(shè)計和電子生產(chǎn)中得到迅速普及和應(yīng)用,并一度在高密度的可編程邏輯器件領(lǐng)域中獨占鰲頭。但是而基于 sram編程的fpga,其編程信息需存放在外部存儲器上 ,需外部存儲器芯片 ,且使用方法復(fù)雜 ,保密性差，而其對于一個簡單的計算器而言，實用fpga有點大材小用，成本太高。2、方案二：采用at89s52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(dāng)?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at89s52以mcs-51為內(nèi)核，是單片機中最典型的代表，應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。2.2 方案比較與選擇通過以上兩種方案論證和比較，從設(shè)計的實用性，方便性和成本出發(fā)，選擇了以at89s52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)對六位浮點數(shù)的加減和三位浮點數(shù)的乘除運算。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計及說明 3.1系統(tǒng)組成及總體框圖與門模塊lcd液晶顯示屏模塊電源模塊at89s52主控制模 塊編碼鍵盤模塊圖3.1 系統(tǒng)組成及總體框圖3.2元件簡介 3.2.1 at89s52特點圖3.2.1-1 單片機at89s521、主要性能： (1) 8031 cpu與mcs-51 兼容 8k字節(jié)可編程flash存儲器(壽命：1000寫/擦循環(huán)) 全靜態(tài)工作：0hz-33mhz 三級加密程序存儲器 128*8位內(nèi)部ram 32條可編程i/o線 三個16位定時器/計數(shù)器 八個中斷源 全雙工uart串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 掉電后中斷可喚醒 看門狗定時器 雙數(shù)據(jù)指針 掉電標(biāo)識符 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 (2) 管腳說明： vcc：供電電壓。 gnd：接地。2、at89s52的功能特性描述at89s52 是一種低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有 8k 在系統(tǒng)可編程flash 存儲器。使用atmel 公司高密度非 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 和在系統(tǒng) 可編程flash，使得at89s52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。at89s52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)flash，256字節(jié)ram， 32 位i/o 口線，看門狗定時器，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。此外， at89s52 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pdip、tqfp和plcc等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。3、at89s52引腳功能at89s52 單片機為40 引腳芯片見圖3.2.1-2。圖3.2.1-2 at89s52引腳圖（1）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(dāng)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）。 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（p1.0/t2）和定時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（p1.1/t2ex），具體如下表所示。 在flash編程和校驗時，p1口接收低8位地址字節(jié)。 引腳號第二功能： p1.0 t2（定時器/計數(shù)器t2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出 p1.1 t2ex（定時器/計數(shù)器t2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制） p1.5 mosi（在系統(tǒng)編程用） p1.6 miso（在系統(tǒng)編程用） p1.7 sck（在系統(tǒng)編程用）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（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8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，將輸出電流（iil）。 p3口亦作為at89s52特殊功能（第二功能）使用，如表3.2.1所示。 