基于单片机简易计算器的设计_本科生毕业论文(设计)(编辑修改稿)

基于单片机简易计算器的设计_本科生毕业论文(设计)(编辑修改稿)内容摘要：

外部数据存储器（例如执行 MOVX @DPTR）时， P2 口送出高八位地址。 在这种应用中， P2 口使用很强的内部上拉发送 1。 6 在使用 8 位地址（例如 MOVX @RI）访问外部数据存储器 时， P2 口输出 P2 锁存器的内容。 在 Flash 编程和校验时， P2 口也接收高八位地址字节和一些控制信号。 表 21 STC89C52 的 P3 口第二功能 端口引脚 第二功能 RXD（串行输入口） TXD（串行输出口） INT0（外部中断 0） INT1（外部中断 1） T0（定时 /计数器 0） T1（定时 /计数器 1） WR（外部数据存储器写选通） RD（外部数据存储器读选通） P3 口： P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位 双向 I/O 口， P3 输出缓冲器能驱动 4 个TTL 逻辑电平。 对 P3 端口写 “1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用；作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ IIL）。 P3 口亦作为 STC89C52 特殊功能（第二功能）使用，如表 21 所示。 在 Flash 编程和校验时， P3 口也接收一些控制信号。 （ 2） 其他引脚说明： 看 RST：复位输入。 晶振工作时， RST 脚持续 2 个机器周期高电平将使单片机复位。 门狗计时完成后， RST 脚输出 96 个晶振周期的高电平。 特殊寄存器 AUXR（地址 8EH）上的 DISRT0 位可以使此功能无效。 DISRT0 默认状态下，复位高电平有效。 ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时， ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于所存地址的低八位字节。 一般情况下， ALE 仍以时钟振荡频率的 1/6 输出固定的脉冲信号，因此它对外输出时钟或用于定时目的。 要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲。 对 Flash 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（ PROG）。 如有必要，可通过对特殊功能寄存器（ SFR）区中的 8EH 单元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。 该位置位后，只要一 条 MOVX 和 MOVC 指令才能将 ALE 激活。 此外，该引脚会被拉高，单片机执行外部程序时，应设置 ALE 禁止位无效。 PSEN：程序存储允许（ PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当 STC89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次 PSEN 有效，即输出两个脉冲； 7 在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次 PSEN 信号。 EA/VPP：外部访问允许，欲使 CPU 仅访问外部程序存储器（地址为 0000H~FFFFH），EA 端必须保持低电平（接地）。 需注意是：如果加密 LB1 被编程，复位时内部会锁存 EA端状态。 如 EA 端为高电平（接 Vcc 端）， CPU 则执行内部程序存储器的指令。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 图 24 晶振外接结构引脚图 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 1MHz，时钟频率就为 6MHz。 晶振的频率可以在 1MHz~24MHz 内选择，在本设计电路中选用了 12MHz。 电容取 20PF 左右。 机器周期 =12*时间周期，如 12MHz的机器周期为 1 微秒。 （ 1） 控制或复位引脚 RESET 此脚为高电平时（约 2 个机器周期）可将单片机复位。 RST/VPD：当出现两个机器周期高电平时，单片机复位。 复位后， P0~P3 输出高电平；SP 寄存器为 07H；其它寄存器全部清零；不影响 RAM 状态，如图 25 所示。 8 图 25 复位电路 单片机的现状及发展方向 单片机是为了工业控制需要满足而诞生的，是自动控制系统的核心部件，因而也主要用于工业控制、智能化仪器仪表、家用电器中。 它具有体积小、功能多、价格低、使 用方便、系统设计灵活等优点。 应用领域不断扩大，除了工业控制、智能化仪表、通讯、家用电器外，在智能化高档电子玩具产品中也大量采用单片机芯片作为核心控制部件。 由于单片机主要面向工业控制，工作环境比较恶劣，入高温，强电磁干扰，甚至含有腐蚀性气体；在太空中工作的单片机控制系统，还必须具有抗辐射能力，这决定了单片机 CPU 于通用微机 CPU 具有不同的技术特征和发展方向：可靠性高；控制功能往往很强；指令系统比通用微处理器慢得多； X 系列芯片取代；抗干扰性强，工作温度范围宽。 LCD1602 液晶显示屏 液晶显示原理 液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。 液晶显示器有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式计算机、数字摄像机、 PDA 移动通信工具等众多领域。 