畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于單片機(jī)的簡(jiǎn)易計(jì)算器設(shè)計(jì).doc

電 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目： 基于單片機(jī)的簡(jiǎn)易計(jì)算器 專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)： 電子信息工程技術(shù) 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 班 級(jí)： 08級(jí)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(jī)技術(shù)的發(fā)展很快，其中電子產(chǎn)品的更新速度迅猛。計(jì)算器是日常生活中比較的常見(jiàn)的電子產(chǎn)品之一。如何才能使計(jì)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(jì)出更出色的計(jì)算器呢。本設(shè)計(jì)是以at89s52單片機(jī)為核心的計(jì)算器模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)，輸入采用46矩陣鍵盤(pán)，可以進(jìn)行加、減、乘、除9位帶符號(hào)數(shù)字運(yùn)算，并在lcd1602上顯示操作過(guò)程?？萍嫉倪M(jìn)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(jī)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(jì)算器，與我們?nèi)粘Ｋ玫暮?jiǎn)單計(jì)算器有較大差別，除了能進(jìn)行加減乘除，科學(xué)計(jì)算器還可以進(jìn)行正數(shù)的四則運(yùn)算和乘方、開(kāi)方運(yùn)算，具有指數(shù)、對(duì)數(shù)、三角函數(shù)、反三角函數(shù)及存儲(chǔ)等計(jì)算功能。計(jì)算器的未來(lái)是小型化和輕便化,現(xiàn)在市面上出現(xiàn)的使用太陽(yáng)能電池的計(jì)算器,使用asic設(shè)計(jì)的計(jì)算器,如使用純軟件實(shí)現(xiàn)的計(jì)算器等，未來(lái)的智能化計(jì)算器將是我們的發(fā)展方向，更希望成為應(yīng)用廣泛的計(jì)算工具。關(guān)鍵詞 at89s52 lcd1602 計(jì)算器 矩陣鍵盤(pán)目錄第一章 前言11.1 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)背景11.2 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)意義11.3 設(shè)計(jì)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(jì)及說(shuō)明33.1系統(tǒng)組成及總體框圖33.2元件簡(jiǎn)介33.2.1 at89s52特點(diǎn)33.2.2 74ls08簡(jiǎn)要說(shuō)明93.2.3 lcd1602液晶顯示屏12第四章 設(shè)計(jì)原理分析154.1 設(shè)計(jì)方案的確定154.2計(jì)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(jì)154.2.3 鍵盤(pán)電路的設(shè)計(jì)174.2.4 顯示電路的設(shè)計(jì)18第五章 計(jì)算器的軟件設(shè)計(jì)195.1計(jì)算器的軟件規(guī)劃195.2 鍵盤(pán)掃描的程序設(shè)計(jì)195.3 顯示模塊的程序設(shè)計(jì)195.4 主程序的設(shè)計(jì)205.5 軟件的可靠性設(shè)計(jì)20結(jié)束語(yǔ)22致謝23參考文獻(xiàn)24附錄25附錄一：硬件實(shí)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(kāi)發(fā)背景隨著社會(huì)的發(fā)展，科學(xué)的進(jìn)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(jì)算器在人們的日常中是比較的常見(jiàn)的電子產(chǎn)品之一。如何使計(jì)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(jì)出更出色的計(jì)算器，使其更好的為各個(gè)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(kāi)發(fā)意義今天，人們的日常生活中已經(jīng)離不開(kāi)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。因此設(shè)計(jì)一款簡(jiǎn)單實(shí)用的計(jì)算器會(huì)有很大的實(shí)際意義。1.3 設(shè)計(jì)目的本設(shè)計(jì)旨在進(jìn)一步掌握單片機(jī)理論知識(shí)，理解嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的硬軟件設(shè)計(jì)，加強(qiáng)對(duì)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力。通過(guò)本設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，使我掌握單片機(jī)程序設(shè)計(jì)和微機(jī)接口應(yīng)用的基本方法，并能綜合運(yùn)用本科階段所學(xué)軟、硬件知識(shí)分析實(shí)際問(wèn)題，提高解決畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)際問(wèn)題的能力，為單片機(jī)應(yīng)用和開(kāi)發(fā)打下良好的基礎(chǔ)。1、對(duì)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(rèn)識(shí)，并會(huì)使用lcd（液晶顯示模塊）實(shí)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果的顯示；掌握液晶顯示模塊的驅(qū)動(dòng)和編程，設(shè)計(jì)lcd和單片機(jī)的接口電路，以及利用單片機(jī)對(duì)液晶模塊的驅(qū)動(dòng)和操作； 2、在充分分析內(nèi)部邏輯的概念，進(jìn)行軟件和調(diào)試，學(xué)會(huì)使用，并能夠以其為平臺(tái)設(shè)計(jì)出具有四則運(yùn)算能力簡(jiǎn)易計(jì)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(jì)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(lái),fpga的集成密度和性能提高很快,其集成密度最高達(dá)500萬(wàn)門(mén)/片以上,系統(tǒng)性能可達(dá)200mhz。