表3.2.1 p3口管腳 備選功能：端口引腳第二功能p3.0rxd（串行輸入口）p3.1txd（串行輸出口）p3.2/int0（外部中斷0）p3.3/int1（外部中斷1）p3.4t0（記時器0外部輸入）p3.5t1（記時器1外部輸入）p3.6/wr（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）p3.7/rd（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）在flash編程和校驗時，p3口也接收一些控制信號。 此外，p3口還接收一些用于flash閃存編程和程序校驗的控制信號。 （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 個晶振周期的高電平。特殊寄存器auxr(地址8eh)上的disrto位可以使此功能無效。disrto默認狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。 ale/prog當(dāng)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）輸出脈沖用于鎖存地址的低8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，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當(dāng)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，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，只有一條movx和movc指令才能將ale激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置ale禁止位無效。 psen程序儲存允許（psen）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)at89s52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，即輸出兩個脈沖，在此期間，當(dāng)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0000h-ffffh），ea端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位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。 flash存儲器編程時，該引腳加上+12v的編程允許電源vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12v編程電壓vpp。 xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 xtal2：來自反向振蕩器的輸出。 xtal1，xtal2接石英晶體振蕩器。如圖3.2.1-3所示外接晶體引腳圖。 c2 xtal2 懸空 xtal2 c1 xtal1 外部振蕩信號 xtal1 gnd gnd 接地 接地a內(nèi)部方式 b外部方式圖3.2.1-3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12mhz，時鐘頻率就為6mhz。晶振的頻率可以在1mhz-24mhz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(dāng)出現(xiàn)兩個機器周期高電平時，單片機復(fù)位。復(fù)位后，p0p3輸出高電平；sp寄存器為07h；其它寄存器全部清0；不影響ram狀態(tài)。如圖3.2.1-4所示。 圖3.2.1-4 按鍵電平復(fù)位 at89sxx系列單片機實現(xiàn)了isp下載功能，故而取代了89cxx系列的下載方式，也是因為這樣，atmel公司已經(jīng)停止生產(chǎn)89cxx系列的單片機，現(xiàn)在市面上的at89cxx多是停產(chǎn)前的庫存產(chǎn)品。 4、at89s52的編程方法 編程前，須按編程模式表設(shè)置好地址、數(shù)據(jù)及控制信號；順序如下： 在地址線上加上要編程單元的地址信號。 在數(shù)據(jù)線上加上要寫入的數(shù)據(jù)字節(jié)。 激活相應(yīng)的控制信號。 將ea/vpp端加上+12v編程電壓。 每對flash存儲陣列寫入一個字節(jié)或每寫入一個程序機密位，加上一個ale/prog編程脈沖。每個字節(jié)寫入周期是自身定時的，大多數(shù)約為50us。改變編程單元的地址和寫入的數(shù)據(jù)，重復(fù)步驟，直到全部文件編程結(jié)束。單片機的現(xiàn)狀及發(fā)展方向：單片機是為了工業(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：(1) 可靠性高；(2) 控制功能往往很強，數(shù)值計算交叉；(3) 指令系統(tǒng)比通用微處理器慢的多；(4) x系列芯片取代；(5) 抗干擾性強，工作溫度范圍寬。3.2.2 74ls08簡要說明74ls08為四組2輸入端與門（正邏輯），其主要電特性的典型值如下： 型號tplhtphlpd74ls088ns10ns17mw74ls08邏輯圖：圖3.2.2 74ls08邏輯圖引出端符號 1a4a 輸入端1b4b 輸入端 1y4y 輸出端 74ls08功能表：表3.2.2 74ls08功能表（y=ab）inputsoutputabyllhhlhlhlllh極限值：電源電壓 . 7v 輸入電壓. 7v ab 間電壓 . 