LCD1602 的应用简介 LCD1602 液晶显示器采用 HD44780 及其兼容芯片作为点阵式 LCD 的控制器驱动器，还采用 HD44100 进行 LCD 的时分割驱动。 HD44780 的内部结构主要包括显示数据 RAM（ DDRAM）、字符发生器 ROM（ CGROM）、字符 发生器 RAM（ CGRAM）、指令寄存器 9 IR、数据寄存器 DR、地址计数器 AC（ Address Counter）和忙标志 BF（ Busy Flag）等逻辑电路。 1602 液晶模块内部的控制器共有 11 条控制指令，丰富的指令可以完成液晶的时序控制、工作方式设置和数据显示等。 采用的 LCD1602 液晶模块是标准 16 针插座，接口电路如图 26 所示，及各引脚说明如表 26 所示。 11 61 51 41 31 21 11 098675432V S SER / WR SV LV D DD 2D 1D 0D 7D 6D 5D 4D 3B L KB L A1 6 0 2+ 5 DR 2 = 2 0 0P 1 7P 1 6P 1 5P 1 4P 1 3P 1 2P 1 0P 2 2P 2 1P 2 00 . 1 u FC 6+ 5 DI P 2 图 26 LCD1602 的引脚接口电路图 10 表 22 LCD1602 的引脚说明 第 1 脚 Vss 为地电源 第 2 脚 VDD 接 5V 正电源 第 3 脚 Vo 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生 “鬼影 ”，使用时可以通过一个10K 的电位器调整对比度。 第 4 脚 Rs 为寄存器选择，高电平选择数据寄存器、低电平选择指令寄存器。 第 5 脚 Rw 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时选择指令寄存器。 第 6 脚 E 端为使能端，当 E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。 第 714 脚 D0D7 为 8 位双向数据线。 第 1516 脚 背光阳极和背光阴极。 其他方面简介 DDRAM 用来暂存显示字符的代码，共 80 个字节， DDRAM 的各个单元对应着显示屏上的各个字符位，如图 226 所示。 因此， DDRAM 的地址也就意味着显示字符的地址，显示字符时首先要向 LCD 送显示字符地址。 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0A 0B 0C 0D OE OF 10 …… 27 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 4A 4B 4C 4D 4E 4F 50 …… 67 图 226 DDRAM 单元地址与显示屏字符位的对应关系 LCD1602 的主要技术参数： （ 1）显示容量为 16*2 个字符； （ 2）芯片工作电压为 ； （ 3）工作电流为 （ ）； （ 4）模块最佳工作电压为 ； （ 5）字符尺寸为 *（ W*H） mm。 LCD 的特点： LCD 16 字 *2 行 11 （ 1）低压微功耗； （ 2）平板型结构； （ 3）被动显示型（无眩光，不刺激人眼，不会引起眼睛疲劳）； （ 4）显示信息量大（因为像素可以做得很小）； （ 5）易于彩色化（在色谱上可以非常准确的复现）； （ 6）无电磁 辐射（对人体安全，利于信息保密）； （ 7）长寿命（这种器件几乎没有什么劣化问题，因此寿命极长，但是液晶背光寿命有限，不过背光部分可以更换）。 3. 计 算器设计原理分析 设计方案 一 本设计需要使用 LCD 液晶显示屏和编码键盘。 故选择静态显示和用 4*4 的按键键盘，使用 LCD1602 液晶显示屏来显示运算过程和运算结果。 主程序进行初始化，其他的程序选择模块式的方式。 首先对每个模块进行调试，当模块调试成功后，逐一地加入主程序中，最后完成整个软件部分的设计。 计算器硬件方案及硬件资源分配 硬 件资源分配 主要用到的硬件：单片机 STC89C52 、液晶显示屏 LCD1602 、 4*4 按键键盘硬件分配： P3 口：作为输入口，与键盘连接，实现数据的输入； P0、 P2 口：作为输出口（ P2 口为高位， P0 口为低位），控制 LCD 液晶显示屏显示数据的结果； 液晶显示屏 LCD1602 显示输出。 系统的硬件设计 为了更好地实现系统的功能，硬件电路的设计应该遵循以下原则： 优化硬件电路 采用软件设计与硬件设计相结合的方法。 尽管采用软件来实现硬件系统的功能时，也许响应的时间会比单纯使用硬件时长，而且还要占 用微处理器（ MCU）的时间；但是，用软件实现硬件的功能可以简化硬件结构，提高电路的可靠性。 所以，在设计本系统的时候，在满足可靠性和实时性的前提下，尽可能地通过软件来实现硬件功能。 可靠性及抗干扰设计 12 根据可靠性设计理论，系统所用芯片数量越少，系统的平均无故障时间越长。 而且，所用芯片数量越少，地址和数据总线在电路板上受干扰的可能性也就越小。 因此，系统的设计思想是在满足功能的情况下争取较少数量的芯片。 功能扩展是否灵活是衡量一个系统优劣的重要指标。 一次设计往往不能完全考虑到系统的各个方面，系统需要不断完善以 及进行功能升级。 进行功能扩展时，应该在原有设计的基础上，通过修改软件程序和少量硬件完成。 对于本系统而言，就是要求在系统硬件不变的情况下，能够通过修改软件程序，完成功能的升级和扩展。 根据提出的系统设计方案，结合以上三条原则，确定了系统硬件的设计。 计算器主要由以下一些功能模块组成：非编码键盘模块、运算模块（单片机内部）、 LCD 液晶显示模。