由于fpga器件集成度高,方便易用,開(kāi)發(fā)和上市周期短,在數(shù)字設(shè)計(jì)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(dú)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(chǔ)器上 ,需外部存儲(chǔ)器芯片 ,且使用方法復(fù)雜 ,保密性差，而其對(duì)于一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算器而言，實(shí)用fpga有點(diǎn)大材小用，成本太高。2、方案二：采用at89s52單片機(jī)是單片微型機(jī)的簡(jiǎn)稱(chēng)，故又稱(chēng)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，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。2.2 方案比較與選擇通過(guò)以上兩種方案論證和比較，從設(shè)計(jì)的實(shí)用性，方便性和成本出發(fā)，選擇了以at89s52單片機(jī)作為中央處理單元進(jìn)行計(jì)算器的設(shè)計(jì)，這樣設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)六位浮點(diǎn)數(shù)的加減和三位浮點(diǎn)數(shù)的乘除運(yùn)算。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及說(shuō)明 3.1系統(tǒng)組成及總體框圖與門(mén)模塊lcd液晶顯示屏模塊電源模塊at89s52主控制模 塊編碼鍵盤(pán)模塊圖3.1 系統(tǒng)組成及總體框圖3.2元件簡(jiǎn)介 3.2.1 at89s52特點(diǎn)圖3.2.1-1 單片機(jī)at89s521、主要性能： (1) 8031 cpu與mcs-51 兼容 8k字節(jié)可編程flash存儲(chǔ)器(壽命：1000寫(xiě)/擦循環(huán)) 全靜態(tài)工作：0hz-33mhz 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 128*8位內(nèi)部ram 32條可編程i/o線 三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 八個(gè)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(mén)狗定時(shí)器 雙數(shù)據(jù)指針 掉電標(biāo)識(shí)符 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 (2) 管腳說(shuō)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(chǔ)器。使用atmel 公司高密度非 易失性存儲(chǔ)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(chǔ)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(mén)狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時(shí)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(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。8 位微控制器 8k 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 flash。同時(shí)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(jī)為40 引腳芯片見(jiàn)圖3.2.1-2。圖3.2.1-2 at89s52引腳圖（1）口線：p0、p1、p2、p3 共四個(gè)八位口。p0 口：p0口是一個(gè)8位漏極開(kāi)路的雙向i/o口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)ttl邏輯電平。 對(duì)p0端口寫(xiě)“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。 當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，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(shí)，p0口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。 p1口：p1 口是一個(gè)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(dòng)4 個(gè)ttl 邏輯電平。對(duì)p1 端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，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(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（p1.0/t2）和定時(shí)器/計(jì)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(yàn)時(shí)，p1口接收低8位地址字節(jié)。 引腳號(hào)第二功能： p1.0 t2（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t2的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出 p1.1 t2ex（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t2的捕捉/重載觸發(fā)信號(hào)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(gè)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(dòng)4 個(gè)ttl 邏輯電平。對(duì)p2 端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，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(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行movx dptr） 時(shí)，p2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，p2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如movx ri）訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，p2口輸出p2鎖存器的內(nèi)容。 