5.5v 輸出截止態(tài)電壓. 7v工作環(huán)境溫度 070存儲溫度 . -65150 推薦工作條件：74ls08最小額定最大單位電源電壓vcc4.7555.25v輸入高電平電壓vih2v輸入低電平電 壓vil08v輸出高電平電流ioh-400a輸出低電平電 流iol8ma靜態(tài)特性（ta 為工作環(huán)境溫度范圍）：參 數(shù)測 試 條 件【1】最小最大單位v ik輸入嵌位電壓vcc=最小-1.5vvoh輸出高電平電壓vcc最小，vih2v, ioh最大2.7vvol輸出低電平電壓vcc= 最小，vil=最大,iol=最大0.5vii最大輸入電壓時輸入電流vcc最大0.1mai ih輸入高電平電流vcc最大20uai il輸入低電平電流vcc最大mai os輸出短路電流vcc最大-20-100maicch輸出高電平時電源電流vcc最大4.8maiccl輸出低電平時電源電流vcc最大8.8ma1: 測試條件中的“最小”和“最大”用推薦工作條件中的相應(yīng)值。動態(tài)特性(ta=25)：參 數(shù)測 試 條 件最大單位tplh輸出由低到高傳輸延遲時間vcc=5v,cl=15pf,rl=2k15nstphl輸出由高到低傳輸延遲時間20ns3.2.3 lcd1602液晶顯示屏1、應(yīng)用簡介模塊內(nèi)部自帶字符發(fā)生存儲器（cgrom）,字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“a”的代碼是（41h），顯示時模塊把代碼41h發(fā)給液晶模塊，我們就能在液晶上看到字母“a”。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、工作方式式設(shè)置和數(shù)據(jù)顯示等。采用的lcd1602液晶模塊是標(biāo)準(zhǔn)16針插座，接口電路如圖3.2.3所示：關(guān)于lcd1602的詳細資料見表3.2.3-1和表3.2.3-2。圖3.2.3 lcd接口電路表3.2.3-1 lcd1602引腳說明第1腳vss為地電源第2腳vdd接5v正電源第3腳v0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10k的電位器調(diào)整對比度。第4腳rs為寄存器選擇，高電平選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平選擇指令寄存器。第5腳rw為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當(dāng)rs和rw共同為低電平時 （00）可以寫入指令或者顯示地址；當(dāng)rs為低電平rw為高電平時（01）可以讀入忙信號；當(dāng)rs為高電平rw為低電平時（10）可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳e端為使能端，當(dāng)e端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳d0d7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第1516腳背光陽極和背光陰極。表3.2.3-2 lcd1602指令表指令1清顯示 指令碼01h, 光標(biāo)復(fù)位到地址00h位置；指令2光標(biāo)復(fù)位 指令碼02h, 光標(biāo)返回到地址00h位置 ；指令3光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 i/d位 光標(biāo)移動方向，高電平右移，低電平左移；s 位 屏幕上所有文字是否左移或者右移，高電平有效，低電平無效；指令4顯示開關(guān)控制 d 位 控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示；c 位 控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo)； b 位 控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍 ；指令5光標(biāo)或顯示移位s/c位 高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標(biāo)指令6功能命令設(shè)置dl位-高電平時為4位數(shù)據(jù)總線，低電平時為8位總線；n位低電平時為單行顯示，高電平時為雙行顯示；f位低電平時顯示5x7的點陣字符,高電平時為5x10的點陣字符；指令7字符發(fā)生器ram地址設(shè)置指令8ddram地址設(shè)置指令9讀忙信號和光標(biāo)地址bf位 為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)指令10寫數(shù)據(jù)指令11讀數(shù)據(jù)2 、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小)；（5）易于彩色化(在色譜上可以非常準(zhǔn)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)。第四章 設(shè)計原理分析4.1 設(shè)計方案的確定本設(shè)計需要使用lcd液晶顯示屏和編碼鍵盤。故選擇靜態(tài)顯示和用編碼鍵盤。使用lcd液晶顯示屏顯示運算結(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(dāng)模塊調(diào)試成功后，逐一的加入主程序中，最后完成整個軟件部分的設(shè)計。4.2計算器硬件方案及硬件資源分配4.2.1 硬件資源分配主要用到的硬件：at89s52 lcd液晶顯示屏 編碼鍵盤 硬件分配：1、p0、p3口：做為輸出口，控制lcd液晶顯示屏顯示數(shù)據(jù)的結(jié)果。