在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。 p3 口：p3 口是一個(gè)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(dòng)4 個(gè)ttl 邏輯電平。對(duì)p3 端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，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(shí)器0外部輸入）p3.5t1（記時(shí)器1外部輸入）p3.6/wr（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）p3.7/rd（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p3口也接收一些控制信號(hào)。 此外，p3口還接收一些用于flash閃存編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。 （2）其他引腳說(shuō)明：rst：復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)，rst腳持續(xù)2 個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位?？撮T(mén)狗計(jì)時(shí)完成后，rst 腳輸出96 個(gè)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(wú)效。disrto默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。 ale/prog當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，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(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ale脈沖。 對(duì)flash存儲(chǔ)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(guò)對(duì)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(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ale禁止位無(wú)效。 psen程序儲(chǔ)存允許（psen）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)at89s52由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次psen有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過(guò)兩次psen信號(hào)。 ea/vpp外部訪問(wèn)允許，欲使cpu僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)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(shí)內(nèi)部會(huì)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(chǔ)器的指令。 flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，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(shí)鐘工作電路的輸入。 xtal2：來(lái)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(hào) 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(shí)，外部振蕩信號(hào)應(yīng)直接加到xtal1，而xtal2懸空。內(nèi)部方式時(shí)，時(shí)鐘發(fā)生器對(duì)振蕩脈沖二分頻，如晶振為12mhz，時(shí)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(jì)電路中選用了12mhz。電容取20pf左右。機(jī)器周期12時(shí)間周期，如12mhz的機(jī)器周期為1微秒。（3）控制或復(fù)位引腳reset 此腳為高電平時(shí)（約2個(gè)機(jī)器周期）可將單片機(jī)復(fù)位。rst/vpd當(dāng)出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期高電平時(shí)，單片機(jī)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(jī)實(shí)現(xiàn)了isp下載功能，故而取代了89cxx系列的下載方式，也是因?yàn)檫@樣，atmel公司已經(jīng)停止生產(chǎn)89cxx系列的單片機(jī)，現(xiàn)在市面上的at89cxx多是停產(chǎn)前的庫(kù)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(hào)；順序如下： 在地址線上加上要編程單元的地址信號(hào)。 在數(shù)據(jù)線上加上要寫(xiě)入的數(shù)據(jù)字節(jié)。 激活相應(yīng)的控制信號(hào)。 將ea/vpp端加上+12v編程電壓。 每對(duì)flash存儲(chǔ)陣列寫(xiě)入一個(gè)字節(jié)或每寫(xiě)入一個(gè)程序機(jī)密位，加上一個(gè)ale/prog編程脈沖。每個(gè)字節(jié)寫(xiě)入周期是自身定時(shí)的，大多數(shù)約為50us。改變編程單元的地址和寫(xiě)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(jī)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向：?jiǎn)纹瑱C(jī)是為了工業(yè)控制需要滿足而誕生的，是自動(dòng)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(jià)格低、使用方便、系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)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(jī)芯片作為核心控制部件。由于單片機(jī)主要面向工業(yè)控制，工作環(huán)境比較惡劣，入高溫，強(qiáng)電磁干擾，甚至含有腐蝕性氣體，在太空中工作的單片機(jī)控制系統(tǒng)，還必須具有抗輻射能力，這決定了單片機(jī)cpu于通用微機(jī)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(qiáng)，數(shù)值計(jì)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(qiáng)，工作溫度范圍寬。3.2.2 74ls08簡(jiǎn)要說(shuō)明74ls08為四組2輸入端與門(mén)（正邏輯），其主要電特性的典型值如下： 型號(hào)tplhtphlpd74ls088ns10ns17mw74ls08邏輯圖：圖3.2.2 74ls08邏輯圖引出端符號(hào) 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(chǔ)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(cè) 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(shí)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(shí)電源電流vcc最大4.8maiccl輸出低電平時(shí)電源電流vcc最大8.8ma1: 測(cè)試條件中的“最小”和“最大”用推薦工作條件中的相應(yīng)值。動(dòng)態(tài)特性(ta=25)：參 數(shù)測(cè) 試 條 件最大單位tplh輸出由低到高傳輸延遲時(shí)間vcc=5v,cl=15pf,rl=2k15nstphl輸出由高到低傳輸延遲時(shí)間20ns3.2.3 lcd1602液晶顯示屏1、應(yīng)用簡(jiǎn)介模塊內(nèi)部自帶字符發(fā)生存儲(chǔ)器（cgrom）,字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫(xiě)、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫(xiě)的英文字母“a”的代碼是（41h），顯示時(shí)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(shí)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(xì)資料見(jiàn)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(shuō)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(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10k的電位器調(diào)整對(duì)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(xiě)信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。當(dāng)rs和rw共同為低電平時(shí) （00）可以寫(xiě)入指令或者顯示地址；當(dāng)rs為低電平rw為高電平時(shí)（01）可以讀入忙信號(hào)；當(dāng)rs為高電平rw為低電平時(shí)（10）可以寫(xiě)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(shí)，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(yáng)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(dòng)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(wú)效；指令4顯示開(kāi)關(guān)控制 d 位 控制整體顯示的開(kāi)與關(guān)，高電平表示開(kāi)顯示，低電平表示關(guān)顯示；c 位 控制光標(biāo)的開(kāi)與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無(wú)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(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)指令6功能命令設(shè)置dl位-高電平時(shí)為4位數(shù)據(jù)總線，低電平時(shí)為8位總線；n位低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)為雙行顯示；f位低電平時(shí)顯示5x7的點(diǎn)陣字符,高電平時(shí)為5x10的點(diǎn)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(hào)和光標(biāo)地址bf位 為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)指令10寫(xiě)數(shù)據(jù)指令11讀數(shù)據(jù)2 、lcd的特點(diǎn)：（1）低壓微功耗；（2）平板型結(jié)構(gòu)；（3）被動(dòng)顯示型(無(wú)眩光，不刺激人眼，不會(huì)引起眼睛疲勞)；（4）顯示信息量大(因?yàn)橄袼乜梢宰龅煤苄?；（5）易于彩色化(在色譜上可以非常準(zhǔn)確的復(fù)現(xiàn))；（6）無(wú)電磁輻射(對(duì)人體安全，利于信息保密)；（7）長(zhǎng)壽命(這種器件幾乎沒(méi)有什么劣化問(wèn)題，因此壽命極長(zhǎng)，但是液晶背光壽命有限，不過(guò)背光部分可以更換)。第四章 設(shè)計(jì)原理分析4.1 設(shè)計(jì)方案的確定本設(shè)計(jì)需要使用lcd液晶顯示屏和編碼鍵盤(pán)。故選擇靜態(tài)顯示和用編碼鍵盤(pán)。使用lcd液晶顯示屏顯示運(yùn)算結(jié)果。 主程序進(jìn)行初始化，其他的程序選擇模塊式的方式。首先對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)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(gè)軟件部分的設(shè)計(jì)。4.2計(jì)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(pán) 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(pán)連接，實(shí)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(jì)為了更好的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)得功能，硬件電路的設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循以下原則：1、優(yōu)化硬件電路采用軟件設(shè)計(jì)與硬件設(shè)計(jì)相結(jié)合的方法；盡管采用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)硬件系統(tǒng)的功能時(shí)，也許響應(yīng)時(shí)間會(huì)比單純使用硬件時(shí)長(zhǎng)，而且還要占用微處理器(mcu)的時(shí)間；但是，用軟件實(shí)現(xiàn)硬件的功能可以簡(jiǎn)化硬件結(jié)構(gòu)，提高電路的可靠性。所以，在設(shè)計(jì)本系統(tǒng)得時(shí)候，在滿足可靠性和實(shí)時(shí)性的前提下，盡可能的通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)硬件功能。