2、p1口：做為輸入口，與鍵盤連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入。3、lcd液晶顯示屏顯示輸出。4.2.2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計為了更好的實現(xiàn)系統(tǒng)得功能，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)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)得時候，在滿足可靠性和實時性的前提下，盡可能的通過軟件來實現(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力爭使用較少數(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(biāo)。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)第提出的系統(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構(gòu)成：非編碼鍵盤模塊、lcd液晶顯示屏模塊等。該系統(tǒng)的硬件設(shè)計采用了模塊化的設(shè)計方法。at89s52 單片機與lcd液晶顯示屏顯示電路是整個電路的核心，它們實現(xiàn)系統(tǒng)的功能要求。簡易計算器主要包括：鍵盤電路，顯示電路。下圖為總體硬件結(jié)構(gòu)。（如圖4.2.2 所示為整個系統(tǒng)的原理圖）圖4.2.2 計算器原理圖前面敘述了該系統(tǒng)的設(shè)計說明，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。在下面的闡述中，對系統(tǒng)的外圍電路分別予以介紹。鍵盤部分采用編碼鍵盤，顯示部分采用lcd液晶顯示屏完全能夠很好的實現(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(dāng)按下某個按鍵時，它能夠處理按鍵抖動、連擊等問題，直接輸出按鍵的編碼，無需系統(tǒng)軟件干預(yù)。通用計算機使用的標(biāo)準(zhǔn)鍵盤就是編碼鍵盤。在智能儀器中，使用并行接口芯片8279或串行接口芯片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(dāng)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4.2.3圖4.2.3 編碼鍵盤電路4.2.4 顯示電路的設(shè)計當(dāng)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，p3.5-p3.7口作為其控制端口，控制lcd液晶顯示屏顯示輸出數(shù)據(jù)。最終電路如圖4.2.4所示： 圖4.2.4 lcd液晶顯示屏顯示第五章 計算器的軟件設(shè)計5.1計算器的軟件規(guī)劃簡易計算器的程序主要包括以下功能模塊： 1、定時查鍵模塊，分為讀鍵程序、判鍵程序段、運算操作子程序等部分； 2、基于lcd液晶顯示屏的顯示模塊； 3、主模塊，為系統(tǒng)的初始化。 5.2 鍵盤掃描的程序設(shè)計鍵盤掃描子程序，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碼然后就可以軟件來設(shè)置硬件按鍵各個鍵代表的內(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。 5.3 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(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。顯示模塊的流程圖如圖5.3所示：延時程序開始檢測led是否在忙掃描鍵盤y n加減乘除運算子程序液晶顯示結(jié)束圖5.3模塊的流程圖5.4 主程序的設(shè)計 主程序主要是用來對lcd液晶顯示屏進行初始化的。5.5 軟件的可靠性設(shè)計 提高本儀器其可靠性措施主要有： 1、為防止程序跑飛，軟件中設(shè)置了軟件陷阱。 2、為防止程序死循環(huán)，軟件中使用了看門狗技術(shù)。結(jié)束語在硬件的制作過程中我走了好多的彎路，主要是在系統(tǒng)還沒有設(shè)計很有把握就開始動手制作了。后來發(fā)現(xiàn)與設(shè)計的要求還有偏差，反復(fù)的改過了幾次，浪費了大量的時間和體力。感受到設(shè)計人員要有耐心，要認真的從要求開始研究。軟件的編寫過程中費了很大的力氣，因為軟件的編寫要求很高，要很細心，一不小心就會調(diào)用錯誤，很深刻的體會到作為軟件編程人員是絕不能粗心大意的。一個程序的完成的速度和質(zhì)量高低與細心與否有著很大聯(lián)系。編程時，我充分使用了結(jié)構(gòu)化的思想。這樣因為語句較少，程序調(diào)試比較方便，功能模塊可以逐一的調(diào)試，充分體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)化編程的優(yōu)勢。當(dāng)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。致謝本次畢業(yè)設(shè)計得到導(dǎo)師陳應(yīng)華老師的熱心指導(dǎo)，在這里對陳老師表示最衷心的感謝。