2、可靠性及抗干擾設(shè)計(jì)根據(jù)可靠性設(shè)計(jì)理論，系統(tǒng)所用芯片數(shù)量越少，系統(tǒng)的平均無(wú)故障時(shí)間越長(zhǎng)。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(jì)思想是在滿足功能的情況下力爭(zhēng)使用較少數(shù)量的芯片。3、靈活的功能擴(kuò)展功能擴(kuò)展是否靈活是衡量一個(gè)系統(tǒng)優(yōu)劣的重要指標(biāo)。一次設(shè)計(jì)往往不能完全考慮到系統(tǒng)的各個(gè)方面，系統(tǒng)需要不斷完善以及進(jìn)行功能升級(jí)。進(jìn)行功能擴(kuò)展時(shí)，應(yīng)該在原有設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，通過(guò)修改軟件程序和少量硬件完成。對(duì)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(guò)修改軟件程序，完成功能的升級(jí)和擴(kuò)展。根據(jù)第提出的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，結(jié)合以上三條原則，確定了系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)。計(jì)算器主要由以下一些功能模塊構(gòu)成：非編碼鍵盤(pán)模塊、lcd液晶顯示屏模塊等。該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)采用了模塊化的設(shè)計(jì)方法。at89s52 單片機(jī)與lcd液晶顯示屏顯示電路是整個(gè)電路的核心，它們實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能要求。簡(jiǎn)易計(jì)算器主要包括：鍵盤(pán)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(gè)系統(tǒng)的原理圖）圖4.2.2 計(jì)算器原理圖前面敘述了該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)說(shuō)明，系統(tǒng)采用了比較簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)方案，所以該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)的總外圍電路不會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的干擾。在下面的闡述中，對(duì)系統(tǒng)的外圍電路分別予以介紹。鍵盤(pán)部分采用編碼鍵盤(pán)，顯示部分采用lcd液晶顯示屏完全能夠很好的實(shí)現(xiàn)顯示方面的要求。4.2.3 鍵盤(pán)電路的設(shè)計(jì)鍵盤(pán)可分為兩類(lèi)：編碼鍵盤(pán)和非編碼鍵盤(pán)。編碼鍵盤(pán)是較多按鍵（20個(gè)以上）和專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)芯片的組合，當(dāng)按下某個(gè)按鍵時(shí)，它能夠處理按鍵抖動(dòng)、連擊等問(wèn)題，直接輸出按鍵的編碼，無(wú)需系統(tǒng)軟件干預(yù)。通用計(jì)算機(jī)使用的標(biāo)準(zhǔn)鍵盤(pán)就是編碼鍵盤(pán)。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(pán)，同時(shí)還可以兼顧數(shù)碼管的顯示驅(qū)動(dòng)，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(shí)，采用編碼鍵盤(pán)可以簡(jiǎn)化軟件設(shè)計(jì)。非編碼鍵盤(pán)成本低廉。 從成本角度出發(fā)，本設(shè)計(jì)選用的是非編碼鍵盤(pán)。如圖4.2.3圖4.2.3 編碼鍵盤(pán)電路4.2.4 顯示電路的設(shè)計(jì)當(dāng)系統(tǒng)需要顯示少量數(shù)據(jù)時(shí)，采用lcd液晶顯示屏進(jìn)行顯示是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)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(jì)算器的軟件設(shè)計(jì)5.1計(jì)算器的軟件規(guī)劃簡(jiǎn)易計(jì)算器的程序主要包括以下功能模塊： 1、定時(shí)查鍵模塊，分為讀鍵程序、判鍵程序段、運(yùn)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(pán)掃描的程序設(shè)計(jì)鍵盤(pán)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(lái)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(pán)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(pán)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(pán)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(jì)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(kāi)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(shí)程序開(kāi)始檢測(cè)led是否在忙掃描鍵盤(pán)y n加減乘除運(yùn)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(jì) 主程序主要是用來(lái)對(duì)lcd液晶顯示屏進(jìn)行初始化的。5.5 軟件的可靠性設(shè)計(jì) 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(mén)狗技術(shù)。結(jié)束語(yǔ)在硬件的制作過(guò)程中我走了好多的彎路，主要是在系統(tǒng)還沒(méi)有設(shè)計(jì)很有把握就開(kāi)始動(dòng)手制作了。后來(lái)發(fā)現(xiàn)與設(shè)計(jì)的要求還有偏差，反復(fù)的改過(guò)了幾次，浪費(fèi)了大量的時(shí)間和體力。感受到設(shè)計(jì)人員要有耐心，要認(rèn)真的從要求開(kāi)始研究。軟件的編寫(xiě)過(guò)程中費(fèi)了很大的力氣，因?yàn)檐浖木帉?xiě)要求很高，要很細(xì)心，一不小心就會(huì)調(diào)用錯(cuò)誤，很深刻的體會(huì)到作為軟件編程人員是絕不能粗心大意的。一個(gè)程序的完成的速度和質(zhì)量高低與細(xì)心與否有著很大聯(lián)系。編程時(shí)，我充分使用了結(jié)構(gòu)化的思想。這樣因?yàn)檎Z(yǔ)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(shì)。當(dāng)每個(gè)模塊都完成時(shí)，將其功能加到一起就完成了整體的設(shè)計(jì)。致謝本次畢業(yè)設(shè)計(jì)得到導(dǎo)師陳應(yīng)華老師的熱心指導(dǎo)，在這里對(duì)陳老師表示最衷心的感謝。陳老師平易近人，對(duì)學(xué)生的設(shè)計(jì)進(jìn)度和學(xué)習(xí)很關(guān)心。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的前期，首先給我們介紹了不少有用的資料和書(shū)籍；在硬件設(shè)計(jì)等方面給予悉心的指導(dǎo)；在調(diào)試的過(guò)程中陳老師給每個(gè)出現(xiàn)的問(wèn)題給予及時(shí)的指導(dǎo)。在寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的階段，陳老師讓我們提前給他評(píng)審，不論內(nèi)容字體，還是格式上的問(wèn)題都一一指出。待人平和、工作認(rèn)真、治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)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(jì)上給我及時(shí)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(jiàn)。這一切都在潛移默化地影響著我，為我以后進(jìn)入工作崗位樹(shù)立了良好的榜樣。同時(shí)還要感謝梁芳芳老師，她關(guān)心同學(xué)們的進(jìn)程，了解同學(xué)們?cè)谧珜?xiě)過(guò)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(guò)我的人表示衷心感謝！參考文獻(xiàn)【1】張靖武,周靈杉.單片機(jī)系統(tǒng)的proteus設(shè)計(jì)與仿真m.北京：北京電子工業(yè)出版社【2】靳達(dá).求是科技.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)例導(dǎo)航m.：人民郵電出版社,2006【3】劉守義. 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)m.：西安電子科技大學(xué)出版社,2001【4】林志琦.基于proteus的單片機(jī)可視化軟硬件仿真m.北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2006【5】胡漢才.單片機(jī)原理及接口技術(shù).清華大學(xué)出版社,1996【6】徐江海.單片機(jī)實(shí)用教程m.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.【7】肖洪兵. 跟我學(xué)用單片機(jī). 北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2002.8【8】夏繼強(qiáng). 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教程. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社, 2001【9】譚浩強(qiáng). c語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)m.北京：清華大學(xué)出版社，2000.【10】劉?；? c語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)與實(shí)訓(xùn)教程m.北京：科學(xué)出版社，2004.【11】張磊. c語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)m.北京：高等教育出版社，2005.【12】嚴(yán)桂蘭. c語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)m.廈門(mén)：廈門(mén)大學(xué)出版社，2006附錄附錄一：硬件實(shí)物圖硬件實(shí)物圖（正面）硬件實(shí)物圖（背面）附錄二：系統(tǒng)程序清單;主程序/ header:/ file name: / author:/ date:#include #include lcd1602.h#include keypade.hvoid header_printf(unsigned char *str)/規(guī)避warning l15 while(*str!=0)bwr_data(*str);str+;void header()lcd_moveto(0,0);header_printf(zhangfeng );lcd_moveto(1,3);header_printf(xh:0810416016);void main()lcd_init();header();p2=p2|0x0f;p1=p1&0xc0;/*開(kāi)外部中斷*/it0=1;/下降沿觸發(fā)ex0=1;ea = 1;while(1);void mint0 (void) interrupt 0char i;ea=0; for(i=5;i0;i-)if(int0=1) break;if(int0=0)key_press();ea=1;按鍵處理程序#include #include 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(jì)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(hào)后，計(jì)算a,b,結(jié)果存在blen;char key;char i;char arc;/運(yùn)算符char len;/數(shù)字長(zhǎng)度bitsign;/正負(fù)號(hào)bit point;/小數(shù)點(diǎn)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(fù)號(hào)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(cuò)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(diǎn)處理else if(key=.)/point=1,已存在小數(shù)點(diǎn)/len=15,最后一位按下小數(shù)點(diǎn)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(yùn)算符if(arc=0)for(i=0;i16;i+)/把第一個(gè)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(hào)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(jì)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= 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