陳老師平易近人，對學(xué)生的設(shè)計進度和學(xué)習(xí)很關(guān)心。在畢業(yè)設(shè)計的前期，首先給我們介紹了不少有用的資料和書籍；在硬件設(shè)計等方面給予悉心的指導(dǎo)；在調(diào)試的過程中陳老師給每個出現(xiàn)的問題給予及時的指導(dǎo)。在寫畢業(yè)設(shè)計論文的階段，陳老師讓我們提前給他評審，不論內(nèi)容字體，還是格式上的問題都一一指出。待人平和、工作認真、治學(xué)嚴(yán)謹他的給我留下很深刻的印象。更重要的是，他善于與學(xué)生溝通，不僅在畢業(yè)設(shè)計上給我及時的指導(dǎo)，更為我大學(xué)最后階段的學(xué)習(xí)提出了許多寶貴的意見。這一切都在潛移默化地影響著我，為我以后進入工作崗位樹立了良好的榜樣。同時還要感謝梁芳芳老師，她關(guān)心同學(xué)們的進程，了解同學(xué)們在撰寫過程中的麻煩，給我們提供很多幫助。最后向所有幫助和關(guān)心過我的人表示衷心感謝！參考文獻【1】張靖武,周靈杉.單片機系統(tǒng)的proteus設(shè)計與仿真m.北京：北京電子工業(yè)出版社【2】靳達.求是科技.單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)實例導(dǎo)航m.：人民郵電出版社,2006【3】劉守義. 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lcd1602.h#include keypade.h#include operation.hvoid key_press()char a16;/第一次輸入數(shù)字存在b16里，按下中間計算符后，循環(huán)alen=blen;清空blenchar b16;/再次輸入數(shù)字仍存在b16里，按下等號后，計算a,b,結(jié)果存在blen;char key;char i;char arc;/運算符char len;/數(shù)字長度bitsign;/正負號bit point;/小數(shù)點key=key_get();/數(shù)字鍵處理if(key=12) key=7;else if(key=13) key=8;else if(key=14) key=9;else if(key=22) key=4;else if(key=23) key=5;else if(key=24) key=6;else if(key=32) key=1;else if(key=33) key=2;else if(key=34) key=3;else if(key=42) key=0;else if(key=11) key=c;/清空else if(key=21) key=s;/正負號else if(key=31) key=%;else if(key=41) key= ; /空格else if(key=43) key=.;else if(key=44) key=;else if(key=45) key=+;else if(key=25) key=-;else if(key=15) key=*;else if(key=16) key=/;else if(key=26) key=m;/mrcelse if(key=36) key=d;/m-else if(key=46) key=a;/m+else key=e;/錯誤if(len0;len-)blen= ;b0=0;b1=.;lcd_moveto(1,14);lcd_printf(0.);if(key0x2f&key0x3a)if(len=0&key=0)lcd_moveto(1,14);lcd_printf(0.);/第一位輸入0不響應(yīng)else if(point=0)blen=key;blen+1=.;len+;elseblen+1=key;len+;/小數(shù)點處理else if(key=.)/point=1,已存在小數(shù)點/len=15,最后一位按下小數(shù)點if(point=0)if(len0)if(sign=0&len0;i-) bi=bi-1;b0=-;sign=1;else if(sign=1)for(i=0;ilen;i+) bi=bi+1;sign=0;len-;lcd_moveto(1,14-len);lcd_printf( );else if(key=%)else if(key=+|key=-|key=*|key=/)/運算符if(arc=0)for(i=0;i16;i+)/把第一個數(shù)存入aai=bi;bi= ;b0=0;b1=.;len=0;sign=0;point=0;arc=key;elseif(arc=/&point=len)key=e;elseoperation(a,b,arc);for(i=0;i16;i+)/清空bbi= ;b0=0;b1=.;len=0;sign=0;point=0;arc=key;else if(key=)/等號if(arc=/&point=len)key=e;else if(arc!=0)operation(a,b,arc);for(i=0;i16;i+)/清空bbi= ;b0=0;b1=.;len=0;sign=0;point=0;arc=0;/清除計算標(biāo)志while(p3_2=0)if(key=c)/清零lcd_moveto(0,0);lcd_printf( );lcd_moveto(1,0);lcd_printf( 0.);for(i=0;i16;i+)ai= ;bi= ;b0=0;b1=.;len=0;sign=0;point=0;arc=0;else if(key=e)/意料外的按鍵lcd_init();lcd_printf(erro